曲线顶管测量纠偏技术

刘科 杨昊晗 蔡彬彬 吴奇飞 马红超 司维

摘    要：文章结合工程实践，对曲线顶管中管道曲率变化进行了分析，从工程背景、管道测量、管道纠偏三方面进行了论述，提出了全站仪结合AutoCAD等软件对曲线顶管测量纠偏作业的方法，进行了曲线顶管纠偏过程中管道曲率变化的研究，解决了在顶管过程中对管道顶进曲率无法有效控制的问题，对类似工程有一定的参考作用。

关键词：曲线顶管;测量;技术

1  前言

由于我们国家城市基础设施发展进程越来越快，规模越来越大，造成城市地下、地上空间的拥挤程度比较过去大大增加。相应的对于地下市政管道设施的需求量与各种限制条件也越来越多。因此，传统的开槽施工已经无法满足城市交通等方面的限制要求。在此问题的基础之上，以顶管技术为代表的非开槽施工技术得到了很好的运用与发展。

在长距离顶管施工中，在遇到地质条件复杂不明的情况下，这就要求管道绕行，避让障碍物;另外管道在通过地面建筑密集、交通繁华地段，往往也需要铺设曲线管道，最大限度的减少对周围建筑物及交通的影响。

2  工程概况

商丘市污水管网和中水管网工程蔡河段（归德路～连霍高速）：北起现状归德路，南至连霍高速，沿线与迎宾路等相交。污水管沿河道东西双侧布置，经污水泵站提升后，最终排入第二污水处理厂，全长约4895m，采用机械顶管施工。

本工程蔡河段西侧XW-02至XW-03顶进轴线方向有大量民房及信号塔等建筑物，人员比较密集，据调查房屋及信号塔无施具体工图，且民房地基抗扰动能力较弱，信号塔等建筑基础不详，如强行顶进可能对房屋结构、信号塔基础造成破坏，形成安全隐患，顶管机头也将遇阻不能工作，并且机头取出比较困难，无论是进行废弃已顶进完成的污水管线、顶管机头处理或是破坏原有地基增加井位方案，都将造成巨大经济损失。故此段采用曲线顶管施工，绕过居民房屋及信号塔。

该段顶管顶程323.7m，管顶覆土高度5.6-5.9m，全段管道为DN1800钢筋混凝土承插口管。全程分为直线-曲线-直线三段，其中第一直线段长度120.47m，曲线段长度165.23m，第二直线段38m曲线段曲率半径为876.08m，累计纠偏15.53m。

为方便测量纠偏，顶管施工之前在该区域建立平面控制网，在XW-02和XW-03井位附近各增设一坚固可靠的控制点，與附近水准点联测，以该两点连线为X轴建立平面相对控制网。严格测定工作井和接收井洞口中心坐标及高程，按照测量结果调整设计轴线和坡度，并将测量结果作为实际纠偏测量的基准。

3  测量纠偏

3.1  曲线顶管测量

该段顶管的第一段直线段由激光经纬仪控制轴线，激光经纬仪架于井中强制对中点上，在平面相对控制网建立后，测定该强制对中点在本相对控制网中的相对坐标，并引测2点于井壁之上用作后视，此两点连线作为曲线段与第二段直线顶管测量支导线的起始边。

在机头进入曲线段后需进行地下支导线测量以定位机头，为提高测量精度，在整个施工过程中，保证井中强制对中点牢固不动。仪器采用拓普康ES-602G型全站仪，测角精度为2″，测距精度为2+2ppm。在机头由第一段直线进入曲线时每顶进一节管测量一次，在机头顶进状态平稳之后每顶进两节管测量一次，每站均测4个测回取平均值，每次测量设有专人复核，标高控制采用全站仪三角高程测量。

在施工过程中，由于管内的温度、湿度较大，且操作空间有限，对仪器的对中整平、测量精度影响较大。故在测量时，尽量控制在每天相同的时间段内，对管线进行测量。来降低温度、湿度对测量结果的差异性影响。

3.2  机头纠偏

本次顶管工程采用的唐兴机械SPB800泥水平衡顶管掘进机的纠偏油缸行程最大为L=45mm，最大纠偏角度为α=2.7°。偏角度的大小由行程仪测量的距离表达，纠偏油缸每伸长1mm可纠偏角度为336”，四组纠偏油缸分别布置在左上、左下、右上、右下。

水平纠偏：经过现场计算得机头中心坐标之后，首先结合纠偏千斤顶的当前状态进行机头顶进方向的的预测：将机头当前坐标与前次测量坐标连线延长至下次测量的机头大致位置，得到机头预测坐标，根据前次测量坐标、当前坐标与预测坐标与轴线的偏差值，结合纠偏油缸的当前状态预测机头接下来的顶进趋势。每次纠偏油缸的纠偏值应控制在2cm以内，轴线偏移不得大于15cm。

如图1、图2为第100节管至第105节管顶进的纠偏示意图。第102节管顶进完成后，此时机头纠偏油缸为无动作状态，将102节与100节管机头的测量坐标连接，并延长至105节管的大致位置处（黄色线段所示），预测第105节管顶进完成后机头中心距设计轴线右偏6.72cm。为使机头沿设计轴线顶进，将机头右上组、右下组纠偏油缸伸长1cm，此时机头纠偏角度为36，在第105节管顶进完成后理论上可纠偏6cm，测得实际纠偏2.8cm，沿此顶进趋势继续顶进，在第108节管处测得实际偏离设计轴线左侧0.2mm。

高程纠偏：根据顶进距离和调整后的坡度计算每一测站的理论高程，结合实际高程与机头顶进状态进行纠偏。

3.3  顶管监测

为探明顶管过程中管道曲率是否变化，在施工过程中，选择曲线段某固定部位（竣工后的83～96节管部分）的管内壁分两个时间段（间隔两天，施工进度差60m）分别用全站仪测量三个点，并拟合为一段曲线，通过数据表格分析不同施工进度该段的曲率变化，分析可知该段管道在顶管施工过程中管节内壁向离心方向偏移。

4  结束语

综上所述，大曲率曲线顶管管道的贯通，为今后复杂长距离曲线顶管的设计、施工提供了理论依据和实践证明。但由于施工现场环境复杂，不确定因素较多，长距离曲线顶管的测量技术还需近一步完善和总结。

参考文献：

[1] 徐伟.超长距离曲线顶管施工测量方案设计与实践[J].建筑施工，2015（7）：862～863.

[2]舒亚明，周永江.长距离曲线顶管测量和控制[J].浙江工业大学学报，2009（6）：685～688.

[3] 余彬泉，陈传灿.顶管施工技术[M].北京：人民交通出版社，1998.