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皮帶型挖掘式裝載機頂管施工技術

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中國建筑一局（集團）有限公司科技創效推廣應用技術名錄
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（一七二）皮帶型挖掘式裝載機頂管施工技術
1. 技術背景
頂管施工憑借不需要開槽施工穿越公路、鐵路、地下建(構)筑物以及各種管線，以其占地少、
對交通影響小等優點，成為城市管道施工中常見工藝。傳統頂管施工常采用小型風鎬輔以人工掘進
施工工藝，采用本施工工藝存在人工投入量大、掌子面作業空間狹小工人操作受限、地址條件較差
的掌子面已發生塌方對掌子面作業工人存在安全隱患。我單位在充分總結以往施工經驗的情況下，
采用皮帶型挖掘式裝載機頂管施工技術，采用本技術單個臺班配置4 人即可，作業工人在皮帶型挖
掘式裝載機駕駛座椅上操作距離掌子面1.6m 左右，同時設備挖斗可對掌子面進行臨時支頂，有效保
證了作業人員及掌子面安全。
2. 技術簡介
通過采用皮帶型挖掘式裝載機在洞內開挖土層，該設備前方的挖斗挖掘土方、硬質土層或注漿
加固后的各類土層效率較人工開挖高；采用皮帶傳輸方式輸送至后方料斗出土，極大的減少了作業
人員的勞動強度、顯著的提高了施工速度，對于管道直徑2.2m 的頂管作業每天可掘進6～8m。作業
人員在設備操作臺位置距離掌子面距離≥1.6m，作業人員安全有保障。相比傳統人工手掘式頂管施
工工藝，本技術具有施工速度更快、安全風險更小、施工成本更節省的優點。
3. 適用范圍
適用于粉土層、黏土層、回填土層、砂卵石層及預注漿加固后的各種無地下水地層，管徑范圍
在D1800-4200、最大縱坡≤8°的地下管道施工。
4. 施工工藝流程及操作要點
4.1. 施工工藝流程
圖4-1-1 施工工藝流程圖
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4.2. 施工操作要點
4.2.1 施工準備
施工前做好頂管施工現場準備、技術規范、質量標準及要求、安全措施等，對機組施工人員進
行詳細交底，施工設備及用料準備齊全并就位。放樣定位出工作井、擋水墻的位置，人工開挖探坑
探明地下障礙物。
4.2.2 工作井施工
頂管工作井為鋼筋混凝土支護井，砼強度為C30，護壁鋼筋為雙層雙向布置。
圖4-2-1 工作井剖面示意圖
帽梁呈倒“L”形狀，并在上方設置一圈井圈。先開挖中間再開挖四周，基坑中間部分采用挖掘
機開挖，周邊預留0.3m 范圍人工開挖，人工開挖過程中邊開挖邊修整，保證基坑周邊土體平整，不
超挖不欠挖。
每次開挖深度為1m，不得超挖，達到1m 開始施工護壁。基坑開挖完成后即進行護壁施工，護
壁工程分為鋼筋、模板、混凝土施工，與帽梁施工一樣。
機械開挖至設計基底以上0.3m 時停止開挖，采用人工開挖并平整基底。并沿護壁設置帶坡度排
水溝和集水坑。并及時完成工作井底板封閉工作。
后背墻采用C30 混凝土，寬度為3.66m，高度為4m，如上圖所示。鋼筋、模板混凝土施工工藝
同上。
4.2.3 設備安裝
1.安裝導軌
本工程基坑導軌選用38 號軌鋼，兩導軌平行、等高，與混凝土基礎中預埋鋼板焊接。基坑導軌
對管道的支承角宜為60°，基坑導軌的安裝高度應能滿足軌道中心對準洞口中心的要求。
基坑導軌的安裝坡度宜與管道設計坡度一致，基坑導軌安裝偏差應滿足下表要求。
表4-2-1 基坑導軌的允許偏差
序號項目允許偏差（mm） 檢驗方法
1 兩軌內聚±2 鋼尺
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2 中線±3 掛垂線，鋼尺
3 高程+10~+30 水準儀
2.頂進設備安裝調試
安裝工作井油路、油泵、千斤頂，將工作井頂進系統接入自控系統，檢查頂進速度控制情況，
并調正頂進速度。為確保管道受力均勻并提供足夠的主推力，主頂配備4 臺等推力液壓千斤頂，行
程1000mm，單缸推力為150t，總推力為4×150=600t。千斤頂固定在拼裝式千斤頂架上，整體吊裝
