曲线顶管施工质量控制

高邮市高邮湖应急备用水源为高邮市政府2018年度重点工程，新建穿越京杭运河至高邮湖取水的输水管道，规格为DN2400的JPCCP预应力钢筒混凝土，管道竖曲线半径为8000m，下穿京杭运河顶管长775m，同时通过DN1000的PCCP输水管道7.2km输水至高邮市第二水厂。

​工程地质条件：地貌类型属水网平原，土层分为8层，其中①~④层为灰色淤泥质粉质黏土、黏土、重粉质壤土，⑤层以下为褐黄色粉质黏土、黏土、重粉质壤土，含铁锰质结核。

一、施工质量控制

​1. 管材选用

​JPCCP管道内径2.4m，壁厚0.24m，外径2.88m，设计混凝土强度C50，承受顶力不小于6000kN。管道采用承插式钢接口，布置双契型橡胶止水，并在外壁钢插口设单楔形橡胶止砂圈，设计内水压力不小于0.3MPa。管道配备润滑注浆孔及排出孔，并提供安全可靠的闭孔工艺。施工证明，JPCCP管材有理想的密封效果，对曲线顶进有较好的适应性。

2. 测量放样

2.1 导线测量

导线测量的目的是从基准测量交桩点通过附和导线的形式把坐标、方位引测到沉井附近，再从沉井向下传递到顶管位置的导线测量。

​2.2 水准测量

​水准测量较为简单，把已知水准点高程通过测量引至沉井附近，然后再沉井附近点高程经过测量向沉井下延伸，计算出顶管各点高程。

​2.3 轴线（曲线）测量

​轴线测量就是将设计顶管轴线放样至实地位置，即轴线放样。该工作在曲线顶管施工中较为重要，它关系到顶管预留洞口位置是否正确，关系到顶管能否按设计的曲线如期顺利出洞。

二、竖曲线顶管跟踪测量方案

​1. 管道内测站布置

​由于本工程顶管为竖曲线顶管，不能从井内直接测量到机头，因此管道内必须设置转点。转点每100m设置1个，站台为事先制作的简易三脚支架，然后把专用全站仪强制对中盘固定在支架上。

​2. 管道接口缝隙差的计算

​经计算每管节缝隙之间的开口距离为0.00108m，管口的转角0为0.0215°。查规范得知，曲线段的管道接口密封性能是可靠的。如果顶管在曲线段的接口缝隙破坏、契形胶带跑到钢套环外、管道接口密封失败，渗漏造成的影响无法估量。为了保证施工质量，起始段2节管道预制时增加整套内钢环预埋件，安装时采用大直径拉杆与预埋件焊接，使2节管道连成一体，增加整体刚度，减少变形带来的接口缝隙破坏。

三、质量控制要点

​1. 顶管姿态控制

​▷顶进偏差原因分析

① 形成滚动偏差的原因

​刀盘切削土体的扭矩主要是由顶管机壳体与土层之间的摩擦力矩来平衡。当摩擦力矩无法平衡刀盘切削土体产生的扭矩时，顶管机将形成滚动偏差。过大的滚动会影响纠偏油缸，造成测量、纠偏及出土困难，对顶管轴线偏斜也有一定影响。

② 引起方向偏差的因素

​在顶管机顶进过程中因为不同部位顶进千斤顶参数的设定偏差，使顶进方向产生偏差。由于顶管机表面与地层间的摩擦阻力不均匀、开挖面上土压力的差异以及切削刀口切削欠挖时引起的地层阻力不同，也会引起一定的方向偏差。

开挖面土层性质差异容易引起方向偏差。即使在开挖土体力学性质十分均匀的情况下，受顶管机刀盘自重的影响，顶管机也有下-降的趋势。因此，在顶进的过程中，必须对竖直方向的误差进行严密跟踪监测，随时修正各种原因引起的方向偏差，把顶进方向偏差控制在允许范围内。

▷顶管机的姿态监测

① 人工监测

采用全站仪、水准仪等测量仪器测量顶管机的轴线偏差，形成数据分析，监测顶管机的姿态。

​② 滚动角的监测

​用电子水准仪测量高差，推算顶管机的滚动圆心角，监测顶管机的滚动偏差。

竖直偏角的监测：电子水准仪可直接测量顶管机的俯仰角变化，上仰或下俯其角度增量的变化方向相反。

水平偏角的监测：电子全站仪可直接测量顶管机的左右摆动，左摆或右摆水平方向角的变化方向相反。

通过竖直偏角和水平偏角的监测可分析顶管的姿态是否处于合理区间，决定是否采取纠偏措施。

③ 激光导向监测

​顶管机上安装的激光导向系统，是从一个固定基准点向顶管机测量板发射激光束，然后计算出顶管机相对设计线路的偏差位置。顶管机相对设计轴线的偏差值显示在监控显示器上。操作人员在控制室内，通过控制系统修正顶管机的偏差。​

​▷顶管机姿态调整

① 滚动纠偏

​由于刀盘正反向均可以出土，因此通过反转顶管机刀盘，就可以纠正滚动偏差。允许滚动偏差不大于1.5°，当超过1.5°时顶管机自动控制系统会报警，提示操作者切换刀盘旋转方向，进行反转纠偏。

② 竖直方向纠偏

​控制顶进方向的主要方法是改变单侧千斤顶的顶力。但它与顶管机姿态变化量间的关系没有固定规律，需要靠人的经验灵活掌握。当顶管机出现下俯时，可加大下侧千斤顶的顶力，当顶管机出现上仰时，可加大上千斤顶的顶力来进行纠偏。

​③ 水平方向

​与竖直方向纠偏的原理一样，左偏时加大左侧千斤顶的顶力，右偏时则加大右侧千斤顶的顶力。

​④ 纠偏注意事项

a. 切换刀盘转动方向时，先让刀盘停止转动，间隔一段时间后，再改变转动方向，以保持开挖面的稳定；

b. 要随时根据开挖面地层情况及时调整顶进参数，修正顶进方向，避免偏差越来越大；

c. 顶进时要及时进行纠偏，消除偏差后，再继续向前顶进；

d. 确保顶管机泥水压力平衡和地层稳定的技术措施；

e. 下管对接时，严防顶管机后退，确保正面土体稳定；

f. 同步注浆充填环形间隙，使混凝土管能尽早支承地层，控制地层沉陷；

g. 做好泥水舱压力平衡控制，保证开挖面土体稳定；

h. 利用信息化施工技术指导顶进管理，保证周围自然环境。

四、结语

通过总结分析工程施工经验，有如下启示：大直径、长距离、曲线顶管优选JPCCP管材；严格控制顶力，科学布置中继间及启动时间点；曲线顶管施工关键在跟踪测量，姿态调整及控制是重要手段。

 

本文由唐兴装备整理自《曲线顶管施工质量控制》韩华定，舒兆亚，吴宇寒，吴玉俊，转载请注明出处，如有侵权请联系删除。