顶管施工过程中应注意的问题及相应对策

季洁 宋剑宇 刘浩

摘要：阐述顶管施工中应注意的问题，对顶管施工测量放线、顶进过程中易出现的故障类型及对策、洞口土体加固和洞口止水设置等注意事项进行了探讨。

关键词：顶管； 测量放线；故障类型及对策；洞口土体加固；洞口止水装置

中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号：

随着我国非开挖技术的广泛应用，机械顶管施工技术亦日趋成熟。然而，顶管施工本身就是一项受地下不确定因素和外界困扰较多的高风险作业，成功率并非十分圆满。从以往的顶管施工情况来看，各种如管道轴线和标高严重偏位、管道无法正常顶进等现象，比比皆是。如何避免出现这些问题，以及出现问题后如何解决才是我们所必须关注的重要议题。

1、 测量放线

顶管管线放线，就是将工作井进洞口和接收井进洞口的坐标正确引入工作井内，指导顶管顶进的方向和标高。顶管放线是保证顶管轴线正确的关键。放线准确能使顶管机按设计要求顺利进洞，满足施工质量要求；反之，可能造成顶管轴线偏差，影响下程进度和工程质量，同时也会造成顶进时设备损坏。具体测量方法有如下两种。

1.1直线测量

是顶管常用的放线技术。根据顶管工作井出洞口的中线和接收井进洞口的中线，用经纬仪在工作井后反复瞄准这两根中线直至重合。确定顶管管线，并将其引入工作井内。这种放线技术的优点是视线直观，放线过程中的计算量少，操作方便；缺点是放线过程中受场地限制．往往会由于后视距离过短导致放线偏离中线而产生误差，在长距离顶进时更加明显。但遇有障碍物使视线不能通视时，放线就很困难。

1.2、三角放线

适用于在工作井和接收井之问有障碍物不能通视的情况。即在工作井和接收井之间任意位置O点放置经伟仪，图1为三角放线示意图，图中点A为接收井进洞口中点；点B为工作井进洞口中点；点C为AB延长线上的一点（引桩），通常C点设在工作井另一侧，距离（BC）为方便放线的假定值。根据OA、OB和角度∠AOB，求得C点的位置和AB段的距离，在C点将管线放线于工作井内。

图1 三角放线示意图

计算公式：

AB＝（OA2＋OB2－2×OA×OB×cos∠AOB）1/2

AC＝AB＋BC

∠OAB＝arcsin（OB×sin∠AOB/AB）

OC＝（OA2+AC2－2×OA×AC×cos∠OAB）1/2

∠AOC＝aresin（AC×sin∠OAB/OC）

为确保放线准确，O点必须放置在2个位置进行校核，同时每次必须用经纬仪左右盘进行读数，消除误差。

当工作井和接收井的管线轴线测量完毕后，在工作井上用铅丝将管线轴线拉出，上吊两个铅锤将管线轴线引至坑底，用以确定管线顶进轴线。

2、顶进过程中易出现的故障类型及对策

2.1、顶管掘进机头不能最终到达接收井，归纳起来有以下几种情况：

（1）由于设计或施工前对地质情况估计不足，造成顶进过程中摩阻力过大；

（2）由于施工中注浆减阻不理想，或因某原因中间停顿时间过长，造成管壁阻力过大；

（3）由于管道自身强度缺陷，顶进过程中造成管身碎裂；

（4）由于工作井井身或后壁强度不足，造成工作井后座严重开裂或变位；

（5）由于掘进机头自身机械传动出现问题；

（6）由于管位处出现难以逾越的障阻物等。

2.2解决对策

（1）开天窗法： 通常是顶管施工技术人员首先所考虑到的一种简单、节省而又行之有效的补救方法。此法常用于故障机头上方地面符合施工条件，且该处地质状况亦利于开挖或进行开窗作业，它可分为大开挖法、钢板支护开挖法、沉井开窗法和钢护筒开挖法等。

（2）逆套管法：在故障机头离接收井较近，且地面无法开挖的情况下，采用比机头外径大20cm左右的钢管（或其它管道），从接收井洞口利用人工反向顶进，套住机头后，把机头从接收井拉出，再接顺管道的一种方法。采用此种方法时，故障机头具体位置，轴线走向，标高等数据的准确测定是处理问题的成功关键。同时，正确判断该地层是否适用于人工挖土顶管。

（3）顺套管法：此法常在掘进机头在刚开顶不久，离工作井不远处出现故障，且地面为道路或不允许开挖沉降的情况下使用。在工作井顶进内径大于管道外径的钢管，从而确保土体不坍塌，同时，注意防止洞口止水圈拆卸时的井壁周围水土流失。

（4）引导洞法：由于掘进机头发生故障，但刀盘尚可转动的情况下，外部条件限制，很难用其它办法来解决该问题，在接收井处用同型号掘进机逆向顶进，实现对接后，此推彼拉，完成顶进工作的一种方法。采用此法时，如何准确无误地确定原机头走向，标高及现机头轴线是成功的关键，刀盘对接后，需同向转动，推进与回拉均需同步进行。

3、洞口土体加固

对洞口外土体加固处理的目的，是使土体具有自立性、隔水性和一定的强度，防止机头在顶进初期由于自重过大而产生“叩头”现象。由于工作井制作时，洞口土体受到扰动。在机头进洞穿墙初期，因入土较少，机头的自重仅由导轨和入土较浅的土体支承，作用于支撑面上的应力很可能超过允许承载力，使机头“叩头”下栽。因此，对洞口土体加固十分必要。

土体加固可以采取降水和冷冻等物理方法进行，也可以采取化学方法进行。化学加固方法是近年来发展起来的新技术，方法可靠、效果明屁、容易控制，种类比较多。主要有注浆法（包括分层注浆、压密注浆、填充注浆）、旋喷法（粉喷或液喷）和深层搅拌法等。为防止机头下栽，除了采取土体加固之外．还可以采用延伸导轨、保留洞口下部预留缝隙的砖墙、在洞口下部填硬黏土或用低标号混凝土浇注一块托板把机头托起。

4、洞口止水装置

洞口止水装置通常是顶管施工的薄弱环节，它关系到顶管能否顺利地进出洞和保证顶进过程中洞口密封的可靠性。

工作井洞口止水装置应根据工作井的具体条件进行设计。可以采用较简单的橡胶法兰的结构形式。这种形式可用于两种不同的情况。

第一种情况是沉井工作井。在沉井制作时，在洞口位置预埋一环钢法兰，当沉井下沉封底后．由于洞口标高可能与设计值有误差，必须使管道标高尽可能符合设计标高，为此，在预埋钢法兰上再焊一圈钢法兰，该法兰中心可以与原洞口中心错位，而与实际的管道中心保持同心度要求。这环后焊的法兰中心也就是洞口止水装置的中心。这种橡胶法兰的止水装置结构简单、成本低、安装方便。

另一种情况是钢板桩工作井。由于进洞口是根据管道设计标高制作的，因此预留孔中心就是管道的实际中心，不需要后焊一环钢法兰，只需把橡胶法兰直接安装在墙面的钢法兰上即可。

5、结束语

顶管属于地下工程，复杂程度较高，不确定性因素多。开工前应该综合了解工程地质情况、水文特征，充分考虑可能出现的各种情况，并制定相应的应急预案和措施。施工时应加强现场管理，使方案能得到认真的实施．

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