顶管施工现场管理简述

顶管施工现场管理简述

丁立、刘加芹、彭光军

上海海诚工程管理有限公司  上海市徐汇区  200030

摘要： 本论文简要介绍了顶管施工现场管理的关键要点。通过对施工过程、安全管理、质量控制以及人力资源管理等方面的探讨，总结了有效的顶管施工现场管理策略，以确保施工项目的顺利进行。

关键词：顶管施工；现场管理；安全与质量

引言

在现代城市建设与发展过程中，地下管道网络的铺设与维护显得愈发重要。顶管施工作为地下管道铺设领域的一项关键技术，不仅有效解决了地下空间有限的问题，还极大地提升了城市基础设施的承载能力和服务水平。然而，顶管施工作为一项复杂而精细的工程，其成功与否不仅仅取决于先进的技术手段，更离不开科学合理的现场管理。施工现场管理在顶管工程中的作用日益凸显，它涵盖了从安全保障、质量控制，到人力资源协调等多个方面，直接影响着项目的进度和成果。

通过深入剖析顶管施工的各个环节，我们将重点关注如何在施工现场实施高效的管理策略，以确保施工项目能够顺利进行，并达到预期的目标。通过对顶管施工现场管理的深入研究，我们可以更好地理解其在城市发展中的重要性，为构建更安全、高效、环保的城市地下管道网络贡献力量。

一、顶管施工项目简介

某工程包含2段Φ1600钢管长距离顶管（分别为517m和820m），采用DN1600钢管（Q235B），外径为1620 mm，内径为1584mm，壁厚18mm；3座顶管基坑、Φ1600钢管开槽埋管（约371m）以及后期相关绿化恢复等。

二、顶管工程涉及的几个术语

顶管工程是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术，其基本原理是就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间，专业化程度较高。以下是该项工艺涉及的几个术语：

1. 顶管机：安装在管道前端用于掘进、防坍、出泥和导向的机械.
2. 工作井：用于顶管设备安装调试、管节拼装及顶进施工的地下作业空间。

3. 接收井：用于接收顶管机的地下作业空间。
4. 小直径管：内径600mm—1200mm，大直径管：内径不小于3500mm。
5. 长距离顶管：一次顶进长度500m—1000m的顶管；超长距离顶管：一次顶进长度大于1000m的顶管。
6. 导轨：铺设在工作井底部，用于顶管工程初始导向和管节拼接用的轨道。
7. 穿墙孔：顶管机进出工作井、接收井的洞门。
8. 始发：顶管机由工作井进入土层开始顶过的过程，也称为出洞。
9. 接收：顶管机由土层进入接收井完成顶进的过程，也称为进洞。
10. 盘根止水（packing seal）：把棉、麻、石棉、石墨等材料浸入复合树脂或油脂而制成的填塞顶管机与穿墙空隙的止水材料。【牛油盘根分牛油棉纱盘根和牛油麻纱盘根,牛油棉纱盘根系用石棉线（或金属石棉线）为原料,经合股编制或扭制而成，麻纱盘根是以亚麻为原料加工而成，所以也称亚麻盘根。在编织过程中完全浸渍硅油或润滑油,具有自润滑性,柔韧性好而附有弹性等密封性能，用于回转轴，往复活塞或伐门杆上作密封材料。】

三、顶管工程工艺流程简介【1】

顶管施工作为一种先进的管道铺设技术，已在城市地下基础设施建设中得到广泛应用。其独特之处在于，它能够在地下无需大规模开挖地面的情况下完成管道铺设，从而最大程度地减少了地表破坏和交通干扰。顶管施工流程涵盖了多个关键步骤，包括施工准备、隧道掘进以及管道安装等，这些步骤的有序进行为后续的现场管理提供了基础。