至井內，安裝在千斤頂架上的油缸中心誤差控制在3mm 以內，千斤頂架安裝要定位準確，保證受力
點的位置正確，保證不產生位移。
3.頂鐵
頂鐵選用圓形頂鐵，形狀、寬度尺寸同頂管管道，厚0.3m，安裝時與管道貼緊。
4.工具管
工具管在工廠驗收合格后運至現場可進行安裝，在導軌上先安放機頭滑動支架。然后用吊車把
工具管整體調到基坑導軌上，用千斤頂、墊鐵調正機頭，使機頭中心誤差在±2mm，中心誤差在±3mm。
圖4-2-2 頂管工具管結構圖
5.吊裝管道
專用頂管每節段長2m，采用25t 吊車起吊下放管道。
6.其他系統安裝調試
（1）自控系統調試
接通自控系統，檢測傾斜角、姿態儀、糾偏千斤頂、實際數值與計算機顯示數值是否相符，如
不符調正計算機顯示數值。
（2）供電系統
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發電機、配電柜、電纜，分別作絕緣、耐壓試驗。
（3）管內通風調試
需要通風時采用壓入式通風，空壓機安裝在地面沉井工作平臺上，用硬質通風管道把風送至沉
井底部，并用同直徑的軟質橡膠通風管道，從管內把風送至端部機頭處。
（4）管內照明
采用低壓36V 照明，并配備蓄電池頭燈。
表4-2-2 設備安裝允許偏差表
4.2.4 開洞
1.鑿洞、設止水圈
依據管道的設計參數畫出管道的洞口線，鑿除洞口采用人工風鎬破除并將打破光滑平整，不影
響管道頂進。為防止觸變減阻泥漿流進工作井，在洞口設置止水圈。止水圈主要由預埋鋼環、壓板、
止水橡膠圈和安裝鋼環組成。在安裝鋼環上焊數根安裝橡膠圈和壓板用的螺栓，在安裝鋼環焊好后
就進行橡膠圈和壓板的安裝。
安裝位置要根據出洞軸心位置進行調整，由于頂管出洞時不可避免有一定偏離出洞軸線位置，
止水圈允許機頭有2cm 軸線位置，止水圈的安裝位置必須根據實際偏差進行調整。
圖4-2-3 開洞示意圖
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4.2.5 初始頂進
頂進準備工作完成后，開始初始頂進。初始頂進要保證洞口結構不被破壞，同時泥水渣土不進
入頂坑；要保證高程、中心偏差最小。
初始頂進長度為3 倍管徑。由于工具管重量大，在臨近出口地層中頂進時，為防止管道在出洞
時產生“叩頭”現象，在導軌上用手拉葫蘆把工具管、第一節管段、第二節管段拉緊，將前2 節鋼
筋混凝土管段與工具管做成鋼性聯接，在每節管的四個對稱點進行焊接，從而使工具管沿著導軌方
向順利頂進。
1.掘進進尺
洞口第一次挖掘深度控制在0.3～0.5m，在采用皮帶型挖掘式裝載機挖掘作業時，應嚴格控制
單次進尺長度，保證初始掘進段掌子面穩定性。
2.初始頂進速度控制
頂進用工作井頂進設備進行速度控制，分為兩個部分，機頭入洞階段速度控制在3～5mm/min，
此階段重點是控制管中心位置、高程的偏差控制在±5mm 之內。
3.初始頂進范圍內需加密測量，勤糾偏，每次挖土、頂進循環進尺控制在0.3～0.5m。
4.2.6 正常頂進
初始頂進無異常后開始正常頂進，每次開挖頂管循環進尺不超過0.5m。
1.采用激光經緯儀進行測量，根據測量差直接進行糾偏，糾偏需小角度糾偏。當產生偏差時，
采用管節前端不同部位增減挖土量，校正誤差在10～20mm，糾偏時土體應保持穩定，在允許超挖的
穩定土層中，管節下部135°范圍內不得超挖，管節頂部以上超挖量不得大于15mm。
2.頂管內土方開挖采用頂管用輪式皮帶型挖掘式裝載機，該設備前方帶有液壓式挖掘臂，對于
常規地層及預注漿加固后的地層均能高效開挖作業。挖出的土方通過挖斗下方皮帶傳輸帶輸送至后
方料斗；再通過料斗從工作井井底吊到工作井外，裝載機及時鏟運走，不堆積在工作井基坑周邊。
圖4-2-4 頂管用輪式皮帶型挖掘式裝載機圖
3.觸變泥漿套減阻
頂管用觸變泥漿配制主要材料為膨潤土，采用專用泥漿拌制器，攪拌充分均勻在泥漿筒內停滯
時間在12h 以上。采用液壓泵進行注漿，地層和管道間的環狀間隙應保持達到30mm 的間隙,使泥漿
套可基本不受其周圍坍落土體的影響，注漿也能順利進行下去，以實現注漿減阻的效果。
4.頂進出洞
工具管到達河邊前的復核應測量工具管所處的方位，是確認頂管狀態、評估工具管出洞時狀態
