1、市政给排水管道顶管施工中的偏差成因及纠正措施王建英 （广东省深圳市龙华新区大浪办事处建设工程事务中心 广东 518109）摘 要：在顶管施工中，由于土质变化、设备和操作等因素的影响，会出现管道偏差现象。因此，纠偏工作是整个顶管施工过程中的关键，关系到项目管道的质量，甚至整个顶进过程的成败。本文主要就市政给排水管道顶管施工中的偏差成因及纠正措施进行了相关的分析与探讨，以期对大家以后的工作起到一定的借鉴和指导作用。关键词：顶管施工；偏差成因；纠正措施引 言：在城市排水工程施工中由于开槽施工占地大，影响交通，因此常将顶管施工法应用于非开挖管道敷设。因为人工挖土顶管法普遍存在效率慢、管道纠偏难等缺点，
2、而机械顶管法具有顶进速度快、管道纠偏控制较好的特点。所以人们越来越倾向于使用顶管机进行顶管施工。1 顶管法施工的相关概述 1.1 顶管法的基本原理 顶管法施工是借助于主顶油缸等顶进设备，将工具管或掘进机从工作井穿越土层进入接收井；将紧随其后的工作管道依次连接并埋设在这两个井的管线土层中的敷设地下管线的施工方法。 1.2 顶管施工工艺 顶管施工工艺是指从机械设备开始进入场地到顶进全部结束的整个过程。一个比较完整的顶管施工大体包括以下十六大部分：工作坑和接收坑、洞口止水圈、顶管机、主顶装置、顶铁、基坑导轨、后座墙、推进用管及接口、输土装置、地面起吊设备、测量装置、注浆系统、中继站、辅助施工、供电和
3、照明以及通风和换气。顶管的施工流程可以简单的概述为：铺设管道前，首先在管线的一端建造一个工作坑，在坑里的顶进轴线后方，布置一组左右成对的油缸。然后将需铺设管道的最前端安装工具管并放在油缸前面的导轨上。油缸顶进时，工具管在最前方，推动前面的管道穿过坑壁上预留的穿墙孔把管道压入土中，与此同时，将进入工具管的泥土运输到管外。当油缸达到最大行程后缩回，放入顶铁，油缸继续顶进，如此不断地加入顶铁，管道一直向前顶进。当坑里导轨上的管道全部进入土中后，再吊入下一节管道，继续顶进，如此循环施工，直至管道全部顶完。 2 顶管施工中产生管道偏差的原因2.1 主观人为因素由于在施工准备工作、管道顶进过程中设备加工、
4、安装、管节选择、操作技术等方面的人为原因产生的误差，会造成力矩不平衡。如果施工人员加以重视，并采取严格的检查措施，这些误差是完全可以防止的。(1) 工具管或刃脚加工的误差若工具管或刃脚的整圆度不符合技术规定要求验收，会造成顶进施工刚开始就出现误差。所以，对加工后的工具管或刃脚，一定要严格按技术规定验收。(2) 管节的外形尺寸向工作坑内下管前要认真挑选管节，管端面的垂直度与平整度一定要符合管材验收规范。(3) 设备安装的精度导轨、后座墙、千斤顶的安装应符合规范要求。主压千斤顶、中继千斤顶的布置与液压系统设计尤其重要。液压系统设计得不合理，会出现各千斤顶的供油速度不一致。并引起各千斤顶出程长度上的
5、差异。在开始顶进的 20 m 范围内，受千斤顶偏心荷载的影响会引起管线的误差。布置千斤顶时要与管道中轴线相对称，高程要靠下方。顶铁安装后，要使着力点通过管壁中心线，双行纵顶铁的模数要对称、长度相等。顶进初期，导轨的安装出现问题是造成误差的决定性因素，应当仔细检查。(4) 顶管机操作应根据土质选择顶管机械。如果顶管机选择不当，或人为操作不当，有可能造成管前与管周围的土压不平衡，出现偏差，甚至出现坍方，以致产生较大的偏心荷载。2.2 客观环境原因顶管施工中管道周围的土质不均匀时，作用于管周壁的土压力会不平衡，故设计时应尽量选择在土质均匀的地层中敷设管线。在顶管施工前，虽经过周密的地层勘察，掌握了比
6、较详细的地质资料，但顶进过程中仍不可避免遇到预想不到的土质变化情况。如黏土层中夹带砂层，硬土层中夹着软土层等。都会造成力系的不平衡。实际施工中往往遇到这种情况，在坚实的土质内顶进时，管子容易产生向上偏移的误差；反之，在松散土层内顶进时，容易出现向下偏移的误差。如，管顶覆土较浅时，作用于管顶上的土压力较小，容易导致管端向上。在液化土内顶进，若缺乏相应的技术措施，将可能出现大量流砂涌入管内，管底地基土内受到严重扰动，原土结构被破坏而失去承载能力，此时管端极易产生低头现象。穿越河道时，由于地下水位高，土颗粒较细，也常常出现管端低头现象。以上均属客观因素，事先不能预知，但应在顶管施工前作好地质分析，尽
