浅谈顶管施工及施工中常见问题处理措施

浅谈顶管施工及施工中常见问题处理措施

随着改革的不断发展，城市建设规模的不断扩大，居民生活也明显加快，以前的管网已远不够需求。在繁华的城市地下施工中，管道纵横交错，技术复杂，施工条件苛刻。如采用普通的施工方法，很难完成预期的目标，还可能会给周围建筑、道路带来危害。经过对各种施工方法的综合比较，认为顶管施工既能保证施工质量和工期，又能降低工程成本。

标签：顶管施工；处理措施

顶管施工是一种不用开挖，无混乱场面的地下铺设管道施工，是一种在地下的工作系统依靠摇控的施工技术，采用自平衡方式的系统来防止地下隆起、沉陷，水平和垂直方向偏离误差可精确到±lmm。与传统的开槽埋管施工技术相比较，它有如下优点：1、开挖部分只有工作坑和接收坑，土方开挖量少、安全、对交通影响小，在管道顶进过程中，只挖去管道断面的土，施工挖土量少；2、施工作业人员少；3、建设公害小，文明施工程度高；4、工期比开槽施工埋设管道短；5、在覆土深度大的情况下比开槽埋管经济。

1 顶管工程的技术特点

现就泥水平衡法（顶管施工工艺的一种）浅析一下顶管施工。所谓泥水平衡就是以含有一定量粘土的且具有一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水舱，并对它施加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力的一种顶管施工理论。按照该理论，泥浆水在挖掘面上能形成泥膜，以防止地下水的惨透，然后再加上一定的压力就可平衡地下水压力，同时，也可以平衡土压力。其施工原理是：通过导向头的刀削转动功能将泥土、砂、石破碎，由一条钢管注入水量，拌成浆液，由另一条钢管吸出浆液，将浆液置于离心器内离心脱水，再将干土卸到斗车内运去弃土的地方，分离出的水又回到储水箱内重复循环使用。

从理论上讲，掘进机在顶进过程中，其顶进面的压力p如果小于掘進机所处土层的主动土压力时，地面就会产生沉降。反之，如果在掘进机顶进过程中，其顶进面的压力大于掘进机所处土层的被动土压力时，地面就会产生隆起。

故在实际的施工过程中要保证地面无沉降和隆起，关键是要保证顶进面土压力与掘进机头保持动平衡。这有两方面的基本内容：第一，顶管掘进机在顶进过程中与它所处土层的地下水压力和土压力处于一种平衡状态；第二，它的排土量与掘进机推进所占去的土的体积也处于一种平衡状态。只有同时满足以上两个条件，才能算是真正的土压平衡。

所以在顶进过程中泥水压力一定要合理，要控制好泥水平衡压力并且停顿时间不能过长。压力过小，大量的泥砂涌入，会造成路面破坏；压力过大，使开挖面受挤引起地面隆起或开裂，严重的可能产生冒顶现象。另外，在每一节管的顶进过程中，顶进速度值应尽量保持恒定，减少波动，保证机头切口水压的稳定和送、排管的畅通；同时顶进速度的快慢必须满足每节润滑泥浆注浆量的要求，保证润滑泥浆系统始终处于良好工作状态。

发生突顶时：应该逐渐降低工具管内泥水压力，使泥水压力略小于地下水压力，关闭冲泥水和吸泥泵，启动千斤顶缓慢顶进一缎距离，待顶力升高，采用小水力冲泥，间歇启动吸泥泵排泥，做小量排泥。

发生塌方时：应该逐渐升高工具管内泥水压力，使泥水压力略大于地下水压力，关闭冲泥水和吸泥泵，启动千斤顶缓慢顶进一缎距离，待顶力升高，采用小水力冲泥，间歇启动吸泥泵排泥，做小量排泥。

2 顶管施工常见问题及处理措施

顶管施工是一门涉及知识面广、施工管理要求高、施工作业要求严的综合性施工技术。目前，随着经济的不断发展，城市化进程的加速和下水道普及率的提高以及旧城区的改造，公共事业的发展，顶管施工也越来越普及，应用的领域越来越宽，发展成为一门应用很广的非开挖施工技术。但是随着顶管施工的推广和应用，面对某些不同开挖施工的具体情况和条件，产生了新的问题，现就顶管施工过程中针对常见的情况，可采取如下处理措施：

2.1 遇地下障碍物：

2.1.1 孤石：如所选用的土压平衡机头直径较小，前端没有检查孔，在顶进过程中，碰到软土中的孤石，当多次调整机头自身操作也无法再继续顶进时，应停止顶进，用开挖的方法来排除孤石，待排除孤石后，继续顶进。

