长距离顶管施工中的问题与解决策略分析

长距离顶管施工中的问题与解决策略分析发表时间：2019-03-01T14:24:13.500Z 来源：《建筑细部》2018年第16期作者：陈福建[导读] 在长距离顶管施工阶段，由于环境、管径、顶进机械、施工技术等多方面因素的影响，在长距离顶管施工过程中极易出现一些风险故障。

中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州 450001摘要：在长距离顶管施工阶段，由于环境、管径、顶进机械、施工技术等多方面因素的影响，在长距离顶管施工过程中极易出现一些风险故障。

因此，本文以某工程为例，介绍了长距离顶管施工原理，阐述了长距离顶管基础施工方法，分析了长距离顶管施工中常见问题。

并提出了几点针对性解决措施，以期为长距离顶管施工效益提升提供有效的借鉴。

关键词：长距离；顶管；工作井前言：XX清水管道穿越XX江，管道施工采用顶管推进法，为长距离大口径顶管施工。

XX顶管顶进工程最高日设计流量为19*104m3/d，压力流输送管道设计压力为0.58MPa，采用外径为2018mm、1987mm，壁厚为25mm钢管，管道长度为890m。

管道中心标准高度为-8.8m~-24.8m。

工程东西两端以沉井为主要连接渠道，沉井制作高度为16.9m。

其中东侧沉井为顶管接收井，接收井内径为8.8m，外径为11.9m，井底标准高度为-30.8m，制作高度为32.56m。

本文对该工程顶管顶进施工问题及优化措施进行了简单的分析，具体如下：一、长距离顶管施工原理概述长距离顶管施工主要是在顶管驱动下，利用土压平衡顶管设备，对土层进行处理。

在土压平衡顶管设备应用过程中，工作井内油缸为主要动力设备。

其可对顶管设备提供较大的推进力。

通过顶管推进期间设备、土层阻力相关作用，可促使土层盘旋运动[1]。

随后利用土压平衡顶管设备中大刀片，可将盘旋土层卷出，以达到土体降压、控温的作用。

在这个基础上，利用机器将土层由地下传送至地上，可完成整体管道施工工序。

二、长距离顶管施工中的问题及原因2.1长距离顶管顶力不足长距离顶管顶力与其顶进长度成正相关。

由于管道强度的约束，顶管顶进长度并不能无限制增加。

这种情况下，普通长距离顶管施工过程中，就需要在管道尾部施加一定顶力。

由于管道强度对顶管顶力施加具有一定影响。

再加上土层阻力的限制，在长距离顶管施工过程中，极易出现长距离顶管顶力不足的情况。

2.2长距离顶管顶进方向失控顶管施工中管轴线多为直线、曲线形式。

在实际施工作业中，长距离顶管需沿规定管轴线走向进行顶进作业。

由于地下土层环境的复杂性，极易导致推力合力作用点高于或低于后座被动土层压力作用点，进而导致长距离顶管顶进方向失控问题发生。

而顶进方向失控问题的出现，不仅会影响管道正常构型，而且会增加顶管顶进压力。

甚至影响整体施工过程顺利进行。

2.3进洞口旋喷桩断桩2017年05月25日，在施工过程中，XX工程进洞口高压旋喷桩施工期间，由于电力短路，导致正在旋喷加固施工的6根钻杆长达9.8m 断裂在加固土体中。