泥水平衡顶管机工作基本原理

泥水平衡式顶管掘进机，主要由切削搅拌系统，刀盘动力系统，纠偏及液压系统、壳体，主轴密封及电气操作系统等部分组成。

泥水平衡工具管是在机械切削式工具头刀盘后安装隔板，形成泥水压力舱，顶管推进力使泥水充满泥水舱，并对掘削面土体施加一定的压力，尽管刀盘掘削地层，但地层不会坍落，以稳定开挖面。

刀盘切削下来的土砂进入泥水舱，经设置在舱内的搅拌装置拌和后成为含掘削土砂的高浓度泥水，再经排泥泵将其泵送到地面泥水分离系统，经过旋流，震动筛分等工艺过程后，将处理后的泥水再次循环至泥水舱。

在泥水与掘削面地层接触后，由于作用在掘削面上的泥水压力大于地层的间隙水压，故泥水中的细粒成分渗入地层间隙，使地层的渗透系数变小；随着时间增加，细粒成分填充地层间隙的填充率越来越大，渗水系数越来越小，滤水量越来越小，过剩水压增加越来越慢，最后被完全填充。另外，因泥水中的粘土颗粒带负电荷，且均匀地悬浮于泥水中，而地层中的土颗粒带正电荷，故泥水中的粘土颗粒均匀地吸附聚集在掘削面的表面形成泥膜。泥膜生成后，泥水舱内的泥水不能再进入掘削地层，即杜绝泥水的损失，保证了外加推进力有效地作用在掘削面上，与此同时，地下水也无法涌入泥水舱。这就是泥水的双向隔离作用，隔离作用的结果可以确保掘削地层不变形、不坍塌。

四、施工安全管理

安全管理在顶管施工现场是保障工作人员健康和项目顺利进行的关键要素。由于顶管施工涉及的工程复杂性和高风险性质，有效的安全管理措施对于防范事故、保障工人安全至关重要。

1.  施工过程的安全和环境保护应符合现行行业标准《建筑施工安全检查标准》JGJ59有关规定。
2. 危大工程管理。一般情况下，顶管工程的工作井和接收均较深，涉及深基坑危大工程。
3. 施工前应对周边建(构)筑物、管线进行调查摸底，制定合理的监测方案，对需重点保护的建(构)筑物、管线应加密监测，监测应委托有资质的测量单位，进行信息化施工。
4. 建(构)筑物、地下管线的安全保护应制定技术措施，并应标出施工区域内和外的建(构)筑物、地下管线的分布示意图。
5. 管道内应配备有害气体测试仪、通风设备，有害气体的检测应符合现行国家标准《作业环境气体检测报警仪 通用技术要求》GB12358的规定。采用化学材料止水部位焊接作业、防腐作业、登高作业时，应有专项施工措施。
6. 运输机械应根据管径、坡度以及载重量选择，在工作井和顶管机部位应设管限位装置。
7. 工作井内垂直运输作业时，井上与井下应分别设起重指挥。
8. 施工机械的使用应符合现行行业标准《建筑机械使用安全技术规程)JGJ 33的规定。
9. 施工临时用电应符合现行行业标准《施工现场临时用电安全技术规范》(附条文说明)JGJ46的规定。
10. 焊、割作业点与氧气瓶、乙炔瓶、易燃易爆物品的距离应符合操作规定；施工现场的焊割作业，必须符合防火要求。
11. 工作井、接收井施工应采取高空作业防护措施，施工平台必须们有足够强度的防护栏杆和全身式的安全。在吊装过程中，井内施工人员应站在落物碰不到的地方。保不到的地力。顶管施工中应采取有效的技术措施防止或减少地面沉降。
12. 顶管施工现场应备有防汛、防台应急预案及设施。
13. 顶管施工现场的预留孔、洞等必须加盖安全网盖，基坑、集土坑、泥浆池四周应设防护栏杆。
14. 管内排土运输应根据土体性质、选用机械、管内作业空间等选择合理的方法。排土运输应遵守有关的安全技术规定。
15. 废士、渣士、废泥浆的处置应符合有关部门的规定。施工过程产生的废土、渣土及发泥浆应集中堆放。废土、渣土及废泥浆应及时外运，外运车辆应为密封车或有遮盖自卸车，车辆及车胎应保持干净，不粘带泥块等杂物，防止污染道路。
16. 施工现场应设置排水系统，严禁向排水系统排放泥浆。排水沟的废水应经沉淀过滤达到标准后排人市收排水管网。
17. 施工现场出人口处应设置冲洗设施、污水池和排水沟。应山专人对进出车辆进行清洗保洁。
18. 施工期间噪声应按现行国家标准《建筑施工场界环境噪声排放标准》GB12523 的规定控制。
19. 夜间施工应办理相关手续，并应采取措施减少声、光的不利影响。
20. 顶管工程施工过程中应对施工影响范周内的重要建 (构)筑物、管线及其他设施进行监测、监测的内容和范围应符合《工程测量标准》GB50026和现行行业标准《建筑变形测量规范》JGJ8的规定。