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和擬定施工軸線的重要依據，使工具管在此階段的施工中始終按預定的方案實施，以良好的狀態、
準確無誤地出洞。
4.2.7 拆除設備
頂管施工貫通后，拆除頂進設備，并將設備吊運至地面。斷開所有電源，拆卸電纜、管線，采
用汽車吊吊運時，在吊運拆除后的設備時，必須進行試吊，試吊平穩后進行吊運。設備吊出后，人
工破除后背墻，并將破除后的混凝土塊等雜物清理干凈。
4.2.8 置換注漿
為保證管道穩定，防止管道外壁與土體間空隙引起滲漏水，以及路基沉陷路面開裂，在管道頂
進就位后，立即進行管道基礎注漿加固，以防止管道下沉。利用管道內的注漿孔向管外注漿加固，
最大限度的填充管道周圍的土層空隙。
5. 材料與設備（參考廠家）
表5-1 主要施工機械設備表
序號設備名稱型號數量單位
1 汽車吊車25T 1 輛
2 挖掘機卡特320D 1 臺
3
頂管用輪式皮帶
型挖掘式裝載機
ZWY-50H/11T 1 臺
4 裝載機ZL50 1 臺
5 自卸汽車20t 1 臺
6 油泵31.5MPa 2 臺
7 千斤頂150t 4 臺
8 空氣壓縮機7.5KW 2 臺
9 水泥注漿泵15kw 2 臺
10 泥漿注漿泵15kw 2 臺
11 軸流風機T35-11-NO.8 2 臺
項目主要參數項目主要參數
行走速度2 km/h 整機質量2800kg
裝載能力50 m³/h 挖掘寬度2200-3600mm
總功率15 kw 挖掘高度1800-3800mm
適應巷道
坡度
≤8° 挖掘深度700-1200mm
適應巷道
最小斷面
1.8*2m 挖掘距離1600mm
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表5-2 頂管用輪式皮帶型挖掘式裝載機參數表
6. 效益計算分析
（應有定量的效益分析，計算方法建議參考“施工科技進步各類新技術效益計價指標及計價方
法一覽表”）
以70m 長度DN2000 頂管掘進施工為例，分析傳統手掘式施工工藝與皮帶型挖掘式裝載機頂管施
工工藝兩種不同工藝的工料機成本費用：
施工工藝名
稱
傳統手掘式施工皮帶型挖掘式裝載機頂管施工
費用組成吊裝設備、人工費用
管用皮帶型挖掘式裝載機、吊裝設備、人
工費用
費用明細
資源配置：4個人一組，手動掘進，
25T汽車吊一臺；
工作時間：每日進尺2米，70m需要35
天；
1、人工費用：400元/人/天*4人*35
天=5.6萬元；
2、機械費用（汽車吊）：1000元/天
*35天=3.5萬元；
3、損耗不考慮。
總價合計：9.1萬元
資源配置：4個人一組，25T汽車吊一臺，
頂管用皮帶型挖掘式裝載機一臺；
工作時間：每日進尺7米，40m需要10天；
1、人工費用：400元/人/天*4人*10天=1.6
萬元；
2、機械費用：（汽車吊）1000元/天*10天
=1萬元，（皮帶型挖掘式裝載機）200元/
天*10天=0.2萬元
3、損耗不考慮。
總價合計：2.8萬元
工期效益
傳統手掘式施工，完成70m長度D2200
頂管掘進工作工期約為35天。
皮帶型挖掘式裝載機施工，完成70m長度
D2200頂管掘進工作工期約為10天。
7. 應用實例（典型照片）
工作井帽梁砼澆筑工作井護壁施工
運輸、行
走方式
皮帶傳輸、實心輪胎行走皮帶速度0.65m/s
外形尺寸5.2 *1.2 *1.3m 操作方式多路閥
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頂管開洞頂管用輪式皮帶型挖掘式裝載機
頂管內掘進施工、皮帶出土頂管作業面有毒有害氣體檢測
掌子面開挖檢查千斤頂頂進作業
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頂管管道線型監測管道貫通、出洞
8. 技術咨詢服務單位聯系方式
技術提供單位中國建筑一局（集團）有限公司西南分公司
主要完成人漆濤、何煜民、田峻嘉、魏兵
技術咨詢聯系人漆濤聯系電話18581512773

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