浅谈管道工程顶管施工技术

浅谈管道工程顶管施工技术

胡北 董瑞琦 张星宇

中交上海航道勘察设计研究院有限公司 上海 200120

摘要：目前，市政工程顶管施工的顶进技术、过程纠偏技术以及沉降控制技术在具体施工实践中应用较为广泛，因此，需要对其质量控制措施，进行经常性的分析研究，有利于技术工艺的创新应用和发展。本文就笔者参建的斑鸠堰河小流域水环境综合治理项目中D500-D1200管径顶管施工技术及质量控制进行了探讨研究。

关键词：管道工程；顶管施工；质量控制

1 顶管质量控制

1.1 顶进测量及控制

在施工过程中由安装在始发井内的激光经纬仪按照设计轴线发出激光束，激光束打在顶管机布置的光靶上，从监控器内观察实际轴线偏差，就可随时测量机头位置及偏差。施工时还需利用联系三角形法对测量控制点进行复核，保证测量精准度。

1.2 顶管掌子面及管节压力监测

为随时掌握顶管掌子面土压力及管节顶推力变化，分别在顶管机掌子面上、中、下位置、沿线每隔30节管节布置1组4个土压力盒。

当顶管机土仓内填充压力发生变化时，土仓隔板上的压力计同时感受到应力的变化，土压力计感应板受力发生弹性形变，形变传导到振弦即转变为应力变化，应力变化产生振动频率，振动频率信号通过传输线传输给信号转换设备，即可测量出土仓填充物的压应力值。

土压力盒埋设便于顶管施工过程中对掌子面及管节压力的监测，施工过程中一旦发现压力不正常，应立即停止施工，等查明不正常原因并处理完成后方可继续施工。

1.3 顶管机纠偏系统

顶管机掘进施工须按理论设计中心线、设计坡度掘进施工，通过顶管掘进机前部测量装置与纠偏装置的相互协作顺利完成施工任务。

初始顶进方向控制：穿墙后管道偏差的大小，将给后期工作带来很大的影响，管道在前10m的顶进阶段，需要特别注意。管道顶进的角度应尽量保持水平，出现偏差时，应尽量向上，不得向下，在工具管尚未完全进入洞口之前，不能采取纠偏措施，同时，进洞后的纠偏动作需平缓，不宜过大。。

纠偏采用顶管机前端4组纠偏油缸。当顶进轴线出现偏差时，应利用纠偏油缸平稳纠正纠偏，以适当的曲率半径逐渐拟合到设计轴线上来。在纠偏过程中，如果竖向和水平方向同时存在偏差，应先纠竖向偏差，再纠水平方向偏差。实际施工过程中竖向偏差比水平偏差要难纠。

1.3.1 测量

根据测量控制网现场设置顶管机掘进控制轴线的监测基点，根据独立坐标系统测量放样，指导顶管施工；顶管机始发顶进期间后靠背受力墙会发生变形，顶管机后台布设安装必须保持稳定，确保顶管机测量系统稳定可靠。实际施工阶段每隔0.5 m完成1次测量记录，并辅以人工测量进行检核。

1.3.2 纠偏措施

施工期间根据测量系统提供的报表绘制顶管掘进轴线控制图，直接显示轴线偏差，顶管机工作人员可根据得到的轴线图，采取相应的纠偏措施，确保顶进轴线的准确。顶管机实际顶进过程中掘进机中心轴线出现偏差时，可通过及时调节纠偏油缸的缩放量，控制偏差值逐步减小直至回至理论设计轴线位置。纠偏油缸动作3个为1组，即十字开关搬到上位置，按下伸按钮：即上、左、右同伸；按下缩按钮：即上、左、右同缩。其他纠偏动作同理。

1.4 沉降控制措施

1.4.1 开挖区域土压力控制法

顶管机操作控制屏幕上可实时显示顶进土压力，工作人员可根据理论数据和施工经验相结合综合判定地表沉降、土体变形和土压力变化规律，通过优化掘进参数，实时调整掘进施工状态，根据顶管覆土深度约4.2 m，顶管机掌子面静止土压力为0.09 MPa，为保证顶管机掌子面土体的稳定，一般需增加10～20 k N/m²的被动土压力，修正施工参数为0.1～0.12 MPa，以保持开挖面的稳定。