断杆底部距离地面为28.6m，与工具头进洞口位置距离较近。

在初步处理之后，XX工程高压旋喷桩断桩位置出现了严重的涌水涌砂现象，随后进洞口地层出现了塌方情况。

2.4长距离顶管施工塌方塌方问题大多发生于地下水位高于标准限度土层，或软土地基位置。

塌方问题除进洞口旋喷桩断桩之外，还包括顶管工作坑后座可承受最大推力反作用力过大，顶管顶进力不均匀等因素。

塌方问题的出现，不仅会影响长距离顶管顶进方向控制效果，而且会破坏管道受力均衡性，最终危害地层上方建筑物稳定性。

三、长距离顶管基础施工方法3.1长距离顶管设计方法长距离顶管设计阶段，主要设计模块为施工单位选择、设备配置、施工风险预控等。

首先，在长距离施工施工单位选择模块，长距离顶管建设方可在设计前期，全面收集国内外相关行业顶管工程实例，分析我国现有施工企业工程经验。

结合区域地质勘察方案，汇总不同地层顶工艺技术适应能力。

优先选择实力较强的干线岩石顶管施工单位，或者擅长土顶管施工的单位。

如中交二航局、天津华水公司等[2]。

其次，设备是长距离顶管施工过程顺利开展的前提。

因此，相关建设方可依据施工质量要求，评估相关施工单位内部设备性能。

依据XX长距离顶管施工工程地质条件，可选择泥水平衡顶管机作为主要施工设备。

常用的泥水平衡顶管机主要为NSD系列、NPD系列、国产DBNP系列等。

在泥水平衡顶管机确定之后，依据具体地质条件及顶进水压，需选择合理的刀具布置形式及开口率。

应用频率较高的顶管机刀盘主要为挡板式刀盘、岩层切削刀盘、车轮式刀盘等。

其中挡板式刀盘切削刀盘前部大多处于闭合状态，对岩土层具有一定筛分作用。

适用于粒径较大的石块切削；岩层切削刀盘外部为圆锥性适用于粒径较大的岩层切削；车轮式刀盘前部切削断面多处于敞开状态，适用于土层压力稳定性较高，或者泥水平衡顶管设备。

铲刮式切削、刀盘旋转式切削为刀盘破损主要形式。

在实际刀盘切削方式选择过程中，相关人员可综合分析地层土层、强度等因素，选择合理的切削方式。

需要注意的是，若长距离顶管顶进地质复杂程度较高，为避免刀盘、刀具磨损对顶管顶进效率影响，需每间隔50-70m，更换一次刀具。

最后，从理论层面进行分析，长距离顶管施工方法具有普适性。

但是在实际长距离顶管施工阶段，由于中标价格、工期、地质勘察、设备性能、施工经验等多种因素的影响，在施工设计阶段并不能涵盖全部风险因素。

因此，在长距离顶管施工设计阶段，相关人员可预先设置风险识别机制，全面分析长距离顶管施工期间风险因素。

并制定具体风险防控措施，以降低不稳定风险因素对长距离顶管施工作业顺利开展的影响。

3.2长距离顶管施工方法一方面，在顶管施工阶段，依据竖井制作、竖井下沉要点，施工单位可依据设计、招标文件，合理配置顶管设备、刀具及具有二次破损功能的刀具气压仓。

另一方面，长距离顶管穿越阶段，水泥套管、介质管径直接影响了长距离顶管穿越效果。

因此，基于长距离顶管隧道水平偏差、垂直偏差数据，施工方可选择2.20m水泥套管内径、φ1219或φ1016规格的介质管。

随后将介质管安装在350m、总环空1.0m隧道内。

即在始发井内，依据由浅入深的原则，进行介质管逐层焊接。

同时为了避免介质管安装对防腐层的影响，可在钢管外设置支撑滚轮。

常用支撑滚轮主要为满天星状。

四、长距离顶管施工中优化策略4.1完善长距离顶管顶进方案为降低长距离顶管顶进压力不足问题出现概率，一方面，在XX顶管施工工程开展过程中，施工方可以实际穿越地层、设计制定勘测资料数据差异为核心，针对XX区域岩层面起伏变化大、岩性变化频率高的特点，明确列出补充地质土层勘测条目。