五、顶管施工的质量控制[2]

顶管施工的质量控制是确保工程安全、稳定和可靠运行的核心要素。通过科学合理的质量控制手段，可以确保施工过程中的每一个环节都达到预期的质量标准。以下着重顶管施工常见问题处理：
    1. 顶管顶进时防止扭转措施

1.1 初始顶进阶段防扭转措施

若管道推进距离较短，逆时针方向纠转，则可以将左侧主推千斤顶前端抬起，右侧千斤后端抬起，从而主推千斤顶推进时会产生反向的扭距，使管道扭转慢慢得到纠正。若顶管机顺时针方向纠转，主推千斤顶则反之。该方法产生的扭矩一般能在顶进距离较短的初始顶进阶段发挥作用，距离越长效果越不明显直至无效果；

1.2 正常顶进阶段防扭转措施

由于顶管沿线穿越土层的变化、顶管纠偏及管内两侧设备布置不均匀等因素会造成推进时管道发生不同程度的扭转，这直接影响到顶管的顺利进行，严重的将会导致管道扭转变形。为确保持各预留孔垂直度，顶进前在顶管机、中继环均设扭转指示针，一旦发现微小的扭转，主要采用以下措施：

（1）顶管机后部布置具有防扭转功能中继间

该中继间油缸分为若干组，每组油缸有其独立的油路控制系统，并布置成可调整角度结构。在施工过程中，若顶管机出现扭转现象，及时开启防扭中继间，在反向扭矩作用下有效的进行纠扭，在收回油缸阶段，顶管机刀盘逆向旋转，两者合力可有效纠扭。

（2）调整刀盘转向纠扭措施

通过控制掘进机刀盘转向（顺时针和逆时针方向），对在掘进时产生的转矩进行纠扭。

（3）配重纠正扭转措施

在管内设备及管道安装时，根据重量平衡原理，在安装设备及管材的另一侧配以相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡，消除人为造成管道扭转的因素。

若以上方法不能达到预期效果，则用单侧加压配重的方法进行纠扭，因

此我们配备了40t压铁，单块重量为25kg。

2. 管道顶进中的顶管机防磕头可采用如下措施：

3. 出洞止水措施：

3.1 在法兰上安装工作井洞口止水装置。该装置必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于1cm。

3.2 为防止止水装置意外损坏出现较大渗漏现象，在井壁内预埋注浆管道。

3.3 在井壁预埋钢板与螺栓孔之间加塞Ⅰ整圈遇水膨胀止水条，防止浆液经由井壁流出。

3.4 紧急情况下压注聚氨酯或双液浆，对洞口堵漏；当顶进结束后可通过此管路压入泥浆填充空隙。

4. 管节止退措施

考虑本工程管顶覆土较深、顶管正面土压力相对比较大，在初始顶进阶段，正面土压力远大于管周围的摩擦阻力，极易造成管节回退，致使到盘正面切口水压下降，从而造成正面坍方、洞口止水装置受损及顶管姿态不良等严重后果。因此拼接管子时主推千斤顶在缩回前必须采取相应的止退措施，对已顶进的部分与井壁进行固定，直至钢管外壁摩阻力大于掘进机正面土压力为止。可采取的止退措施有：

