江蘇省工程建設省級工法申報材料

（2015年度）

工法名稱巖石破碎型泥水平衡頂管施工工法

申報單位嘉盛建設集團有限公司

推薦地區南京市住房與城鄉建設委員會

申報時間2015年10月23日

目錄

1、省級工法申報表

2、工法內容材料

3、企業級工法批準文件復印件;

4、工程應用證明

5、經濟效益證明

6、科技查新報告復印件

7、反映工法操作要點照片

省級工法申報表

江蘇省工程建設省級工法申報表

（2015年度）

工法名稱巖石破碎型泥水平衡頂管施工工法

類別土木工程

專業分類......

申報單位嘉盛建設集團有限公司

推薦單位南京市住房與城鄉建設委員會

江蘇省住房和城鄉建設廳制

填寫說明

1.“申報單位”欄：應為工法的主要完成單位。

2.“類別”欄：請在房屋建筑工程、土木工程、工業安裝工程對

應項中劃“鏟。

3、“專業分類”欄:

房屋建筑工程類別包括：（1）地基與基礎（2）主體結構（3）

鋼結構（4）裝飾與屋面（5）水電與智能（6）其他；

土木工程類別包括：（1）公路（2）鐵路（3）隧道（4）橋梁（5）

堤壩與電站（6）礦山（7）其他；

工業安裝工程類別包括：（1）工業設備（2）工業管道（3）電

氣裝置與自動化（4）其他。

如沒有對應專業，請填寫“其他”并注明自己認可的專業分類。

4.“申報單位”欄：填寫內容應與“申報單位意見”欄中的公章一

致。

5.“通訊地址”及“聯系人”：指申報單位的地址和聯系人。

6、“主要完成人”欄：最多填寫5人。

7、有效期超過8年申報的工法，應是其關鍵技術有所創新，仍

具有先進性和較高推廣應用價值的工法。

8、“工法應用工程情況”欄：最少填寫2項工程；如填寫1項（含）

以下工程，應在申報表“工法成熟、可靠性說明”欄進行闡述。

9.工法關鍵技術涉及有關專利的，應在“關鍵技術及保密點”欄

注明專利號。

10.“工法形成企業技術標準情況”欄：該工法已形成了企業技

術標準時，填寫此欄。填寫的內容包含企業技術標準名稱、編號和

發布時間等內容。

工法名稱巖石破碎型泥水平衡頂管施工工法

□房屋建筑工程

類別V土木工程專業分類其他（市政公用）

□工業安裝工程

嘉盛建設集團有限公司

申報

通訊地址南京市江東中路315號6棟10樓郵編210019

單位

辦：

聯系人電話

手機：

主姓名工作單位職務電話

要王建軍嘉盛建設集團有限公司項目經理

徐冠軍嘉盛建設集團有限公司項目副經理

完

肖云國嘉盛建設集團有限公司技術負責人

成

楊東發嘉盛建設集團有限公司總工

人

工程名稱1、南京市高新區浦泗路道路改造工程

工法

開竣工時間20n年4月?2013年n月工程所在地區南京

應用2、南京市城東污水處理廠三期建設工程-佳營東路

工程名稱

(C0+310?C0+558)

工程

工法關鍵技術名稱工法關鍵技術名稱為:巖石破碎型泥水平衡頂

管施工

工法關鍵技術獲科技

成果獎勵的情況

工法形成企業技術標

已形成企業技術標準，編號(JS-GF-15-001)