2.1.2 混凝土、砖墙：一般来说，对于小体积的C30以下的混凝土、砖墙均可以切削。具体操作时降低顶进速度，减少每次切削，通过仪表随时注意观察刀盘电机的电流大小，另外切削扭矩也会使机头产生扭转，应不断改变刀盘旋转方向，使机头不至扭转过大。

2.1.3 如遇机型利用自身操作也无法穿越障碍物时，应停止顶进用钢套筒或开挖的方法来排除，待障碍物排除后，再重新顶进。如果顶管作业穿越道路底下而遇到上述情况且无法采取开挖的方式排除障碍物时，则采取反向（由接收井向工作井方向）人工顶管的方法来解决，但需做好足够的安全措施。

2.2 出现顶力剧增现象，其原因有如下几点：

2.2.1 泥浆选材质量不好，材料配方不合理，现场搅拌不充分，水化时间短。

2.2.2 注浆孔布置不合理，注浆泵压力不合理，注浆量没有控制好。

2.2.3 管路布置不适应超长距顶管要求，管路接头渗漏。针对此现象可采取如下措施：（1）选材应进行测试和论证，配方应进行筛分和优化，泥浆搅拌和水化时间大于6h。（2）采用液压注浆泵，并确保能正常使用，确保耐压大于2bpa以上，注浆量和注浆压力按设计要求控制。（3）科学合理地按设计的管路进行布置，如是超长距离顶管，则按要求设中间注浆泵站2～3座，且所有压浆接头用生料带包扎，确保无渗漏现象。

2.3 纠偏：在顶管施工过程中，如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来（工具管开始顶进5～10m的范围内，允许偏差应为：轴线位置3mm，高程0～＋3mm），当超过允许偏差时，应采取措施纠正，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。纠偏必须遵循以下规律：

2.3.1 纠偏应在顶进过程中进行，静态的纠偏会对管线产生不利的影响；

2.3.2 钢筋混凝土纠偏比较灵敏，纠偏角度不宜过大，避免造成较大的弯曲；2.3.3 第一段管节质量要好，因为第一段管节在纠偏过程中承受多次反复应力，易损坏管节；

2.3.4 第一段管节不宜过长，管段越短越有利，管段过长会影响纠偏的灵敏度，一般不宜超过2.0米；

2.3.5 纠偏过程中，在坐标纸上绘制工具管的测点轨迹，推算出其行进轨迹，根据行进轨迹及时调整纠偏角度，避免纠偏过大产生过度弯曲；

2.3.6 及时了解工具管穿越的土层，特别是不均匀土层的土质情况。

2.4 导轨偏移：基坑导轨在顶管施工过程中产生左右或高低偏移。防治措施：

2.4.1 对导轨进行加固或更换；

2.4.2 把偏移的导轨校正过来，并用牢固的支撑把它固定；

2.4.3 垫木应用硬木或用型钢、钢板，必要时可焊牢；

2.4.4 对工作底板进行加固。

2.5 洞口止水圈撕裂或外翻：顶管过程中有时会发生如下现象表明洞口止水圈撕裂或外翻：

2.5.1 洞口止水圈在顶进过程中被撕裂；

2.5.2 洞口止水圈外翻，泥水從中往外渗漏，同时洞口地面产生较大的塌陷。防治措施：

2.5.3 洞口止水圈应严格按设计要求的尺寸和材料进行加工；

2.5.4 洞口止水圈应按设计图纸的尺寸要求正确安装；

2.5.5 土压力太

高或橡胶止水圈太薄引起的外翻，应增加洞口止水圈的层数或增加橡胶止水圈的厚度。

2.6 地质发生很大的变化，突然间变硬或变软。这可以通过刀盘的转矩来判断，如果突然变硬了，则向土仓内加入水或泥浆，掘进机上设有加泥孔，其目的就是用来加泥的。如果太软，可把第一至第三节管子及工具头都联成了一个整体，以增加它们的刚性，从而可避免机头突然沉陷。

2.7 当顶管施工需要穿过道路时，应采取一定地面监测措施，以观测顶进过程中地表变形和土体位移情况，以便采取预防措施，避免影响道路正常运行的事故发生。

3 结语

目前机械化程度越来越高，顶管在市政工程中具有广泛的应用前景，但施工技术较复杂，需要在长期的探索中前进。顶管施工应根据地质条件、施工技术条件选择合适的施工方法，尤其是要进行长距离顶管时，更应该做好对比分析、论证。针对容易出现的各种问题，在施工中应加强管理，及时处理，处理时应做到少量多次，尽量避免静态或大幅度调整。