顶管施工安全管理

顶管施工安全管理01顶管法施工介绍02顶管施工特殊性03顶管施工风险控制04顶管施工安全管理要点05课程回顾顶管法施工介绍1、工法概述2、发展历程3、常见工法4、组成部分11顶管施工介绍1.1工法概述

顶管法施工是继盾构施工后发展起来的一种暗挖式施工方法。

按照方案在管道沿线设置工作井（始发井）和接收井，工作井内借助顶进系统产生的轴向推力，把掘进机头顶到土层截面上完成土体削切，在其尾部安装管片并通过压浆系统在管壁周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行，直至接收井，铺设成管道。工作井接收井顶进系统掘进机头管节浆液制作操控台顶管作业顶进模型1顶管施工介绍1.2发展历程19541896美国北太平洋铁路公司1954北京进行第一例顶管施工1964上海首次使用机械式顶管1984引进国外先进的机械设备1988我国第一台多刀盘土压平衡掘进机(DN2720mm)2014我国成功研制世界上最大断面的矩形顶管机外径达7.5m×10.4m2021天津地铁4号线项目完成公司首例大截面矩形顶管施工2013年宁波220千伏澄浪隧道圆形顶管工程华北公司大截面矩形过街通道顶管工程1顶管施工介绍1.3常见工法土压式推进工法顶进过程中借助土仓内被动土压力与削切面周围土压、水压维持平衡，从而使开挖面的土体保持稳定，刀刃推进工法泥水推进工法浓泥式推进工法？？？土压平衡顶管作业模型土压水压仓内土压1顶管施工介绍1.4主要构件-顶管机全断面切削矩形顶管机刀盘驱动电机电气设备螺旋出渣系统削切土体并搅拌均匀削切前进方向土体，土仓内将惰性浆液与渣土充分混合改良土质。控制顶进方向

纠偏千斤顶设置在顶管机前后端之间，通过组合动作控制顶进方向。维持内外压力保障并监测土仓压力，控制地表及管线位移。1顶管施工介绍1.4主要构件-顶进系统主顶系统后座垫铁油缸油缸支架导轨主顶油缸为顶进施工主要动力装置，设置在始发井位置，由坚固的后座垫铁、顶进油缸、油缸支架、滑行导轨组成。1顶管施工介绍1.4主要构件-顶进系统主顶油缸为顶进施工主要动力装置，设置在始发井位置，由坚固的后座垫铁、顶进油缸、油缸支架、滑行导轨组成。中继间中继间顶进过程在管节中加入一片带有顶进系统的中继间，使管节分段顶进，分解主顶系统轴向推力。1顶管施工介绍1.4主要构件-泥浆系统触变泥浆触变泥浆通过管节和机头预留注浆孔压入不易固化、粘度高、不易失水触变泥浆，在周围形成泥浆套，形成润滑减阻，支撑地层等作用。渣土改良通过向土仓内注入土体改良剂，改变土质，防止坍塌、泥水流失。便于运输同时维持掌子面的稳定，提高成套效果。浆液置换

施工完成后，置换管节周围触变泥浆，提高整体稳定性。渣土改良泥浆制拌输送管道注浆孔压力控制渣土改良触变泥浆1顶管施工介绍1.4主要构件-智能控制

自动化监测及控制系统由激光经纬仪

测量靶、传感器、智能控制台等组成。通过始发井内激光经纬仪发出激光射线，定位到机头靶盘上，实现顶进方向和高程监测。同时智能控制台远程控制顶进过程中全部参数。

顶管施工特殊性1、事故案例2、环境风险辨识22顶管施工特殊性新1、中建八局在天津地区首例大截面矩形顶管施工2、新环境条件3、新工艺工法4、新机械设备5、新挑战地下暗挖工程1、地质条件复杂2、下穿建筑物管线3、涉及众多产权单位4、社会影响大5、问题处理成本大危大工程（顶管、起重吊装）1、专项方案编制2、组织专家论证3、危大工程验收4、……2顶管施工特殊性2.1事故案例N08-N07砼顶管倒退事故2014年10月19日凌晨，上海市闵行区发生顶管整体后退事故，后退长度2.9m塌陷面积117㎡深度超1.2m影响3幅车道通行热力管线受损事故造成近2000人供暖中断2顶管施工特殊性2.2风险辨识

复杂的地质水文条件下穿（临近）构筑物破坏地下综合管线地下水位高土质不均2顶管施工特殊性2.2环境风险辨识

复杂的地质水文条件下穿（临近）构筑物破坏地下综合管线地下水位高

风险：

渗漏、涌水涌沙、涌泥

地表沉降2顶管施工特殊性2.2环境风险辨识

复杂的地质水文条件下穿（临近）构筑物破坏地下综合管线地下水位高软土硬土土质不均偏线分离

穿越不均匀土质时，极易造成顶进方向与轴线偏离，严重时可造成机头与管节或管节间分离事故。2顶管施工特殊性2.2环境风险辨识

复杂的地质水文条件下穿（临近）构筑物破坏地下综合管线地下水位高土质不均软土硬土2顶管施工特殊性2.2环境风险辨识

复杂的地质水文条件下穿（临近）构筑物破坏地下综合管线

顶管施工多在城市道路、桥梁、楼房等既有建筑下施工，对地表沉降、位移要求极高，施工扰动不可避免的会出现土体变形，当变形超过一定范围就会对临近建筑、管线造成影响，甚至损坏。2顶管施工特殊性2.2环境风险辨识