準情況

原工法名稱、完成單

位、國家級工法批準文

號及工法編號（升級版

工法填寫此欄）

工法內容簡述：

隨著頂管施工技術大范圍的推廣應用，頂管工程所遇到的地質條件越來越復雜，

截至目前，巖石條件下的頂管仍有許多困境。參建的工程技術人員集思廣益，對傳統

泥水平衡頂管機進行了改進，改進后的泥水平衡式頂管機具備了一次、二次破碎功能,

簡稱破碎型泥水平衡頂管機，能夠有效的適應巖石地質條件，并滿足大深度、大口徑

及高精度的施工要求。雨污分流頂管工程的成功穿越，充分證明巖石破碎型泥水平衡

頂管施工工法是成功的，取得了預期的社會經濟效益和市場前景。

1、工法有如下特點：

⑴、工法先進：在既有泥水平衡頂管機的掘進刀盤上加裝滾刀，實現破巖功能，

進行一次破碎；土倉內采用獨特的圓錐形剪切破碎裝置作為二次破碎，二次破碎成能

被輸送的粒徑；另外在頂管機機頭內設置預留排障人孔。

⑵、環境污染小：由于大部分的施工工具處于地下，噪聲小、震動小，排除的泥

漿自動循環，統一排放，對周圍環境污染較小。

⑶、穩定性好和安全度高：信息化施工，電腦監控儀表的各項數據，科學化管理,

連續監測，及時糾偏，精度高，穩定性好；采用人工安裝管節，機械頂進，做到管內

無人化操作，安全隱患少，安全度高。

⑷、適用性強：使用范圍廣，適用于土層、砂層、砂礫石層、巖層等多種土質；

頂進施工中遇到各種障礙物，如孤石，直徑較大的礫石，混凝土塊等。

⑸、自動化與機械化程度高：供水、供電實行自行供給，每臺班只需8人。管路

自動化排泥，可以連續出土，效率高，速度快，管內干凈，適合長距離頂管，改良了

工作環境，減輕了勞動強度。

⑹、功效高、造價低：每臺班頂進2-2.5m,與其他傳統方法相比，節省造價約

30%—40%,縮短工期50%?70%左右。

3、該工法在多個項目上應用，有如下效益：

與國內外常用的爆破法、靜態爆破法、液壓式巖石分裂機法、取芯法等方法比，

通過對傳統泥水平衡頂管機進行改進，從而實現一次破碎、二次破碎及排漿等方面的

功能，能夠有效的適應巖石地質條件，其城市施工可操作性強、環境污染小、適用性

強、穩定性好、安全度以及自動化、機械化水平高。

關鍵技術及保密點（如有專利權，請注名專利號）：

工法關鍵技術名稱為：巖石破碎型泥水平衡頂管施工工法

本工法的主要特點為：

⑴、工法先進：在既有泥水平衡頂管機的掘進刀盤上加裝滾刀，實現破巖功能，

進行一次破碎；土倉內采用獨特的圓錐形剪切破碎裝置作為二次破碎，二次破碎成能

被輸送的粒徑；另外在頂管機機頭內設置預留排障人孔。

⑵、環境污染小：由于大部分的施工工具處于地下，噪聲小、震動小，排除的泥

漿自動循環，統一排放，對周圍環境污染較小。

⑶、穩定性好和安全度高：信息化施工，電腦監控儀表的各項數據，科學化管理,

連續監測，及時糾偏，精度高，穩定性好；采用人工安裝管節，機械頂進，做到管內

無人化操作，安全隱患少，安全度高。

⑷、適用性強：使用范圍廣，適用于土層、砂層、砂礫石層、巖層等多種土質；

頂進施工中遇到各種障礙物，如孤石，直徑較大的礫石，混凝土塊等。

⑸、自動化與機械化程度高：供水、供電實行自行供給，每臺班只需8人。管路

自動化排泥，可以連續出土，效率高，速度快，管內干凈，適合長距離頂管，改良了

工作環境，減輕了勞動強度。

技術水平和技術難度（與國內外同類技術水平比較）：

與國內外常用的爆破法、靜態爆破法、液壓式巖石分裂機法、取芯法等方法比，

通過對傳統泥水平衡頂管機進行改進，從而實現一次破碎、二次破碎及排漿等方面的

功能，能夠有效的適應巖石地質條件，其城市施工可操作性強、環境污染小、適用性

強、穩定性好、安全度以及自動化、機械化水平高。同時與其他傳統方法相比，其功

效高、造價低，能夠節省造價約30婷40%,縮短工期50%左右。

工法成熟、可靠性說明（當該工法應用工程少于2項時填寫）:

工法應用情況及應用前景：

本工法在南京市高新區浦泗路道路改造工程、南京市城東污水處理

廠三期建設工程-佳營東路（C0+310?C0+558）等兩個工程中應用，施工

可操作性強、環境污染小、適用性強、穩定性好、安全度以及自動化、

機械化水平高，至今管道運行良好。

工程在保證質量、安全的前提下，提高工效，節約勞動力，從而可

以提前竣工，工程提前投入使用還將產生巨大的經濟效益和社會效益。

經濟效益和社會效益（包括節能和環保效益）：

與國內外常用的爆破法、靜態爆破法、液壓式巖石分裂機法、取芯

法等方法比，通過對傳統泥水平衡頂管機進行改進，從而實現一次破碎、

二次破碎及排漿等方面的功能，能夠有效的適應巖石地質條件，其城市

施工可操作性強、環境污染小、適用性強、穩定性好、安全度以及自動

化、機械化水平高。同時與其他傳統方法相比，其功效高、造價低，能

夠節省造價約20%?30%,縮短工期30%?50%。

申報單位意見:

申報單位公章

年月日

省轄市建設行政主管部門推薦意見:

（如工法應用工程實例少于2項，對該工法關鍵技術可靠、成熟

性補充意見如下：）

（公章）

年月日

工法內容材料

巖石破碎型泥水平衡頂管施工工法

嘉盛建設集團有限公司

王建軍徐冠軍肖云國楊東發

1.前言

頂管法施工是繼盾構施工之后發展起來的地下管道施工方法；最早于1896年

美國北太平洋鐵路鋪設工程中應用，已有百年歷史；20世紀60年代在世界各國

推廣應用；近20年，日本研究開發土壓平衡、水壓平衡頂管機等先進頂管機頭

和工法。

隨著頂管施工技術的大范圍的推廣應用，頂管工程所遇到的地質條件越來越

復雜，但截至目前，巖石條件下的頂管仍有許多困境。目前，國內外常用的方法有:

爆破法、靜態爆破法、液壓式巖石分裂機（液壓劈裂機）法、取芯法等。但在城市

施工中都存在施工效率較低、可操作性差的問題。

本工法推廣工程技術人員集思廣益，對傳統泥水平衡頂管機進行了改進。改

進后的泥水平衡式頂管機對巖石具備了一次、二次破碎功能，簡稱巖石破碎型泥

水平衡頂管機，能夠有效的適應南京地區巖石地質條件。現將此工法內容簡述如

下：

2.工法特點

2.1工法先進：在既有泥水平衡頂管機的掘進刀盤上加裝滾刀，實現破巖功能，

進行一次破碎；土倉內采用獨特的圓錐形剪切破碎裝置作為二次破碎，二次破碎

成能被輸送的粒徑；另外在頂管機機頭內設置預留排障人孔。

2.2環境污染小：由于大部分的施工工具處于地下，噪聲小、震動小，排除的泥

漿自動循環，統一排放，對周圍環境污染較小。

2.3穩定性好和安全度高：信息化施工，電腦監控儀表的各項數據，科學化管理，

連續監測，及時糾偏，精度高，穩定性好；采用人工安裝管節，機械頂進，做到

管內無人化操作，安全隱患少，安全度高。

2.4適用性強：使用范圍廣，適用于土層、砂層、砂礫石層、巖層等多種土質；

頂進施工中遇到各種障礙物，如孤石，直徑較大的礫石，混凝土塊等。

2.5自動化與機械化程度高：供水、供電實行自行供給，每臺班只需8人。管路

自動化排泥，可以連續出土，效率高，速度快，管內干凈，適合長距離頂管，改

良了工作環境，減輕了勞動強度。

2.6功效高、造價低:每臺班頂進2-2.5m,與其他傳統方法相比，節省造價約20%?