1.4.2 顶管机通过沉降控制

由于在顶管机顶进过程中，顶进机头会对地下土体产生扰动，同时机头的顶进会对土层产生剪切破坏，另外由于灌注触变泥浆的需要，一般会对顶进空洞直径超挖2-3cm，作为灌浆通道，从而导致土体与管材之间会出现空隙，地表在上述的多重作用下，可能会出现地面沉降。

为了减少顶进过程中管材同土体之间摩擦力和控制顶进过程中的地面沉降，在顶进过程中会对管材与土体之间的空隙采取灌注触变泥浆和水泥将夜，注浆量一般为理论空隙的2-3倍。

1.4.3 顶管通道沉降控制

顶进过程中，由于所有管节均随顶管机一直向前推进运动，预制管节与周围土体一直在相对运动，且可能存在地下水流动影响，会产生后期土体次固结沉降，蠕动变形等，根据施工监测数据对累计沉降超过2 cm的部位进行注浆抬升处理，将累计沉降量控制在允许范围之内。

1.4.4 注浆压力控制

顶管机掘进施工的同时需对管节周围进行注浆填充，注浆压力宜略大于管节所处位置的静止水、静止土压力之和。管节壁后充填注浆期间压力不可过大，防止成型管节四周土体扰动过大产生劈裂现象，可能造成地面隆起或较大的地层后期沉降与跑浆现象；而填充注浆压力过小，则会导致浆液流动速度过慢，浆液无法完全充满空隙。填充注浆压力可根据现场具体土质情况、压载情况进行调整，通常情况下采用0.2～0.3 MPa。

根据现场实际施工情况，必要时在重要管线位置地面铺设钢板以保证地层整体性。

1.5 管道减阻措施

顶管机顶进过程中，可采用灌注触变泥浆的方式减小管材、机头与土层之间的摩阻力，通常利用超挖的空隙作为灌注触变泥浆的通道进行灌浆，触变泥浆的配比、浓度等可根据现场土质的实际情况进行调整。

触变泥浆采用注浆机注入管节壁后，根据安装在管道上的压力表和流量表进行实时监测，并根据顶进情况及时调整注浆量和注浆压力。

触变泥浆管道分为总管和支管，总管布置在管节内侧，支管则把总管输送来的泥浆输送到管节预留的各个注浆孔内。触变泥浆注浆孔布置为：顶管机后3节管节各布设一道，之后的管节每隔5 m布置1道注浆孔。

1.6 地下管线及障碍物探测

工程地下管线及障碍物探测边界为管节周围3 m范围以及管线走向的沿线周围区域，探测地层深度为地表至管节底部以及工作井井底以下2 m区域。

探测控制要求： 可根据管线材质利用相应的探测仪器或挖探沟的方式查明地下既有管线以及障碍物的分布情况，其中包含地下既有管线的中心线所处位置、管线材质及输送介质、埋深、管径以及工作检查井的对应位置，依据探测仪器探测数据结果并结合专业标准规范，给出既有管线沉降变形控制值，并查明地表以下是否存在空洞、孤石以及既有建构筑物基础形式和标高。

顶管掘进始发前应实地勘查并熟悉沿线地下管线具体位置及里程，并结合设计图纸比对、核查，实际施工到该位置时，操作手应优化顶管掘进参数，减小顶管掘进速度，密切观察地表及管线监测数据，若掘进期间发生涌水、涌砂等可能导致地层或建构筑物沉降现象，应立即停机进行处理，确保沿线管线安全、稳定。

2 结束语

顶管工程的施工技术综合性较强，专业技术要求高，且作业面位于地表以下，一旦发生事故，后果将较为严重。在施工前期做好施工地段地下管线、障碍物的调查；根据设计图纸结合实际地质勘探和施工现场条件合理布设监测点；施工过程中，结合类似地质工程实例优化各项技术参数，顶管掘进时实时监测沉降量，根据特殊地层允许沉降要求，采取相对应的的措施控制好后期沉降。多方面多角度采取相应措施控制施工质量，确保顶管施工安全顺利进行。

参考文献

[1]陈卫明.特殊地段顶管施工沉降控制技术[J].中国市政工程，2003(6):35-37.

[2] 地铁工程监控量测技术规程：DB 11/490-2007[S].