复杂的地质水文条件下穿（临近）构筑物破坏地下综合管线多杂重大天然气管道、热力管道、污水管道、雨水管道、弱电管道……市政管线关系民生，施工中一旦造成破坏或扰动，轻则造成极坏的社会影响，重则会引发生产事故。重要程度接近程度管线风险分级一级编制方案论证二级方案评审三级……数量多

种类杂

重要

影响大顶管施工风险控制1、顶管施工防渗漏水风险控制2、顶管机轴线纠偏控制3、地面沉降及管线变形控制33顶管施工风险控制3.1防渗漏水风险控制土体加固始发井接收井

加固后背及洞门附近土体，防止发生变形；平衡外部水压力，阻水；调节内部土压力（泥水压）；防止惰性浆液溢出土体加固部位示意图SMW工法桩13顶管施工风险控制3.1防渗漏水风险控制土体加固洞门封闭在洞门墙体预埋钢环，作为管道进入土体的入口。在环体外侧依次设钢翻版、双层帘布橡胶板，中间空腔区域为小钢箱。双层帘布橡胶板小钢箱正视图剖视图12钢翻板3顶管施工风险控制3.1防渗漏水风险控制土体加固洞门封闭

顶管机顶进过程中带动双层帘布橡胶板内翻，小钢箱形成密闭空间，同时向其注入惰性浆液，在管节周围形成连续的密闭止水环，并在顶进过程中不断加注，防止地下水、泥沙、触变泥浆渗出，为顶进过程中洞门封闭系统。惰性浆液21顶进方向3顶管施工风险控制3.1防渗漏水风险控制土体加固洞门封闭管节止水探水试验2134管节止水条管节试拼装探水试验探水试验3顶管施工风险控制3.2顶管机轴线纠偏控制纠偏油缸纠偏系统

当顶进方向偏离预计轴线时，可利用机头纠偏油缸组合伸缩控制掘进方向。其设置在前盾与后盾连接处，呈上下、左右对称布置。1纠偏示意图3顶管施工风险控制3.2顶管机轴线纠偏控制纠偏油缸纠偏系统

当顶进方向偏离预计轴线时，可利用机头纠偏油缸组合伸缩控制掘进方向。其设置在前盾与后盾连接处，呈上下、左右对称布置。纠偏系统侧视图正视图纠偏油缸13顶管施工风险控制3.2顶管机轴线纠偏控制纠偏油缸1纠偏系统2刀盘转向纠偏示意图

当顶进系统发生轴向侧倾，采用控制不同刀盘转动速度，或者刀盘反转的方法进行扭转纠偏。3顶管施工风险控制3.2顶管机轴线纠偏控制

当顶进系统发生扭转偏移和转向偏移时均可向机头侧面相应受力点注泥，增大支撑力配合纠偏。纠偏油缸12刀盘转向注泥3纠偏系统扭转纠偏示意图纠偏系统转向纠偏示意图3顶管施工风险控制3.2顶管机轴线纠偏控制

顶进过程中根据不同地质设定顶进油缸推力和推进速度，调整工作油缸组合方式，实现对顶管姿态的实时控制。最基本的控制4油缸控制注：顶管机的纠偏通常使用多种方式组合，共同作用纠偏油缸12刀盘转向注泥23顶管施工风险控制3.3地面沉降及管线变形控制土仓压力

改变土仓内压力，维持顶进体系平衡，控制地表位移量。合适的土仓压力保持模式可以最大限度地减小地层扰动，同时保证掌子面的稳定，防止坍塌。泥1土压水压仓内土压维持土仓压力：1、调整顶进力度2、调整顶进速度3、控制出土量4、向土仓内打泥5、控制刀盘转速6、……3顶管施工风险控制3.3地面沉降及管线变形控制土压平衡止退装置12刀盘转向

安装管节时，在主推千斤顶缩回前加装止退措施，防止管节后退导致开挖面土体失稳引起地面沉陷。

2014年10月19日凌晨，上海市闵行区发生顶管整体后退事故，后退长度2.9m塌陷面积117㎡深度1.2m3顶管施工风险控制3.3地面沉降及管线变形控制土压平衡止退装置12刀盘转向

安装管节时，在主推千斤顶缩回前加装止退措施，防止管节后退导致开挖面土体失稳引起地面沉陷。

止退装置示意图3顶管施工风险控制3.3地面沉降及管线变形控制土压平衡止退装置12刀盘转向

安装管节时，在主推千斤顶缩回前加装止退措施，防止管节后退导致开挖面土体失稳引起地面沉陷。

止退装置示意图止退架F钢销3顶管施工风险控制3.3地面沉降及管线变形控制土压平衡止退装置12润滑减阻紧密削切34触变泥浆土体改良56二次注浆沉降监测78加强密封9……10顶管施工安全管理要点44顶管施工安全管理要点气体监测行为安全水平运输应急管理起重吊装前盾吊装尾盾吊装刀盘安装搅龙安装U型顶铁安装机械安拆、管节吊装、渣土吊运超危大工程重整机重量约175吨；单次最大起重量75.5吨（前盾拆除刀盘后73t

+吊具、索具2.5t）；单片管节37.5t采用起重机械安装4顶管施工安全管理要点气体监测行为安全水平运输应急管理起重吊装管节吊装、机械安拆、渣土吊运中心点偏心点水平吊运翻转人

特种作业人员持证上岗、经安全教育交底、规范安全行为机

特种设备备案登记、组织第三方检测、定期检查保养料

管节轴心点定位、土槽及设备吊耳及整体稳定性法

编制专项方案、专家论证、作业前进行试吊装

环

确保净空及地基承载力合格、作业区域警戒4顶管施工安全管理要点气体监测行为安全水平运输应急管理起重吊装机械安拆、管节吊装、渣土吊运电动轨道车渣土管道内水平运输