30%,縮短工期30%?50%左右。

3.使用范圍

適用于各種砂性壤土、粘性土質、砂粘相間、砂礫石及巖石土層；含有大量

孤石、直徑較大的礫石、混凝土塊等復雜工況。

4.工藝原理

4.1頂管機的概述

頂管掘進機是一種管道工程專用的大型高科技綜合施工設備。它集電氣、液

壓、測量導向、控制、材料等多科學技術于一體，具有開挖切屑土體、輸送土硝、

安裝管節、測量導向糾偏等功能。頂管機主要組成部分包括：殼體、刀盤、刀盤

驅動、攪拌系統、排土機構、后配置裝置、電氣系統和輔助設備。

4.2一次破碎原理

經工程實踐認為，單把盤形滾刀破巖是以載荷由小到大逐步增加的方式進

行。在滾刀切入巖石并形成破碎巖片由以下幾個過程組成：①巖石產生彈塑性變

形；②滾刀下巖石被擠壓破碎；③壓碎巖石被壓密，形成密實核，密實核成為傳

力介質，在滾刀正下方產生裂紋；④隨后產生巖片的機理主要有下面兩種理論：

（a）拉破壞：拉應力導致放射性裂紋，并形成碎片；（b）剪破壞：推剪力形成

剪切面，產生巖石碎片。

結合工程施工實踐，研究認為，不同的破壞理論是與巖石類型、滾刀幾何形

狀及尺寸有相關的。剪破壞比較適合用于V形滾刀；而對于目前常使用的CCS滾

刀，則以拉剪組合模式產生巖石碎片。

刀盤旋轉并壓入巖石的過程中，盤形滾刀對巖石將產生擠壓、剪切、拉裂的

綜合作用，首先在刀刃上會產生小塊破碎體，進而刀刃下的粉碎巖石被壓密形成

密實核，隨后密實核將滾刀壓力傳遞給周圍的巖石，并產生徑向裂紋，其中一條

或多條裂紋向刀刃側向延伸，到達自由面或相鄰裂紋交匯，形成巖石碎片。

4.3二次破碎原理

對于巖石地層二次破碎至關重要，因為僅靠一破達到能被輸送（泥水管路輸

送）的粒徑，將大大縮短刀具壽命，影響頂進速度。通過機內土倉中獨特的圓錐

形剪切破碎裝置作為二次剪切破碎，不僅能有效的進行破碎，且因巖石塊是被機

頭本體的內外圓錐軋碎，故破碎過程中頂管機不易引起機身旋轉，破碎時振動很

小，對控制頂管姿態非常有利。如圖（4.3.1）、（4.3.2）o

S

圖4.3.1圓錐形破碎機

破碎腺理

圖4.3.2二次破碎原理示意圖

4.4排泥

巖石塊被粉碎成2-3cm大小的細小砂礫，然后進入土倉與泥漿混合，最后通

過泥漿系統的排泥管由排泥泵輸送至地面泥漿池O

5.施工工藝流程及操作要點

5.1施工工藝流程

施工準備—>頂進設備安裝一》掘進機井內就位—>管道頂進施工—>頂

進結束。

圖5-2頂管施工原理示意圖

5.2操作要點

5.2.1頂進設備安裝

頂管施工質量的好壞與設備安裝的精確度有直接的關系。安裝前，應根據

己知的控制點、標高，準確無誤地測放出進出洞口的標高和頂管的軸線，并依此

測放設備和安裝位置。導軌、千斤頂支架、靠背等設備必須安放準確牢固，以保

證頂管的順利進行。

L工具管進洞：開始頂進前，必須對所有設備進行全面檢查，并經過試運轉

無故障后，方可開門進洞。

2.開始頂進前，先在洞口安裝好止水裝置，隨即推進掘進機入洞。掘進機進

洞時，嚴格控制頂進偏差，10m以內中心偏差不得大于0.3cm,高低偏差宜拋高

0-0.3cm。

3.在工作井范圍內實行全封閉隔離施工并布置以下必要的設施，地面指揮監

測中心、辦公室、倉庫、配電間、冷作間等。布局要合理，環境整潔、衛生，并

有專職人員進行管理。

4.現場布置采用25t汽吊，設備進場時，采用90t汽車吊車吊入工作井中就位。

5.管道頂進時，起吊設備采用采用25t汽車吊車配合下管。

6,井內布置

工作井井內布置主要是后靠背、導軌、主頂油缸、油泵動力站、鋼制扶梯等。

后座油缸連接板油缸導軌剛性頂鐵頂鐵環形頂鐵穿墻止水

頂進設備布置圖

圖5.2.1頂管設備布置圖

5.2.2管道頂進施工

1.出土方案

采用全自動的泥水輸送方式，被挖掘的巖土通過在土倉內的攪拌和泥水形成

泥漿，然后由泥漿泵抽出，高速排土。

在沉井上部設2座鋼箱沉淀池。沉淀的余土外運需按文明施工要求和渣土處

理辦法，運到永久堆土點，不得污染沿途道路環境。

2.進、出洞方案

為防止出洞口及頂進過程中泥水壓力過大涌入工作井內，在洞口內預先安裝

一個單法蘭穿墻鋼套管，用于安裝橡膠止水圈及止水封板。由于頂進距離長，造

成管材表面及F型鋼套環、砂等對橡膠止水圈不可避免的磨損，需經常更換橡膠

止水圈。因此，我們在洞口里側增加一道橡膠止水圈，當需更換外部橡膠止水法

蘭時，洞口內部的橡膠止水圈可防止地下水進入井內。

3.頂力計算

1)、最大允許推力

頂管中推力不僅受設備的制約，而且受工作井后靠土體穩定的允許反力和管

材軸向承壓力的限制，因此頂管施工中允許推力應受諸多因素中的最小允許推

力。根據工作井所能承受的最大頂力及管材軸向允許推力比較后，取最小值作為

油缸的總推力。

①、根據施工圖設計，查得工作井設計允許承受的最大頂力為4000KN。

②、管材軸向允許推力口

Fde=0.5①22①3九4/加①5(5.2.2-1)