4.1 在钢管外侧井壁区域内埋设预埋钢板，初始顶进时在主推千斤顶退回前将钢管用钢板与井壁预埋件相连。

4.2 钢管底部与井内导轨采用焊接件临时连接。

顶管施工事先在工作井内衬洞口两侧预埋钢板，预埋件上有U型拉环。顶进结束后，在主顶油缸回缩之前，采用手拉葫芦把最后一节关节或顶管机头拉住不让其后退，即一端固定在洞口预埋件U型拉环上，另一端利用管节的吊装孔来固定。手拉葫芦的另一个功能是防止顶管机大刀盘向某一方向旋转时产生的力矩使顶管机朝另一个方向偏转。

5. 顶进姿态控制措施

5.1加强顶管测量管理

（1）本工程对工程控制点的复测工作都必须按规范要求进行实施，确保测量数据的准确。

（2）顶管过程每隔50米左右复核一次轴线，确保自动测量系统的准确性。

5.2加强顶管纠偏管理

（1）在顶进过程中，必须注意偏差发展的趋势。纠偏的原则是：务必让偏差保持在较小的波动范围内，并且做到勤测勤纠，小幅度纠和看趋势纠。严格控制纠偏角度，严禁大角度纠偏；

（2）不间断分析管道顶进中偏移轨迹的变化，确定合理的纠偏幅度。根据历史轨迹曲线查询和实时轨迹曲线显示，可直观地分析判断顶管机的偏差趋势；

（3）严密监视顶管机高精度倾斜仪的读数变化，分析判断机头轨迹发展变化。倾斜仪读数是采取高程纠偏措施的主要依据，同时也是评估纠偏效果的重要数据；

（4）顶管机纠偏油缸的油路上，设压力监控装置，通过分析监控装置的数据来分析顶进中的不平衡外力的状况，预测顶管机的前进轨迹，为采取纠偏提供辅助参考信息；

（5）顶管机刚产生偏转时，就必须用改变刀盘的转向来校正，校正方法是顶管机向哪个方向发生偏转，刀盘就朝哪个方向转动。顶管机设有高精度倾斜仪，能精确显示顶管机0.01度的旋转角度变化，可及时判断顶管机的偏转和校正效果。

6. 地面沉降控制措施

6.1 地面监测，优化掘进机参数。

在初始推进阶段，要精心组织地表监测，在轴线上方按监测方案布设沉降控制桩。通过地表监测得到隆沉量与相对应的掘进机主参数（包括推进速度、开挖面泥水压力值，出土率等）进行比较，从而优化掘进机参数，指导以后的顶管推进。

6.2 注浆稳定措施

除了在初始推进阶段，优化推进参数以外，在顶进过程中加强同步注浆也是有效手段之一，必须尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动，形成连续的环状浆套。要选择触变性能良好的膨润土制浆材料。

6.3 加强对管线的监测措施

（1）在顶管施工中，用监控来指导施工是十分必要的，依靠监控和数据的不断反馈可避免盲目施工、冒险施工。根据工程的规模和环境控制的要求，施工监控包括二项内容：沉降、隆起和水平位移，以确保绝对安全。

（2）沉降控制，在监测站采用水准仪，通过测量取得的数据与原始值进行对比分析，并绘制沉降速率图表，有效的掌握沉降量，要求沉降控制在±10mm之内。当发现沉降量接近控制量，必须立即停止推进，调整泥水压力控制值，并采取相应的跟踪注浆措施。各监测站进行全过程沉降、位移监测，汇总数据，分析取得的数据。

