顶管施工中常用的纠偏方法的论述

摘要：顶管施工技术，施工时常出现抬头、扎头或方向偏差等问题，为了防止过大的方向及高程误差，除应加强观测、认真预防外，还必须及时纠偏。

关键词：管道顶进　纠偏　高程

中图分类号：TU7　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)005-005-02

我国采用顶管施工技术，至今已有40多年的历史。由于这种施工工艺不仅穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物有特殊的实用意义，而且对埋设较深、处于城市闹市区的地下管道施工具有显著的经济效益和社会效益，从而被广泛推广应用到整条管道的施工上。但是施工时常出现抬头、扎头或方向偏差等问题，为了防止过大的方向及高程误差，除应加强观测、认真预防外，还必须及时纠偏。本文就常用的纠偏方法进行论述。

1.　施工工艺

首先在顶进管两端设立工作坑，在工作坑中修筑后背墙体，安装千斤顶、导轨等设施。然后将带有工具管的首节管缓缓吊入工作坑底部的导轨上，当管高程、中心位置调整准确后，开启千斤顶使工具管的刃角切入土层，此时工人可进入工作面挖掘刃角切入土层的泥土，并随时将弃土通过运土设备从顶进坑吊运出地面。当完成这一过程后，再次开启千斤顶，则被顶进的管道即可缓缓向前进，顶管工艺流程图如下：施工准备开挖工作坑(筹备顶进设备、设置排水及防水系统)修筑工作坑及加固后背墙安装顶进设备管道就位设备调试(通讯联络、安全检查)顶进(观测、挖土及运土)结束。

2.　顶进施工偏差的原因分析

顶进施工出现偏差要反映在上下偏差及水平偏差上，产生偏差的原因主要有：

(1)对于一台千斤顶来说，其作用点不在管道中心的垂线上(千斤顶高度过高或过低)，对于多台千斤顶来说，其合力作用点不在管道中心的垂线上，或者合力作用点的高程位置过大或过小。

(2)导轨安装存在偏差，其轴线位置、顶面高程、两轨间距的安装不符合要求，或者其坡高与管道设计坡高不一致。

(3)(对于手掘式工具管施工工艺)工具节紧紧的套在管道上，工具节在安装过程中，其切土方向和管道前进方向存在一定的夹角，这样一来，在顶进过程中，管道一直朝切土多的那一方向移动，造成偏差。

在顶进过程中，地质较为复杂，遇到软弱土时没有采取适当的措施，造成施工偏差。

3.　顶进施工常用的纠偏方法

3.1　挖土校正法

这里采用在不同部位增减挖土量的办法，以达到校正的目的，校正误差范围一般不要大于10～20mm，该方法多用于粘土或地下水位以上砾土中。

3.2　强制校正法

当偏差大于20mm时，用挖土方法已不能校正，可用圆木或方木顶在管子偏离中心的一侧管壁上，另一端装在垫有钢板或木板的管前土壤上，支架稳固后，利用千斤顶给管子施力，使得管子得到校正。

3.3　衬垫校正法

对淤泥、流砂的地下管子，因其地基承载力弱，常出现管子低头现象，这时在管低或管子一侧加木楔，使管子沿着正确的方向顶进。正确的方法是将木楔作成光面或包一层铁皮，稍有些斜坡，使之慢慢恢复原状。

3.4　调整顶力位置法

对于偏差较小的情况，可以调整千斤顶合力位置来纠偏。如果管道在顶进的过程中出现“抬头”现象，可以提高合力作用点位置，如果管道偏离轴线位置，可将千斤顶向同一方向移动。

4.　顶进纠偏过程中的受力分析

管道在顶进过程中的受力进行简化，根据力的平移定理，将力F、F1、F2平移至管道中心点，其简图如下：

其中：F是千斤顶所施加的顶力的合力；

F1、F2是主体对管道所产生的磨擦阻力的等效合力；

N1、N2分别为管道顶部土体对管道所产生的压力、管道底部土体的支持力；

G为管道的自重；

M为力F对管道产生的力距；M=F*(0.5*D-h)；

M1、M2分别为F1、F2对管道产生的力距；M1=F1×0.5×D；M2=F2×0.5×D；

在顶进过程中，必须满足以下平衡方程：M2=M1+M；N2=G+N1；F=F1+F2

(1)当F

此时，应增加千斤顶的作用力，使管道向前移动，但是该力有一个极限值，也即为砼管道的最大允许应力(该力可简化为砼的极限抗压强度与接触面积的积，F=6S)当千斤顶的作用力接近砼的最大允许压力时，就应该采取相应的措施，否则将会把管道压碎，如采用中继间顶进法，滑润减阻措施等。

(2)当M2>M1+M，管道将会出现扎头现象，此时可以降底千斤顶合力作用点的位置，即减小h值来达到阻止“扎头”的目的，或者采取衬垫法；支托法；支顶法等。否则就应提高千斤顶合力作用点，以达到力矩平衡。

(3)当N2

5.　顶管施工中的注意事项

(1)在顶进过程中，时刻要考虑到千斤顶的允许顶力、砼管道的最大抗压值以及后背墙体的最大允许拉力，只要有一个值不满足要求，均会造成施工事故。因此在顶进之前，以上三个数值均要牢记在心，当实际顶力接近上述三个力的最小值时，就应该采用相应的措施。

(2)在纠偏过程中要注意观察、测量工作应频繁进行，以便较快的发现管道的偏移。必须在顶进过程中纠偏，必须要用小角度逐渐纠偏，经终要保证其偏移量受控，否则容易造成管道脱口。

6.　工程实例

汉中市城市防水处理厂厂外管网工程，总长1.6KM在管线上有些部位需要穿过民用住宅，部分地段采用了顶管，管径1.8米，每节管道长度2米。采用一个400T的千斤顶，千斤顶行程为500mm首节管道制作成环形，用4个半圆形顶铁，每个顶铁长度500mm，在顶进5m时出现“扎头”现象，顶进40m时，发生了管道“脱口”现象，主要原因为：

(1)顶力合力作用点位置发生改变，千斤顶合力作用点一般为管子总高的1／4～1／5，该工程取值为40cm，偏移时我们检查发现其提高了3cm。

(2)顶进40m时，由于土体的摩擦阻力不均匀，导致管道发生偏移，采用强制纠偏法，外偏力度过大，而造成“脱口”

7.　结论

管道在顶进过程中，始终要牢记四勤：即勤顶、勤挖、勤测、勤纠：应小纠，禁止大纠。

参考文献：

[1]《给水排水管道工程施工及验收规范实施手册》[S].