式中：Fde為混凝土管道允許頂力(N)；

3為混凝土材料受壓強度折減系數，取0.9；

①2為偏心受壓強度提高系數，取1.05；

①3為材料脆性系數，取0.85；

①5為混凝土強度標準調整系數，取0.79；

上為混凝土受壓強度設計值(N/mm3根據施工圖設計，管道混凝土強度為C50,

查表得23.IN/mm：如截面的邊長或直徑小于300mll1,則表中混凝土的強度設計

值應乘以系數0.8,取18.48N/mm2；

Ap為管道的最小有效傳力面積(mm,),取1119096mm2；

加為頂力分享系數,取1.3。

綜上計算所得：Ftle=8087599N^8087KN

主頂油缸選用4臺2000KN級油缸，每只油缸頂力控制在1800KN以下，這可

以通過油泵壓力來控制，千斤頂總推力7200KN。因此，取以上因素中的最小允

許推力，即工作井承受的最大頂力4000KN作為最大允許推力。

2)、觸變泥漿減阻

在長距離頂管施工中，注漿已成為減少頂進阻力的必不可少的一道工序，且

對頂力的影響極大，注漿的減阻效果使摩阻系數大幅的減少，注漿后影響摩阻系

數的主要因素是漿液材料的性質，而與土層性質和管材則關系不大。

根據以往施工經驗，在管道頂進時，為了減小管道外壁的摩阻力，必須在管

道外圍壓注觸變泥漿。觸變泥漿壓注力應與注入土體壓基本相當或略大，而耗量

宜按管道與其周圍土層之間環形間隙的1?2倍估算。

①、觸變泥漿的配比與拌制：

經施工經驗，采取成品膨潤土的配合比如下

膨潤土：水：堿=100：614：2（重量比）。

拌制時要均勻，首先將定量的水放入拌和桶里開動拌合機徐徐投入膨潤土，

拌和2-3min,再加入堿，繼續攪拌7-8min,即成泥漿。制成的泥漿排入貯漿池

存12h,使膨潤土、水、堿發生轉換作用，形成穩定性良好，且有一定粘度的泥

漿，使用時用泵壓至管道外圍。為了防止泥漿離析，應間歇地對貯漿池內泥漿進

行攪拌。

②、泥漿的壓注方法：

采用在頂管機壓漿、管節補漿的方法，應遵循“同步注漿與補漿相結合”和

“先注后頂、隨頂隨注、及時補漿”的原則。

對掘進機壓漿要與頂進同步，以迅速在管道外圍空隙形成粘成度高、穩定性

好的膨潤土泥漿套。

管節補漿是在已有泥漿層的基礎上改善泥漿層，補充其損失量。在管節上預

埋壓漿孔，三個壓漿孔與鋼筋碎管圓心為120度。掘進機尾部的后續幾節管節應

連續設置注漿孔，此后每隔4m通過管節上的補漿孔補漿，以保證管道外圍空隙

充滿觸變泥漿，補漿始終要堅持從后向前補壓和及時補漿的原則。對于各層土質，

特別在夾砂土層施工時根據其滲透系數充分考慮泥漿的損失，調整注漿壓力和注

漿量。

③、泥漿的置換：

當每段管道頂進完成時，立即用2：1的水泥漿將泥漿置換出來，以確保管

道外圍土體有足夠的支撐和減少滲漏水。

3）、中繼間的設置

在長距離頂進過程中，當頂進阻力超過容許總頂力時，無法一次達到頂進距

離時，須設置中繼間分段接力頂進。中繼間由前殼體、千斤頂及后殼體組成。前

殼體與前接管連接，后殼體與后接管連接，前后殼體間為承插式連接，兩者間依

靠橡膠止水帶密封，防止管道外水土和漿液倒流入管道內。每只中繼間安裝10

個、每個頂力為30噸的千斤頂，千斤頂沿圓周均勻布置。千斤頂的行程為28厘

米，用扁鐵制成的緊固件將其固定在前殼體上。鋼殼體結構進行精加工，保證其

在使用過程中不發生變形。中繼間殼體外徑與管節外徑相同，可減少土體擾動、

地面沉降和頂進阻力。當管道頂通以后，拆除千斤頂及各種輔件，外殼與管節內

壁之間的間隙用細石混凝土填充。

頂管施工中，頂管中繼間的設置與頂管最大允許推力和頂進總阻力有關。

管道的頂進總阻力由掘進機的迎面阻力和管道外壁的摩阻力組成。

總阻力的理論計算：

F『NF十F(5.2.2-2)

式中：Fp一頂進總阻力(KN)；。一迎面阻力(KN)；F—摩阻力(KN)。

迎面阻力與前端面的土壓力有關，應根據土壓力的性質來確定其計算方法，

而且計算時還應考慮地下水的影響，通常是通過水土分算或水土合算來體現，前

者適用于砂性土，后者適用于粘性土。

本工法采用泥水平衡，出土面積等于頂進體積，土體處于彈性平衡狀態，土

壓力按靜止土壓力計算。

2

NF=JIDXP/4(5.2.2-3)

2

式中：D為管道外徑(m)；P為土壓力(KN/m)0

砂性土(水土分算):P=Ko[S(yihi)+YwhJ

粘性土(水土合算)：P=(Yihi)]

