大直径原水管迁改顶管施工控制及纠偏技术

0引言

作为一种非开挖式地下管线敷设施工方法，顶管法施工技术广泛应用于城市片区复杂环境下地下管线敷设中。顶管施工中，借助主顶升油缸、中继室等提供的顶推力，使顶管掘进机从工作井区域内穿过土层到达接收井内被吊起，管道随掘进机顶进敷设于工作井与接收井之间。顶管法具有以下优点：不破坏地面建筑物，不影响地面交通，施工过程受天气等环境因素影响小，综合造价低等，能够节约征地、拆迁等费用，经济社会效益显著。

顶管掘进的位置、方向决定着敷设管道轴向的轨迹。在顶管顶进过程中，受土层土质变化、千斤顶推力不均、回填注浆不均等因素影响，顶进方向不可能完全按照设计方向推进，容易产生掘进姿态偏差，会导致难以预期的结果（如管节变形、地表沉降等）并造成经济损失。因此顶进过程中轴线测量及纠偏控制尤为重要，是顶管作业质量好坏的关键。国内外专家学者对顶管轴向测量控制进行了诸多研究，以郑州西气东输顶管穿越黄河工程为例，全面论述探讨了顶管施工中的测量控制方法；对工程测量控制方法在杭州市河坊街曲线顶管施工中的应用进行了总结讨论；从顶管工程地面平面与高程控制、准备工作到直线顶管施工中的测量工作，对地下顶管施工测量过程进行了详细阐述；针对某引水工程顶进距离长的特点，采取了分阶段综合测量的方法，取得了较为良好的测量控制效果；从施工准备、进洞控制、过程姿态控制等方面，对顶进姿态控制在东月路机械顶管工程中的应用进行了总结；以上海市污水治理南线输送干管工程为背景，介绍了软土地区大直径长距离曲线顶管姿态控制的工程措施；依托白龙港污水处理项目，针对工程特点研究了长距离顶管自动纠偏系统；结合郑州市下穿中州大道顶管工程，介绍了顶管姿态控制、纠偏措施等；基于NSPD2000型泥水平衡顶管机探究了其自动纠偏理论方法，开发了泥水平衡顶管机自动纠偏系统；结合某地下停车场矩形顶管施工过程中的姿态监测数据，分析了头部姿态偏差发生的原因，并通过现场试验对相应控制技术进行了验证。

城市片区管线迁改周边环境复杂、施工质量要求高等问题突出，结合深圳市轨道交通地铁12号线土建施工四工区标段内的DN1800mm原水管迁改工程实案例，从施工的作业过程入手，针对工程特点和施工经验，提出了大口径原水管顶管施工控制和纠偏方法，相关措施的实施使顶管对周边构建筑物影响较小，过程推进顺利，总体效果显著。

1工程设计概况

1.1工程设计简介

深圳地铁12号线臣田站位于宝安区前进二路和宝田一路的交叉路口，车站整体沿前进二路布置，方向为南北方向地下敷设。臣田站车站主体南段存在1根DN1800mm原水管斜跨车站，需要在车站主体施工之前改迁，具体方向为迁改出车站结构范围以南。迁改工程部位分两段：顶管段（85m）、明挖段（54m），其中顶管段的管顶覆土厚度约4.47~5.5m，管材采用钢管，采用泥水平衡顶管法施工。工作井采用Φ9.4m、壁厚0.7m的沉井，接收井采用Φ6.2m、壁厚0.7m的沉井。

1.2工程地质及水文地质

该场地范围内地勘揭露的地质为第四系（Q）沉积地层，自地面向下分别为填碎石、素填土、粉质黏土、砂质黏性土、砾砂、中砂、全风化变粒岩、中风化变粒岩、微风化变粒岩等。项目顶管段主体结构主要位于砾砂、粉质黏土中。场地地下水按赋存条件主要包括孔隙水、基岩裂隙水，勘察期间稳定地下水埋深约2.7~4.5m，水位高程1.8~4.5m。

2大直径顶管施工流程及质量控制要点

2.1顶管姿态影响因素

在顶管施工中，顶管掘进机顶进位置及方向决定了敷设管道的轴向位置，为了保证管线敷设精度，需要确保顶管顶进过程中空间位置、角度等参数的准确性。

2.1.1土层情况

在软土地层中，周边地质情况极易影响顶管掘进机的顶进姿态。受自身重力及上覆土层荷载影响，顶管机在较软弱或松散地层中容易由于受压而下俯；同时，由于地层的非均质性和软土承载力较差的特点，容易造成水平或者竖直向的偏差；当顶管机通过复合地层时，掘进设备易向相对软弱的地层方向发生偏移。

