顶管施工中常遇到的问题及防治

 顶管施工中常遇到的问题及防治

顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，在给排水、煤气、电力、通信等管道的施工中应用越来越广泛。但顶管施工单位施工设备、技术、管理水平参差不齐，在施工中常出现一些问题，影响施工质量。本文以泥水平衡法顶管施工为例，对顶管施工中常遇到的问题及原因进行分析，并提出一些防治措施。

一、顶管施工的特点及工艺

1、顶管施工特点

（1）先进顶管施工时不用封路施工，选用的工作井与接受井又位于闲置之处，顶进过程中路上交通照常通行。

（2）不需要开挖、回填和路面修复，所以与大开挖施工对比，能降低工程总造价。

（3）泥水循环法施工避免了泥水横溢和稀泥乱堆放的不良现象，确保自然环境不受到污染，能做到文明施工。

（4）先进顶管方法是全自动摇控，不需工人在管道内工作，这样不仅消除了工人繁重的体力劳动，对工人安全也有了足够的保证。

（5）先进顶管推进过程中挖进机及管道周围处于主动土压力与被动土压力之间，故对原土干扰极少，所以不会导致路面沉降以至产生裂纹，避免了路面重修。

2、顶管施工工艺

顶管施工技术是一种管道铺装技术，无需开挖地面，有具大推力的液压千斤顶可用在有遥控装置的顶管掘进机的后方，使掘进机及紧随其后的管道穿越土层，达到预先设计的位置上，这就称为顶管工程。挖掘发生在顶管机的前方，被挖掘物质通过泥浆循环系统用泵排出，到达地表。顶管施工的基本原理为：从地面开挖两个基坑井，然后管节从工作井安放，通过主顶千斤顶或中继间的顶推机械的顶进，推动管节从工作井预留口穿出，穿越土层到达接收井的预留口边，然后通过接收井的预留口穿出，形成管道的施工。

目前，顶管施工常采用的施工方法分为敞开人工手掘式和密封机械式顶管施工方法，其中机械式顶管施工常用的施工方法又有泥水平衡式和土压平衡式两种，顶管施工常用的管材有砼管、钢管、玻璃夹砂钢管。

现在比较常用顶管施工为泥水平衡顶管施工法，其施工原理：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。施工所采用的主要设备为信息化及全自动化泥水平衡顶管机。

二、顶管施工中常遇到的问题及防治措施

1、管道轴线偏差过大

管道顶进轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏。

　（1）原因分析。

①地层正面阻力不均匀，使工具管受力不均匀，形成导向偏差。

②顶管后背发生位移或不平整，使顶力合力线偏移。

　　③千斤顶不同步，或千斤顶问顶力相差较大，或安装精度不够，造成顶力合力线偏差。

（2）预防措施。

①顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查，设置测力装置，指导纠偏。纠偏应按照勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法进行。

②采用同种规格的液压千斤顶，使其顶力、行程、速度一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合。

③加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。

④顶进过程中应随时绘制顶进曲线，指导顶进纠偏工作。

2、地面沉降与隆起

顶管施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生地面沉降或隆起，使管道周围建筑物和道路交通及管道等公用设施受到影响，甚至危及到正常使用和安全。

　（1）原因分析。

①掘进机正面土压失衡引起的沉降与隆起。从土压平衡掘进机的原理来说，当掘进机通过充分的切削和搅拌，在进土仓内形成具有较大塑性和流动性的土体。当正面的土压控制在被动土压和主动土压之间时，地面才会下陷或隆起。实际上由于土质变化较大，完全按理论计算进行控制往往有较大差异，不能正确把握，造成土压失衡引起沉降。另外，由于有些土压平衡掘进机对土的适应性不够完善，如刀盘切削面积过小，推进速度或螺旋输送机转速不能调整，使得土压控制不利或不便，造成土压失稳引起沉降与隆起。

②管道外周空隙引起的沉降与隆起。管道外周空隙是由掘进机纠偏或曲线推进造成的，因为在纠偏和曲线推进时形成的管道截面面积大于管道截面，其空隙由周边土体填充而引起沉降。现在一般顶管都采用触变泥浆减摩技术，掘进机外径较管道外径大2～3mm，以便形成浆套，若注浆不及时就会引起沉降。

③管道与周围土体摩擦引起的沉降与隆起。管道在推进时与周围土体存在摩擦，这种摩擦往往使土体发生剪切扰动，造成土体移动而导致地面沉降。在管节外型不整、接口不平或管道不直顺的情况下，这种剪切扰动就会加剧，增大地面沉降与隆起。

④管道接口渗漏引起的沉降与隆起。当管道接口密封圈安置不当或管端受力不匀而破坏，以及管道接口弯折过度造成密封不良时，就较有可能发生接口渗漏，水土从而流失，这种土层损失必定会引起地面沉降与隆起。并且管道接口渗漏亦造成触变泥浆的流失，支承土体和减小摩擦力的作用大大降低，亦可能引起上述两种原因的沉降与隆起。