式中：K。為靜止土壓力系數，堅硬土為0.2?0.4；硬?可塑粘性土、粉質粘土、

砂土為0.4?0.5；可?軟塑粘性±0.5?0.6；軟塑粘性±0.6?0.75；流塑粘

性±0.75?0.8；《建筑基坑工程技術規范》：靜止土壓力系數K。宜由試驗確定；

丫，為第i層土的重度(KN/n?),當土體位于地下水位以下時，砂性土取浮重

度，粘性土取飽和重度；

人為第i層土的厚度(m)。

4.管材與接口

管材由施工單位自購，進場時按規范進行驗收，不合格品予以清除，管材為

鋼筋碎HI級管，碎標號不小于C50,抗滲等級不小于P8,應符合JC/T640-2010

中相關要求，管道連接采用F-B型鋼套環橡膠圈防水接口。

安管前再次檢查管子接口的槽口尺寸，橡膠圈和襯板的外觀和質地。確認合

格后方可使用。接管時可在接口外均勻涂上抹薄層硅油等橡膠無腐蝕性的潤滑材

料以減小摩阻力，承插接管時加力要均勻，應保證橡膠圈不移位，不反轉，不露

出管外，頂管結束后要按設計要求對管接口進行處理，對管道進行防腐。

5.頂進施工

1）、頂管頂進操作工藝流程

形接口。安裝管節前，應先安裝止水膠圈，在管節端面粘貼好松木襯墊，再將管

節吊放在軌道上穩好，使管節插口端對正前管的承口中心，緩緩頂入，直至兩個

管節端面密貼襯墊，并檢查接口密封膠圈及襯墊是否良好，如發現損壞，應重新

安裝，確認完好后方可布置頂鐵。

3）、工作面工藝：頂進管節的方向和標高控制，主要取決于挖土操作，頂管工作

面上的挖土質量不僅影響頂進效率，更重要的是影響質量控制。因此，熟練的操

作工（機械操作手）是重要的技術力量。

4）、頂進：在頂進過程中，按要求測量和控制管道標高及中心偏差，并做好記錄,

每頂進50cm必須測量一次，并嚴格控制前5m管道的頂進偏差，其左右及高程偏

差均不能超過0.3cm,在頂進過程中若產生偏差，應及時糾正。要把較大的偏差

作為主要突破點予以糾正。糾偏不得急于求成，應逐步進行，必須堅持“勤測量、

勤糾偏、微糾偏”的原則，可在管內安放水平尺中間設置刻度線控制。

頂進應與管外圍注漿同步進行，其原則是先注漿，后頂進，隨時頂進，隨時

注漿，以保證管外圍充滿泥漿套，充分發揮減阻和支撐作用。

頂進速度一般為3-4cm/min,最大不能超過5cm/min。管道頂進到離工作井

井壁50cm時，應卸管，回程加頂鐵，然后繼續頂進。

5.2.3測量監控

頂管工程測量監控采用的是激光經緯儀。由于是地下作業，地下水較豐富，

易產生水霧，而且地下黑暗，能見度非常低；而激光具有穿透性和不擴散性；且

結合角度，軸線等測量放樣需求，使用激光經緯儀比較合理。

1.前期測量：頂管前，應在工作井處設置管道軸線控制樁和臨時水準點、工

作井護樁，以便復核頂管軸線和工作井位置是否移動。開始頂進前，準確測量掘

進機中心的軸線和標高偏差，并作好原始記錄。

2.頂進測量：先根據管道軸線及標高安裝好儀器，儀器固定安放在工作井的

后部千斤頂架子中心，儀器架子底盤用混凝土澆固，以防止松動，然后根據坡度

計算出角度，在儀器上設置好相應的角度，工具管內采用一根橫尺和一把大三角

尺讀數，在用水平尺確定橫尺水平后，三角尺架設在橫尺中心位置上，打開激光,

調節焦距，直到激光點達到最小時，讀出上下，左右的原始數據，頂進過程中依

據原始讀數糾偏。每頂進一節管子必須測量一到二次，要勤測量，多微調，糾偏

角度應保持在10'-20、不得大于1度。管道頂進過程中必須按要求測量和控

制管道標高及中心偏差，并作好記錄。每頂進50cm必須測量一次，每節管道頂

進結束后測量管道中心的軸線和標高偏差，記錄交工程師審核確認，測量儀器隨

時校正，每一次交接班時必須校正儀器一次。

3.竣工測量：一段管頂完后，應立即在每節管道上選點，測量其中心位置和

管底標高。根據測量結果，繪制竣工曲線，以便進行管道質量評定。同時測量各

地段的沉降，并作好記錄以確定頂管施工對周圍環境的影響情況。

5.3勞動力組織

表5.3勞動力組織情況表

序號工種崗位職責數量備注

（人）

全面負責施工質量、安全、進度，貫徹5年以上類似

1施工班長1

崗位責任制，協調各崗位有序施工工程施工經驗

按規程操作主機，對運行中的非正常情

2主操作手1持崗上證

況能做出應急處理。

3起重工按規程操作吊車，負責設備與管材吊裝1持崗上證

按規程操作制漿機，根據要求配置好觸

4制漿員1經崗位培訓

變泥漿

負責機械發電、供，機器和電氣系統的

5機電工1持崗上證

維護和保養

6普工負責管材安裝，泥漿運輸等3經崗位培訓

7合計每臺班需勞動力人數8

6.材料與設備

6.1材料

表6.1材料供應

序號名稱要求

1管材管材為鋼筋碎III級管，碎標號不小于C50,抗滲等級不小于P8

2水符合水質要求

3觸變泥漿膨潤土：水：堿=100：614：2（重量比）。

6.2主要機械設備

表6.2主要機械設備和性能一覽表

型號額定功

序號機械、設備名稱數量用途

規格率KW

1破碎型泥水平衡機①1800193.5掘進

2汽車吊25t1安裝設備與管材

3汽車吊16t1安裝布置

4液壓泵站YZ80/31.5222提供頂力

5泥漿攪拌機JW50017.5制作觸變泥漿

6壓漿泵UBJ-217.5壓漿

7液壓注漿泵SYB-50/5015補漿

8泥漿泵2PN122排漿

9IWJ壓水泵3BP-40115送水

10發電機200KW1200KW備用

6.3主要檢測設備

表6.3主要檢測設備和配置

型號

序號機械、設備名稱數量用途

規格

1全站儀ETD-21測量放樣

2激光經緯儀工1糾偏測量

3水準儀S31標高控制

4泥漿比重計NB-110測泥漿比重

7.質量保證措施

7.1規范標準

7.1.1《建筑工程施工質量驗收規范》(GB50300-2001)

7.1.2《混凝土結構工程施工質量驗收規范》(GB50204-2002)

7.1.3《市政排水管渠工程質量檢驗評定標準》(CJJ3-90)

7.1.4《給水排水構筑物工程施工及驗收規范》(GB50141-2008)

7.1.5《工程建設標準強制性條文》(城市建設部分)

