顶管施工技术及常见问题分析

顶管施工技术及常见问题分析

【摘要】本人结合汕头地区顶管设计与施工的工作经历，简要介绍了顶管施工的特点及工艺，并对顶管施工中遇到的常见问题进行了分析，提出了防治措施。

【关键词】顶管施工常见问题原因防治措施

随着城市建设步伐越来越快，现状的排水管网由于管径小，埋深浅，已渐渐不能满足城市快速发展的要求，许多城市需要对原有排水系统进行改造。为确保既有道路的畅通和道路两侧既有房屋、电力线及供水管道等设施的安全，污水干管常采用顶进法进行施工。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。汕头市北轴污水处理厂厂外收集系统工程、汕头市南区污水处理厂濠江分厂厂外收集系统一期工程、汕头市澄海区城区截污管网首期工程等项目中均采用了顶管施工，取得了良好的经济效益和社

会效益。

1 顶管施工特点

与大开挖施工相比，顶管施工有如下特点：

（1）顶管施工时不用封路施工，只需在工作井与接受井处设置局部围护，顶进过程中路上交通照常通行。

（2）道路开挖、回填和路面修复面积少，能有效的降低工程总造价。

（3）顶管操作均在工作井或接收井内完成，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）现在大部分采用的均为平衡类顶管机，全自动摇控，不需工人在管道内工作，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）可以在不同的工作井内同时进行顶管作业，相互不干扰，能够有有效的进行工期控制。

2 顶管施工工艺

顶管施工就是借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间。

目前，顶管机可分为敞开类和平衡类两种。由于汕头地区地处沿海，浅层为深达10几米厚的淤泥，土质软弱，岩土条件较差，较流行采用泥水平衡式顶管施工工艺。

所谓泥水平衡理论就是以含有一定量粘土的且具有一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水舱，并对它施加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力的一种顶管施工理论。其施工原理为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。

3 顶管施工中的常见问题及防治措施

3.1 管位偏差较大

管位偏差是指管道顶进轴线与设计轴线偏差过大。

（1）原因分析

由于工作井位与设计井位发生较大偏差；由于测量或平移中心桩过程中发生误差；由于测量仪器误差过大；由于地层正面阻力不均匀，使工具管受力不均匀，形成导向偏差；由于顶管后背发生位移或不平整，使顶力合力线偏移；由于千斤顶不同步，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）防治措施

严格执行测量放样制度，顶进过程中，遵循“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则，控制顶管机前进方向和姿态；测量仪器必须保持完好，必须定期进行计量校核，在使用过程中，防止仪器被人或其它东西碰到而移动；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；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。

3.2 后靠背严重变形、位移或损坏

这种现象表现为后靠背被主顶油缸顶得严重变形或损坏，已无法承受主顶油缸的推力；后靠背被顶得与工作井一起产生位移。

（1）原因分析

施工顶力超过设计允许最大顶力，致使后靠背强度、刚度、稳定性不足而破坏；工作井周围土质与地勘报告不符，导致施工顶力在没有超过设计允许最大顶力的前提下，工作井后靠背土体发生被动破坏，致使工作井整体失稳。

（2）防治措施

采用刚度好的钢结构构件做后靠背；后靠背后面的洞口要采用刚度好的钢板或工字钢叠成“墙”垫住洞口或管口；后座墙后的土体采用注浆等措施加固，或或者在其地面上压上钢锭，增加地面荷载；用钢筋混凝土浇筑整体性好的后座墙。

3.3 出洞时顶管机下沉

这种现象表现为顶管机在出洞以后就发生下沉，偏离了设计管位，如果不采取措施，会使顶管机越顶越低，直到无法控制而使顶管失败。

（1）原因分析

土质软弱，承载力低；顶管机在运转过程中产生的振动使土体液化从而承载力减弱。

（2）防治措施

采用水泥搅拌桩或注浆对土体进行加固，以提高土体的承载力；把导轨延伸至洞口内去，即在洞口内安装一副延伸轨道，或者用混凝土在洞口内做一个托，用来托住下沉的顶管机；在顶管机尚未完全入土时就安装后续的管节，同时把后续管与顶管机尾部联结在一起，这样一直联2~3节管子，用后续管子挑起顶管机；也可以把导轨的标高适当提高一些，以弥补顶管机下沉所造成的误差。

3.4 地表隆起与沉降

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏。

4 结束语

以上是本人结合汕头地区顶管设计与施工的工作经历，简要介绍了顶管施工的特点及工艺，并对顶管施工中遇到的常见问题进行了粗浅的分析。相信随着顶管理论的不断完善，随着顶管的不断普及，顶管施工技术和施工质量会得到进一步的改善。