7. 正面泥水压力异常管理措施

7.1 在工具管排泥吸口处安装搅拌装置，保证吸口畅通，排泥泵前过滤器要经常进行清理，保证不被堵塞。

7.2 正确的设定泥水系统各项施工参数，包括泥浆的密度、粘度、压力、流量等以确保开挖面支护的稳定性。

7.3 对泥水系统的各运转部件定期进行检修保养，保证各设备的正常运转。在泥水系统操作过程中要做到顺序正确，避免误操作引起压力波动。

7.4尽量避免使用第一个中继间，防止工具管后退。

7.5 在管节拼装或维修期间对泥水舱进行补浆加压，保证泥水舱压力的稳定。

7.6 当发现泥水流动不畅时，应及时地转换为旁路状态，通过各个设备运转情况和相应的泥水压力及流量判断管路堵塞的位置及堵塞的原因，并及时采取措施排除故障。
   六、人力资源管理
      在顶管施工现场，人力资源是项目顺利进行的关键因素。有效的人力资源管理策略可以确保适当的人员配备、高效的队伍管理，从而保障施工进度和质量。

1. 人员配备

人员配备是顶管施工的首要任务。根据项目的规模和要求，制定人员配备计划，确保各个职能岗位都有足够的合格人员。

2. 队伍管理

顶管施工涉及多个岗位的协同合作，因此队伍管理至关重要。建立高效的施工团队，确保团队成员之间的合作与协调。通过制定明确的工作分工、责任和权利，提高工作效率和质量。

  3.培训与技能提升

为了保障施工人员的工作质量和安全，持续的培训和技能提升是必不可少的。定期进行专业培训，提升工人的技术水平，使其适应新技术和工艺。

七、进度管理

进度管理是顶管施工项目成功实施的关键，它涉及计划制定、进度监控和调整等环节，旨在保障项目按时完成。以下将介绍如何有效管理顶管施工的进度。
  1.施工计划制定

在项目开始之前，制定详细的施工计划是至关重要的一步。计划应包括施工各个阶段的起止时间、关键节点、人员配备等内容。合理的施工计划可以为项目提供明确的时间框架，使团队知道何时需要完成每个任务。 在制定施工计划时，需要将整个项目分解为具体的任务和工作包。对每个任务进行工期估算，考虑不同工作的复杂程度、依赖关系等因素，以确保工期合理可行。

2.资源分配与优化

进度管理需要合理分配资源，确保每个任务都有足够的人力和物力支持。在项目执行过程中，可能需要根据实际情况进行资源的优化分配，以确保进度 的稳定推进。
   3.风险管理与应急计划

在进度管理过程中，需要考虑可能的风险和不确定因素。制定应急计划，应对可能的延误因素，可以保证在突发情况下能够快速做出反应，减少对项目进度的影响。
   4.进度调整与优化

如果发现项目进度偏离计划，就需要进行进度调整和优化。在调整时要综合考虑资源、任务依赖关系等因素，以确保整体项目的目标不受影响。
   5.技术支持和工具

使用专业的项目管理工具和软件，如甘特图、进度表等，可以更好地跟踪和管理项目进度。这些工具可以帮助团队及时了解项目状态，发现问题并做出决策。
    总结

顶管施工的成功实施需要综合考虑多个方面的管理和控制措施。通过科学的管理策略，可以确保工程的安全、质量、进度等各个方面的要求得以满足，为城市基础设施的建设和发展做出积极贡献。这不仅需要技术和经验的支持，更需要团队合作和持续的努力，为未来的城市发展创造更加可持续和宜居的环境。

参考文献

[1]陈明辉，李新忠，杨健华，等.基于BIM技术的顶管施工现场管理研究[J].建筑技术，2019，50(9)：866-869.
[2]郑克刚，王海洋，赵红宇，等.顶管法施工安全管理的探讨[J].建筑施工，2017，48(6)：614-617.