7.2質量控制

7.2.1預防和監控

1.密切注意頂油泵壓力的變化，并做好記錄，當發現壓力突然上升和下降時,

立即停止頂進，待查明原因后再進行頂進。千斤頂的伸長值，不得超過臨界沖程。

2.頂進要連續進行，不得長時間停歇。

3.根據土質進行挖土控制，隨挖隨頂，頂進時及時補漿，并注意注漿壓力及

注漿量的控制。剛開始頂進出洞時就應連續注漿，不難因為初期頂力小而不注漿,

導致鋼套被泥土塞滿無法形成均勻的泥漿套。

4.停止頂進時，必須使挖掘碉面保持一定的壓力，防止長時間停歇造成漏水

或土層泥水流失，尤其是出洞時，更應注意這個問題。

5.在掘進過程中，應注意地下水壓力的變化，及時采取相應的對策，務必使

挖掘面保持穩定，同時還要注意挖掘面穩定與否，泥水的濃度和比重是否正常，

進推泥漿是否正常，防止排泥流量過小或由于粉礫含量過大而造成泥砂在管道中

沉積影響正常頂進，如遇到砂含量增高時可以適當調整泥漿比例。

6.在管道頂進過程中，如果出現管段覆土較淺時，在這些管道施工前，要根

據具體覆土厚度，計算工具管前的土壓力，并在頂進過程中做相應的調整；或先

在相應位置上拋沙袋加厚土，在滿足覆土要求后再施工。

7.加強對頂進速度的控制，加強監測，及時控制，糾正偏差。

糾偏是沉降產生的一大來源，又是直接影響頂力及管道竣工質量的關鍵操

作。糾偏操作方案是頂管機械操作手交接討論重點。方案的依據為測量提供的機

頭折角、傾斜儀基數和走趨勢、前后尺讀數比較、機尾處地面沉降等等。0.5度

以上的動作糾偏須盡量避免并慎重討論，不得已時爭取在非重要地段進行并通知

地面測量。糾偏應在下管后如無折角變動應立即停頂，會同電工、機修工檢查電

路和液壓管路，盡早排除故障，嚴防軸線超差。糾偏應在下管后盡早進行，注意

觀察傾斜儀讀數的糾后趨勢及觀點滯后變化，同時，通知地面和地下壓漿人員加

大同步壓漿量。進入重點保護區域前，應采取各種提前措施，爭取機頭折角盡量

減小，嚴防機頭大折角平推。

項目經理部編制好各單項工程施工方案，經公司總工及質量、工程、安全科等管

理科室審查批準。

7.2.2質保措施

1.施工前應根據工程地質、地下水位高、施工場地大小、交通狀況等特點選

定頂管施工參數并確定頂管掘進機頭的類型。

2.設備必須經過維護保養并經檢驗合格后方可進入施工現場。頂管設備進入

工作井安裝后必須進行單機調試和聯機調試程序。檢查電氣系統、液壓系統，必

須運轉正常，操作正確可靠。

3.頂管能否順利進出洞，是頂管成敗的關鍵工序，對進出洞措施必須重點控

制。機頭出洞時，檢查掘進機進出工作坑的技術措施，洞口加固措施是否有效；

洞口止水橡膠圈的厚度和寬度尺寸必須符合設計要求，安裝平整牢固與機頭外殼

的環縫應均勻、水密性好；在拆除洞口封門時宜采用靜力方法，減少土體擾動，

同時落實縮短正面土體暴露時間。機頭出洞時應放慢頂進速度，復核機頭正確位

置，發現偏差及時糾正；檢查在接收井內做好接引導軌和防止土體流失措施等工

作；機頭到達洞口封門時嚴禁大力擠壓。

4.對于頂管材料：鋼筋碎管、鋼套環、橡膠止水圈、墊襯等進入施工現場，

必須符合設計和質量標準要求，逐只進行外觀檢查，不合格品應做上記號，禁止

投入使用或進行退貨處理。

5.在頂進過程中根據頂管設計軸線和標高，隨時抽查掘進機前進姿態，并督

促操作調整以確保偏差在容許范圍內。

6.按不同頂管機型特點加強施工管理，認真記錄施工參數，如發現偏差，及

時監督糾正。

7.長距離頂管施工，應設定中繼間配置方案，對中繼間配置、設置位置和頂

力富裕度進行復核，以保證掘進機順利到達接收井。在實際頂進中應根據具體土

質情況和記錄的頂力值，如發現超過允許值，要采取減阻措施和設置中繼間，實

行分段頂進。

8.檢查觸變泥漿配比、注漿壓力、注漿量和注入口的設置結合實際頂力和地

面沉降情況與理論計算作比較。

9.檢查管節端口張角、滲漏和爆裂情況，如有發生應采取相應措施。

10.施工中使用的衡器、量具、計量裝置等應有相應技術合格證，正式使用前

應進行檢驗或驗證并應有資質證書的檢測部門檢校。

11.加強工程及工程試驗工作，并對全體相關人員進行工序技術交底，做到人

人心中有數，共同把住質量關。

12.嚴格實行技術崗位責任制，認真做好圖紙復核、測量復核、技術交底、變

更設計和簽認、隱蔽工程檢查、分項分部單位工程的質量評定，計量支付的簽證,

竣工文件編制及竣工予驗等制度。在施工中，堅持一切從事實出發，用數據說話,

作好各種檢測記錄，使整個施工技術管理有序可控。

13.加強測量復核工作，在施工中按規范進行中線和水平測量復核，確保工程

位置及尺寸準確。

7.3檢查與驗收

7.3.1嚴格執行技術交底制度，務必使每道工序操作人員了解施工方法，要求、

質量要求。

7.3.2現場設計專職質檢員1名，質檢工每工種1名。

7.3.3檢查驗收制度：

班組自檢一互檢一施工員組織驗收一質量員復驗一監理工程師驗收，層層進

行把關。

7.3.4加強工程質量檢查工作，充分發揮內部質量檢查工作的作用。工地配備內

部監察工程師負責進行隱蔽工程檢查，工序間的自檢和互檢認真填寫各在檢查表

格，配各駐地工程師做好現場檢查與簽證工作。對不符合要的部位必須按駐地工

程師的要求進行修整或返工。凡規定需經工程師簽認的工序必須經工程師檢查批

準后方可施工下道工序，以確保工程質量優良。

7.3.5嚴格執行公司的質量獎罰制度。

7.3.6嚴格執行質量否決制度。

8.安全措施

8.1嚴格執行本公司所制定的各項安全規章制度，安全操作規程。建立健全安全

保證制度、上崗人員崗前需進行安全教育，使之制度化、經常化，提高全體施工

人員的安全意識。貫徹專業檢查與班組自檢相結合的方針。施工現場設專職安全

員1人，各工種設兼職安全員1人負責日常安全管理工作。施工中做到安全隨時

檢查，發現隱患及時排除，禁止違章作業。

8.2嚴格執行建設單位對工程現場安全的要求。

8.3施工現場應設明顯安全標志，進入施工現場人員必須戴安全帽，高處作業要