首先，依据顶管顶进机具作业要求，对岩性、岩层深度、岩层硬度等设计给定资料数据进行重复测量。

以避免顶管设备无法破碎硬岩层导致的顶管顶进方向失控问题。

其次，长距离顶管施工方可在缩短钻孔间距、钻孔与轴线间距的基础上，综合考虑刀具形式、硬度，优化刀具组合。

提高长距离顶管刀具切进余量，避免地质土层勘测误差对长距离顶管顶进方向的不利影响[3]。

最后，在长距离顶管施工设计阶段，可增设“施工勘察”造价成本。

对中标前对穿越关键点、竖井等模块进行重复勘探。

以此为依据，预先调整竖井施工方案、顶管顶进设备结构管理体系，保证长距离顶管沿预定线路进行。

另一方面，在顶管顶进施工阶段，相关施工人员应实时观测顶进阶段地表变形程度、土体位移情况。

结合现有施工规范，预先制定顶进承压管理措施。

同时采用专门的鼓风设备，控制顶管工作井内空气流通频率，避免气体泄漏导致的顶管顶进力不足问题。

4.2加强地质土层勘察及顶进纠偏地质土层勘察分析可以帮助施工方全面了解地质土层情况，避免复杂土层情况导致的长距离顶管顶进方向失控情况。

一方面，在顶管穿越上部土体较硬、下部土体较软地质时，施工人员可采取向上纠偏措施。

即在保证泥水仓泥浆压力的前提下，增加推进力。

调低顶管顶进速度，从而避免前顶管轴线偏折对正面上部土地切削效力的影响。

同时以管道中心线为重点，在工作井上层地面设置地下测量控制系统。

以视线清晰、方便校核为原则，每点增设三个或三个以上校核攀线装置。

结合地面水准点临时设置及激光经纬仪的应用，可保证顶管顶进线路精确度。

另一方面，若施工方对建设方提供地址资料存在困惑，可依据关键施工环节，主动与设计单位协调，要求设计单位就当前设计需求进行重新勘察。

同时在地质土层勘测分包阶段，应摒弃以往以低价中标为原则的管理模式。

而是优先选择信誉度高、勘察经验丰富、责任心强的企业或团队。

在这个基础上，委派内部技术成员对整体地质土层勘探过程进行跟踪管理，严格避免不良勘察行为的出现[4]。

依据建立勘察结果，长距离顶管施工方可进一步优化前期顶管施工体系。

即将施工地质条件限定、穿越地段施工设备要求、工期及费用预算、顶管总长度限定等纳入顶管顶进设计方案中。

其中在施工地质条件限定模块，需要将顶管限定在第四系地层，或者软岩地层中；而在顶管顶进阶段穿越地段施工设备要求设计模块，需要以穿越难度较大地段为主要设计地段；在工期及费用预算需要对具体顶管模式进行合理计算；在顶管总长度限定主要是在原设计总长度的基础上，增设穿越卵石长度、硬质岩层长度数据。

4.3优化长距离顶管旋喷桩断杆处理技术体系一方面，在顶管穿越中偏低压缩性密实土层时，施工人员可分别采用XY-2-320型钻机、XYB50-46II型液压浆泵设备，对长距离顶管旋喷桩进洞口位置进行压密注浆处理。

同时考虑到XX顶管顶进工程施工工期较紧的情况，可在水泥将内掺加适量的早强剂。

以三乙醇胺为例，每1kg水泥量可添加0.006%三乙醇胺。

结合25根注浆孔的合理设置，可有效提高顶管穿越阶段旋喷桩抗压强度。

在这个基础上，为避免注浆加固土体养护时间短对高压旋喷桩强度的不利影响，长距离顶管顶进施工管理人员可委派潜水员进入水面下方，密封设置钢环板。

同时在水下进洞口外设置两个28.9m深的注浆孔，结合1.89t水玻璃设置，可有效提升后抽水洞口堵漏效果。

另一方面，若长距离顶管施工期间，顶管进洞口位置高压旋喷桩已断裂，则施工人员可在进洞口位置，沿四角各点，钻设深度为28.9m、直径为780.9m的孔洞。

在孔洞钻设完毕后，利用土方侧压力驱使断裂位置进入孔洞位置。

同时为保证井外壁安全稳定性，施工人员可在断裂位置进入孔洞后，向孔洞内回填黏土。

并采用桩径为φ900mm三重管高压旋喷桩进行密实处理。

此外，建设方可聘请具有一定资质的单位，从勘察工作量、勘察质量等模块，实施监督地质勘察过程，保证地质勘察数据精确性[5]。

同时以提升土层顶进工效为核心，从TBM隧道掘进适应性、钻孔布置间距、钻孔与穿越轴线距离、土层防水支撑等方面，逐步完善施工管理体系，保证后期顶管顶进施工过程顺利进行。

4.4加大长距离顶管施工管理力度首先，在施工单位中标后，长距离顶管施工方可依据地质条件、水文条件勘察数据，进行顶管机类型及刀具配置参数的选择。