7、可能地预测可能出现的土层变化，并准备好相应的措施。3 顶管施工中管道偏差的纠正措施在机械式顶管施工中，纠偏工作绝大部分是靠操作手通过操作台在地面手动控制。操作手根据设备的状况和机头的姿态对机头的偏差情况作出判断，同时考虑土质的情况然后进行纠偏操作。具体为控制纠偏油缸的伸缩和主顶的推进速度。长期的顶管施工，实践证明，纠偏存在普遍原则。3.1 勤纠微纠纠偏操作，关键在“勤”和“微”2 个字上。 “勤” ，包括勤观察和勤动作。勤观察是指操作手要不间断地观察。包括观察显示屏、指示灯和井内的情况，且观察不能够间断。对于一些出现偏差较大的情况，往往是由于顶进度较快，偏差的出现和发展较快，而操作手由于粗心或
8、疲劳而分散注意力，发现问题时偏差已经较大，从而造成纠偏困难。 “微” ，是指每次纠偏的幅度不要太大。突然的大幅度纠偏的危害已经为大家所认识。大幅度的纠偏往往会造成管接头开口，甚至造成漏水；往往纠枉过正，造成向另一侧偏差，形成“s”形管道；更甚者，造成顶力增大，引发其他问题。因此，尽量采用小角度纠偏。工具纠偏后，刃脚后部形成一个空隙，空隙的大小与纠偏角有关，纠偏角越大，空隙越大，管道顶进时周围土体容易坍入空隙造成地面沉降。同时，钢筋混凝土管纠偏比较灵敏，只要工具管能开挖出隧洞轮廓，紧跟的混凝土管道就能顺着隧洞跟进。因此，钢筋混凝土顶管的纠偏角不宜过大，否则容易造成轴线弯曲和地面沉降。3.2 动态
9、纠偏纠偏尽量在管道顶进过程中进行，避免在静止状态进行。实践证明，当管道处于静止状态时，所需的纠偏力比顶进时的纠偏力增加 5090；同时，静止状态下纠偏会对第一节管道产生较大的不均匀力。在动态纠偏过程中，通过观察偏差发展趋势可以灵活确定纠偏方案。如果纠偏量不大，且偏差方向靠近设计轴线，可以暂时不采取纠偏措施，继续顶进，直至偏差消除。3.3 改装顶管操作系统。采用电脑控制系统代替机械操纵系统由于施工单位机械顶管工艺相关技术欠缺，工程中的顶管机进场时的操纵系统只是通过一个由仪表、手柄构成的操纵台来控制。该操纵系统优点是直观、操纵简单；缺点是线路多，干扰大，纠偏受人为影响大，稍不注意就会造成纠偏角度过
10、大而偏向另一侧，管道形成蛇形，顶力加大，影响进一步的顶进。而电脑操作系统优点在于线路少，由一个终端控制，顶管机头的所有情况均在电脑屏幕上显示，且纠偏角度由电脑控制在一定的范围内，减少人为失误，提高顶管设备纠偏的精度和质量。3.4 进行仪器的保护仪器保护也是避免顶管施工管道偏差的重要措施。由于管道偏差主要控制仪器(激光经纬仪) 需固定安放在工作井内，并往顶管机头内的刻度接收靶照射激光，通过摄像头在操纵室内了解到顶管机头的偏差情况，进行纠偏。一旦仪器受碰撞则会发生移位，同时顶管机头的纠偏也会造成误差。防止此类事件发生的主要措施是勤复核和加固保护：用木板钉好一个柜子，在仪器安置好后将柜子套在仪器外再
11、把柜子固定在工作井地面上，需要测量复核时只需撤掉柜子便可进行操作。以上措施能起到保护仪器的目的。3.5 要控制好纠偏量纠偏操作中，包含有两个问题：首先是往哪个方向纠；其次是纠偏量多少。在机械式顶管施工中。操作手都能从电视或电脑显示屏上直观地观察机头的偏差方向，从而决定纠偏方向。在出现了一个初始偏差以后，我们要根据土质的情况和初始值的大小，拟定一个纠偏的计划。一般用管子端头的张角或开口来控制最大纠偏角度。使用普通的钢筋混凝土管子，纠偏值应控制在 2030 mm以内，以纠偏量为参照值计算确定纠偏油缸的伸出量。在纠偏量达到初始值的一半时，应减少油缸的伸出量，避免机头向另一侧偏差。4 结束语总之，顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。因此，在实践中，我们必须进行严密的顶管计算，采取先进的顶管设备，积累更多的纠偏经验，更好的对偏差进行纠正，从而确保成功高效地完成顶管施工的工作。参考文献：1 霍国友.顶管技术在市政截污管道施工中的实践经验J.中国给水排水，2009,25(6).2 马哲理.刍议顶管纠偏施工工程实例综述J.黑龙江水利科技,2010,38(1).3 杨杰.大直径顶管施工偏差及其防治J.河南建材,2008(5).