佩安全帶，距離地面3m以上應設有防護欄桿或掛安全網，嚴禁超速提升物料，

起重物下嚴禁站人，高處與地面聯絡保持暢通。

8.4編制施工組織設計時，應根據工程特點分別制訂安全措施，建立健全各項規

章制度，并認真貫徹執行，落實勞動保護措施。嚴格按照施工組織設計和施工方

案搭設施工支架，為保證施工支架的穩固，施工中應經常檢查、加固、防止發生

事故。

8.5每天堅持收聽天氣報告并做好記錄，及早制定防風、防雨措施。

8.6機械設備的運轉部位應有安全防護裝置。對各種大型施工機械使用前要認真

檢查，確認良好，并經試運轉正常后，方可使用。一切臨時設施，如承重支架扒

桿、等，進行檢查驗算、試運轉，能保證安全才能使用。使用過程中，經常檢查

維修，保持完好狀態。

8.7夜間施工時，應分組安排好施工順序，有足夠的照明設施。

8.8加強運輸車輛司機安全教育，禁止無證及酒后開車。在公路上行駛時必須遵

守交通規則，做到中速行駛。

8.9施工期間影響地方交通時，應按道路交通規則規定和當地交警部門要求設置

公路交通標志。限速行駛，必要時派人防護。

8.10做好安全用電。工地的電動設備、電力線必須由電工人員架設及管理，開

關應設防雨、防潮措施，并設有漏電保護器，做到經常維修，保護良好。對不符

合安全要求的電力器材及電力線路不得使用。電器設備應設接地、接零、操作人

沒應持上崗證，電纜、電線必須架空。嚴禁非專業人員擅動電氣設備，防止發生

觸電事故。

8.11作好防火工作。搭設的工棚位置與易燃品庫之間須符合有關規定要求，在

工棚倉庫附近要設消防器材，工棚附近嚴禁堆放易燃性物品。

8.12加強沉降觀測和基坑的巡查工程，每個井位設置4-5個沉降觀測點，安排

專人對觀測點定期與不定期進行觀測，并對基坑周圍的道路路面、構造物進行巡

視，做好記錄，發現異常立即向項目部匯報，并啟動應急預案.

9.環保措施

9.1工程施工前按照相關環保規定，有針對性地編制環保措施，成立對應的施工

環境衛生管理機構，嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規

和規章，加強對易燃材料、設備、廢水、棄渣的控制和管理，遵守有關防火及廢

棄物處理的相關規定，充分滿足便民要求，隨時接受相關單位的監督檢查。

9.2優先采用先進的環保機械，采取設立隔音罩等消音措施降低施工噪音到允許

值以下，同時盡可能避免擾民。

9.3各種廢漿、廢棄拌和料、棄渣要定期清理，廢棄物按工程建設指定的地點和

方案進行合理堆放和處治。

9.4工程完成工后，必須按工程師規定的期限內撤離設備，同時對施工現場剩余

材料和廢棄料進行清理，保證現場平整、光滑、不堵不淤。

9.5現場做到文明施工，各種材料、機具要堆碼整齊、場地要平整，運輸道路暢

通無阻，臨時電力線架設符合要求。

9.6對投入本工程的各種施工及材料運輸進行全面管理，落實安全措施，簽訂安

全及環保協議，做到證照齊全，服從當地公安機關和交通管理部門的統一管理和

指揮，確保安全施工運輸。

9.7外運土方、材料運輸車采取相應措施杜絕沿途拋、灑、滴、漏。生活區垃

圾集中堆放，定期用專用車輛運送到垃圾站

10.效益分析

10.1根據本工程巖石破碎型泥水平衡頂管工法在正常施工條件下的工料機消耗

分析測算每米綜合單價為12612元/m,而常見靜態爆破法綜合單價為16143.36

元/m,液壓式巖石分裂技法的綜合單價為16647.84元/m,與之相比節省投資及降

低施工成本30%左右。

10.2完全靠自主創新改進的破碎型泥水平衡掘進機，是國內行業其他類型價格

的1/2左右，為在本省及國內推廣此工法提供了物質基礎。

10.3施工進度、施工效率得到很大提高，完成進度比計劃提前50舞左右，提高了

綜合效率，確保了工程施工質量、安全文明施工及環境保護。

10.4在國內城市基礎設施建設的排水管網施工中，有較好地應用及發展前景。

11.應用實例

11.1項目概況

南京市雨污分流工程佳營東路段污水主干管工程位于江蘇省南京市秦淮區，

管道需穿越滬寧高鐵、寧杭高鐵。該段污水管道總長約248m,采用頂管法施工,

最長頂距約120m,管材采用鋼筋碎D1800IH級管。管道埋深約15m,管道所在地

層為5-2中風化粉砂巖層，天然狀態下抗壓強度約13.43MPa（地質勘察報告提

供）。該工程于2014年10月開工，2015年7月竣工，采用巖石破碎型泥水平衡

頂管機頂進施工，整個施工過程中，沒有發生任何安全事故，施工速度及工程質

量均受到好評。該污水管道至今使用情況良好。

H.2頂管機參數：頂管機外徑2180nlm，總長4200mm；刀盤切削外徑2180nlm,轉

矩536KN.m,轉速1.7rpm,電機功率30kw-4級*3；糾偏油泵電機功率3KW-4級,

糾偏油泵最高工作壓力30MPa,糾偏油缸行程50mm,糾偏角度2°,糾偏油缸最大

推力80T/臺；推進速度：50-100nun/min,進排泥管通徑：①100mm,頂管機裝機

容量：93.5KWo

11.3在項目施工的巖石復合地層中，需要配置破巖的滾刀和切削土體的刮刀，

通過地勘報告，巖石的最大強度到達30Mpa,因此，對于破巖的滾刀以雙刃為主,

單刃為輔。滾刀的布刀方式設計為單螺旋布置，最大刀間距為156mm。雙刃滾刀

12把，單刃滾刀8把，小刮刀28把，邊刮刀4把，小刮刀分布在開口槽兩側，

邊刮刀分布在周邊；為保證滾刀在磨損的情況下仍能避免切刀進行破巖，滾刀安

裝高度比切刀高35mm。刀頭的正面和側面，均采用超硬質合金，且為了提高其

抗折斷性，摻入稀有金屬鉆。刀頭與母體之間采用熔接，母體表面采用雙層堆熔。

11.4本次頂進的為巖石層，迎面阻力的變化是因為巖體水平應力。的大小而變

化的，如水平應力。遠大于巖石的強度，出現巖爆現象，則迎面阻力即為巖體水

平應力。而產生水平推力；如水平應力。遠小于巖石的強度，巖層穩定，則迎面

阻力轉化為滾輪(滾刀)破巖的擠壓力。

o=KoYz(11.4.1)