　（2）防治措施。

①施工前应对工程地质条件和环境情况进行周密细致的调查，制定切实可行的施工方案，正确选用工具管，并对距离管道较近的建筑物和其他设施采取相应的加固保护措施。

②设置测力装置，掌握顶进压力，保持顶进力与前端土体压力的平衡。

③施工时尽量采取小幅度的纠偏，尽可能的保证管道的直顺，减小管道绕曲造成土层移动引起的沉降。避免急度纠偏造成管道接口密封失效和管端碎裂，发生水土和触变泥浆的流失，引起地面沉降。

④在顶进过程中应及时足量地注入符合技术标准的润滑支承介质，填充管道外围环形空隙。施工结束后及时用水泥或粉煤灰等置换润滑泥浆。

⑤严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏。

3、顶力突然增大

（1）原因分析。

①土层塌方或工具管前端遇障碍物，使阻力增大。

②管道轴线偏差形成弯曲，使摩阻力增大。

③减阻介质膨润泥浆配比不当或注入不及时，或注入量不足，减阻效果降低，使摩阻力增大。

④顶进设备油的泵、油缸或油路发生故障。

⑤顶进施工中因故停顶时间过久，润滑泥浆失水使减阻效果降低。　　

（2）防治措施。

①顶管在正常顶进施工过程中，必须密切注意顶进轴线的控制，使管道轴线被控制在允许偏差范围以内。

②按不同地质条件配制适宜的泥浆，并采取同步注浆的方法，及时足量地注入泥浆。

③顶进施工前应对顶进设备进行认真的检修保养。

④停顶时间不能过久，发生故障应及时加以排除。

4、工具管旋转

工具管沿圆周方向旋转，使顶进操作发生困难。

　（1）原因分析。

①工具管前端土层软硬不均匀，使工具管受力不均，造成工具管向土层软的方向旋转。

②顶进千斤顶及油路布置不合理，千斤顶之间存在着顶进时间差，使顶进合力线偏移，造成工具管旋转。

③顶管轴线发生偏差时，纠偏量过大，使工具管发生旋转。

④管道向左、向下纠偏，管道反时针扭转。

⑤后座或后背不稳或主油缸与管轴线不平行，使主油缸在工作时方向变化，对管道形成一个扭矩，使管道扭转。

⑥刀盘单方向旋转，使管道反方向扭转。

⑦管道内施工设备布置不对称，构成一个固定方向的扭矩，使管道按某一方向扭转。

（2）预防措施。

①遇前端土层软硬不均匀，应采取多挖硬、少挖软的方法。

②顶进前应逐台调试千斤顶，应采用同种规格，并使液压泵到各千斤顶之间的距离相等、管径一致。

③在顶进过程中,要时刻留意偏差发展的趋势,以勤测、勤纠为原则,多进行小幅度纠偏和预见性纠偏,使偏差只在小幅度范围内波动、尽量避免大角度纠偏。

④工具管设置测力装置，以便测定平衡力的大小指导纠偏。

⑤管内设备布置重量要对称；主油缸安装要平稳，并且与管轴线平行；刀盘要经常变换方向；尽量采用小角度纠偏，其次是纠扭。可采用压重的办法纠扭，即管道单边压重，使管道相反扭转。

采用反向扭转方法，应注意轴线的控制，以免造成轴线偏差过大形成弯曲，给以后的施工造成困难。

5、钢筋混凝土管道接口渗漏

　（1）原因分析。

①管节和密封材料质量不符合技术标准或在运输、装卸、安装过程中管节被损坏。

②管道轴线偏差过大、造成接口错位、间隙不均匀、填充材料不密实。

③接口或止水装置选型不当。

（2）治理方法。

可采用环氧水泥砂浆或化学注浆的方法进行处理。

6、钢筋混凝土管节裂缝

　　管节纵向和环向有明显裂缝，造成管道渗水、漏水。

　（1）原因分析。

①管节质量不合格。

②顶进过程中顶力超过管节的承压强度，或轴线偏差过大，致使管节应力集中而损坏。

③运输、装卸、码放安装方法不当，造成管节损坏。

（2）治理方法。

认真分析裂缝产生的原因和性质，根据不同受力情况，分别采取不同的治理方法，处理后应能保证结构原有的承载能力和整体性。

7、顶管前端正面上体坍塌

顶管施工中实际出土量远远大于理论出土量，地面有明显塌陷。

　　（1）原因分析。

①前端土层性质发生变化，顶进量过小，没有起到防护和平衡的作用。

②敞开式顶进时挖土量过大，或封闭式顶进时推进力小于上体压力。

③遇有流砂情况。

（2）预防措施。

①顶进施工中应采取短开挖、勤顶进的方法，严禁超挖，并随时注意到土质的变化情况，以便采取相应措施防止坍塌。

②认真做好土体的降水工作。

三、结束语

　　以上根据工程实践，对泥水平衡法顶管施工常见的问题和防治措施谈谈自己一点肤浅的看法。随着顶管工程的普及，顶管施工技术和施工质量需要更一步得到提高。