2.1.2设备安装精度

顶管机及附属设备的加工及组装误差会对顶管施工的精度产生不利影响，液压顶推系统的设计和布置、导轨的铺设等工作的精度都是后期顶管能够按照设计轨迹敷设的保障，各液压千斤顶的顶进时间差、后靠背不稳等会造成顶管施工轴线发生偏移。

2.1.3施工操作

顶管施工中轴线测量不精确、纠偏操作方法不当等都会对顶进姿态产生影响，甚至会造成顶管掘进机无法顺利进入接收井。

2.2城市片区复杂环境下大直径顶管轴线控制及纠偏技术

2.2.1设备安装

1）对主顶设备的底盘采取必要的措施，对其牢固的支撑，防止因其受力产生变形或位移，将顶管机安全吊运至底盘的导轨上，之后进行底盘的定位和调整。

2）对于工作井内的测量仪器基座，严禁固定于主顶装置的底盘、工作井后背部位，或者其他可能在顶进过程中因受力而产生变形或位移的基础上，应尽可能的安装在固定的独立基座上，以避免测量仪器的重复来回移动，减少循环调整次数。

3）使用激光指向仪或者激光经纬仪同安装在顶管机内位置恰当的激光目标靶，一起组成良好的方位误差测量系统，对顶进的高程、轴线误差等进行全过程的监控。

2.2.2后靠背施工

后靠背的正确定位和安装，对于顶管掘进的始发姿态影响比较大。因此工程中考虑选用装配式后垫铁，后垫铁采用20mm厚钢板，焊接成2m×2.5m纵横加劲肋的箱形体，以方便为顶管的反力提供1个垂直稳定的受力面，每个与千斤顶接触受力面焊1块30mm厚的500mm×500mm的的标准钢板，使箱体受力分布更加均匀。后垫铁的安装基础采用砖砌筑，高40cm。安装无误后，在位于后垫铁与工作井后墙的空隙之间填充浇注验收合格混凝土砂浆，以保证后靠背受力均衡、安全。

2.2.3顶进过程姿态控制

1）施工监测。在正常顶进施工中，要保证每环至少重新测量1次管节姿态，计算管段与原水管设计轴线之间的偏移参数值，将计算后的结果与导向姿态进行对比和分析，以保证复测德姿态与导向姿态的一致性。

2）顶进纠偏基本原则。①在机头和机头连接工具管出洞前，即便有出现中线和高程偏差的情况，也尽可能不要马上进行纠偏，因此时机头的连接管处于导轨上，若此时进行纠偏，很难起到纠偏效果；②机头的连接管在出洞后，如果高程中线偏差数值在士2cm范围以内，可不纠偏，当高程或中线的偏差值超出标准值2cm以上时，考虑通过监视器内的光点位置变化趋势进行偏差纠正，但这种方法需有1个可靠、准确的提前量；③纠偏过程本着“先纠高程，后纠中线，小角度连续纠偏”的原则，油缸的伸出量每次纠偏数据不得太大（以小于等于过2cm为宜）；④遇到光点位置有反向移动趋势或移动速度放缓的情况，可将纠偏油缸向内缩回，停止纠偏作业，纠偏过程中还应动态观察监视器内仰、俯角变化，并且作为参考数值，仰角和俯角最大偏差值基本严禁超过原始值3°。

3结语

依托在建深圳市轨道交通12号线工程，根据土建四工区臣田站原水管迁改顶管工程，结合城市片区内环境复杂、施工质量控制严格等共性问题，对大直径原水管迁改姿态控制及纠偏方法进行了研究，分析了顶管姿态的影响因素，并介绍了工程施工中顶管姿态控制的实际措施和顶管纠偏的原则，上述措施的实施，保证了深圳地铁12号线臣田站原水管迁改顶管段工程施工的顺利进行，有效保证了施工质量与精度。

 

原文摘自《云南水力发电》中的《大直径原水管迁改顶管施工控制及纠偏技术》赵康康，廖志兴，陈磊，如有侵权请联系删除。