式中：K。為巖石的靜止側壓力系數，取最大值0.43(KiWl-出口為巖石的泊松

比，查得砂巖為0.2?0.3,K。為0.25?0.43)；

Y為巖體的容重(KN/m3),取最大值26.5KN/m3；

z為巖體的深度(m),取最大值16m。

綜上求得P=183.32KN/m?遠小于巖石的強度13430KN/m2,故不會發生巖爆

現象，迎面阻力轉化為滾刀破巖的擠壓力，由于滾刀的受力情況比較復雜，影響

的因素較多，可由儀表盤在出洞口的瞬間讀出，本次施工1=1300KN。

③、F=n*D*L*fk(11.4.2)

式中：D為管道外徑(m),MX2.16m；

L為頂進距離(m),根據施工圖設計，取最大值120m

fk為管道外壁與土的單位面積平均摩阻力KN/m2,采用觸變泥漿減阻后，

管外壁能形成和保持穩定、連續的泥漿套時，fk可直接取3.0?5.0KN/m2,本次

取5KN/m2o

貝UF=3.14X2.16X120X5=4069.44KN(11.4.3)

因此，總阻力E=1300+4069.44=5369.44KN

安全系數K=最大允許推力/頂進總阻力=4000/5369.44=0.74<1.2(1.2為頂

進安全系數)，需在60m處設置一組中繼間，設置中繼間后K=7000/5369.44=1.30

>1.2,滿足要求。

企業級工法批準文件復印件

嘉盛建設集團有限公司

嘉發[2015]5號

關F卜達企業級匚法的通知

各分公司、項目部:

企業工法的推廣應用，可以促進工程質量.安全文明施工

水平，提高施工效率,降低施工成本，引領企業走節能、環保

的綠色施工道路,對提高企業的技術水平和市場競爭力起到顯

著的作用.

經研究決定：

巖玉破碎型泥木平衡頂管施工工法(JS-GF-15-001)

被評為2015年度企業工法.

請各分公司、項目部遵照執行.

工程應用證明

工程應用證明

南京市高新區浦泗路道路改造工程I標位于江蘇省南京市浦口區高新開發

區，施工單位為嘉盛建設集團有限公司。根據工程地質勘察報告，部分污水管道

需穿越④T強風化粉砂巖、④-2中風化粉砂巖。該段污水管道總長約680m,采

用頂管法施工，最長頂距約260m,管材采用鋼筋碎DlOOOin級管。管道埋深約

11.5m。該工程于2011年3月開工，2013年11月竣工，采用巖石破碎型泥水平

衡頂管機頂進施工，整個施工過程中，沒有發生任何安全事故，施工速度及工程

質量均受到好評。該污水管道至今使用情況良好。

特此證明！

建設單位:

2015年7月

工程應用證明

南京市雨污分流工程佳營東路段污水主干管工程位于江蘇省南京市秦淮

區，管道需穿越滬寧高鐵、寧杭高鐵。該段污水管道總長約248m,采用頂管法

施工，最長頂距約120m,管材采用鋼筋碎D1800HI級管。管道埋深約15m,管道

所在地層為5-2中風化粉砂巖層，天然狀態下抗壓強度約13.43MPa（地質勘察

報告提供）。該工程于2014年10月開工，2015年7月竣工，采用巖石破碎型泥

水平衡頂管機頂進施工，整個施工過程中，沒有發生任何安全事故，施工速度及

工程質量均受到好評。經檢測，管道性能良好。

特此證明！

/ft

南京市市政管理處

2015年9月

■

經濟效益證明

經濟效益證明

嘉盛建設集團行限公司在南京市城東污水處理廠三期(鐵心橋至

城東污水處理廠污水主干管佳江東路CO⑶()~C0+558H上設工程中應用

了巖石破碎型泥水平衡頂管施工工法，與國內外常用的爆破法、的態

爆破法、液壓式巖石分裂機法、取芯法等方法比，通過對化統泥水平

衡頂管機進行改進.從而實現一次破碎、二次破喬及抽漿等方面的功

能，能夠彳『效的適應巖石地質條件，其城市施工可操作性強、環境污

染小、適用性強、穩定性好、安全度以及自動化、孔械化水平高.同

時與其他傳統方法相比，其功效高、造價低，能夠節省造價約30%~40%,

縮短工期50%以上.

南京市城東污水處理廠三期(鐵心橋至城東污水處理廠污水主干

?管佳營東路aP31(TC0,558)建設工程頂管248m,通過此工法的應用，

提高了施工效率，節省了造價，縮短了工期，經測律，人工爆破頂進

每天出大頂進約為2m,使用巖石破碎型泥水平衡頂,管施工每天由小

頂進約為4m,共節約工期約60天：節省人工費8萬元，節省機械68

萬元，共計節省費用76萬元。

特此證明！

經濟效益證明

嘉盛建設集團有限公司在南京市高新區浦泗路道路改造工程中

應用了巖石破碎型泥水平衡頂管施工工法，與國內外常用的爆破法、

靜態爆破法、液壓式巖石分裂機法、取芯法等方法比，通過對傳統泥

水平衡頂笆機進行改進，從而實現一次破碎、二次破碎及排漿等方面

的功能，能夠有效的適應巖石地質條件，其城市施工可操作性強、環

境污染小、適用性強、穩定性好、安全度以及自動化、機械化水平高.

同時與其他傳統方法相比,其功效高、造價低，能紡節省造價約

30%'10%,縮短工期50%左右。

南京市高新區浦泗路道路改造工程污水管道總長約6