浅论曲线顶管施工技术

摘要：由于我们国家城市基础设施越来越完善，在城市的建成区直线顶管的时候，一般都会产生有的障碍物根本就无法避让或者是为了避让障碍物，然而不得不增设顶管井，有的甚至是在地下对接的时候出现这类的问题。在此基础之上，曲线顶管技术就得到了很好的发展。本文主要就是针对曲线顶管施工技术来进行分析。

关键词：曲线顶管；轴线控制与纠偏；施工技术

中图分类号： TU74文献标识码： A

引言

在顶管的设计和施工的过程之中，由于原来的地下各类管道拥挤、地面建筑物的环境保护要求以及地质条件的差异等等的原因，顶管路线总是会被迫定为曲线。在这样的情况之下，采用的是盾构机械或者是顶管设施就会使得管节的中心线充分的按照设计的弧线前进的施工技术，称之为曲线顶管技术。是目前应用较多的管道敷设方法，而曲线顶管是顶管工程的前沿技术，解决了直线顶管在基础设施日益完善的城市为了避让障碍物而不得不增设顶管井或甚至在地下对接的问题，大大优化了施工方案。

1、顶管现场平面布置

1.1、顶管工作井来合理的安排龙门吊来负责顶铁吊运以及钢管和地面、井内的吊装工作，在现场之内来设一个临时的堆场，供钢管、周转材料以及其他的半成品等等的堆放，顶管现场会考虑到一定钢管的贮存量。

工作井围蔽之内布置泥浆房、空压机房、水泵房以及试验室、修理间、工具间等等。中央控制、通讯以及自动控制台都在顶进控制室之内。

1.2、工作井内布置

在工作井之内沿着顶管轴线方向在一个临时的后座墙上来安装一个装刚性的后座，环形顶铁、刚性顶铁、导轨以及主顶千斤顶等等顶进设备。工作井边侧的设置之下井扶梯一座供施工人员来上下。管内供电以及工作井之内电力配电箱都位于一个工作井之内。管内的测量起始于平台安装在主顶千斤顶之间的轴线之上，独立和混凝土的底板会互相的连接，并且还得与千斤顶支架进行分离，从而就可以确保顶进的时候测量平台的稳定。

沿着井壁依次的进行安装1.5寸供气管线、供电、4寸供水与出泥管、1.5寸压浆管。井内二侧工作平台来布置顶铁、后座主顶油泵车、泥水旁通装置、电焊机以及配电箱。管内照明采用的是24V低压的照明灯，在每8m的地方就得布置1只。工作井内照明采用高压的水银灯。在其施工的期间在工作井之内以及管道之内应该得配置足够的排水设备，来保障雨季汛期的管道安全。

2、曲线顶管测量技术

测量对曲线顶管的轴线控制是至关重要的。由于在曲线顶管的管内，测量仪器不能与机头通视，而且在顶进的过程之中，整体管道都是处在无规则动态，还会发生旋转的情况。因此我们采用的是人工地下导线测量的方法，在测量的时候，顶管务必得立即停止，在二次测量之间，操作人员虽然没有及时的了解到机头的姿态并进行纠偏，但是还可以充分的满足曲线顶管施工的各项要求。然而采用自动引导测量系统就会显得更加的方便。

该系统是由顶管工作井下一台固定在仪器墩之上的自动全站仪〔T1〕以及固定在井壁之上的二个后视点(PL和PR)所组成的顶管贯通到测量地下导线起始的基准点，按照其连续导线的形式随着顶管顶进的线形与长度，在管道之内固定安置若干台棱镜和自动全站仪(T2、T3)。

由于距离机头最近的全站仪最后测量是固定安置机头之内的棱镜P1、P2的坐标，然后再进行归算，最后求得当前机头位置中心P0的坐标(X、Y、Z)。所有全站仪都和安装在机头之内的工业计算机(IPC)是通过专用双向通讯电缆来进行连接。使得每一台全站仪的测量都按照由IPC机，然后再到IPC机来进行一个数据的处理，还得和设计图的管道中心轴线来及进行比较，在计算机的屏幕之上显示出来机头中心的当前位置，10m内的机头中心轨迹线、机头旋转角、上下偏差以及左右偏差，当前机头位置的测量的时间以及里程。在每测得一次机头的坐标，图形就会刷新一次，机头当前位置图的字体颜色就会改变一次，从而显示出来一个新的值。三台全站仪，每刷新一次其测量的时间大约为4分钟。系统就会周而复始重新来开始进行测量，从而来实现了机头的跟踪测量，真正的做到“随测随纠”，这样就可以在最大程度上来有效地保障顶管的质量并还得大大的提高整体的施工进度，其效果也是非常的明显。

3、轨迹控制与纠偏技术

在顶管施工过程中，随着管节在不断的顶进，顶管轴线也在变化，会使得和设计的轴线产生偏差的情况，所以我们务必得采取纠偏的措施，从而就可以减小其设计的轴线与顶进轴线之间的偏差值，使其可以在最大程度上趋于一致。顶进的轴线在发生偏差的时候，我们可以通过调节纠偏千斤顶的伸缩量，使得其偏差值逐渐的减少并回到所设计的轴线位置。为了正确地导入控制，在出现任何偏差的现象之下，均不允许方向有急剧化地变化。在方向发生过急的情况之下，因其管端的局部根本就无法控制或是集中荷载的强制力，管子本身就会产生一个较为严重的损坏，这一点并不是针对顶管线路最前面的几节管子来说的，对所有的管子其情况是一样的。所以就，务必得在纠偏的时候取一种中间的状态，并且为避免机头后面的管道向设计曲线外侧滑移，纠偏控制应遵循内包络线原则，即实际轨迹在设计曲线的内侧运动。与预定的线路之间偏差越小，所许的控制运动也越小，每次控制的导入必须及时且适中，否则会降低推顶效率及引起地面沉降。管道在进入曲线段的时候，管段之间的顶力传递面是靠向曲线的内侧，因此中继环进入曲线段之后顶力要及时的调正，使得其他管段的传力和中继环的顶力合力中心是一致的。其调正的办法就是曲线外侧的中继油缸要完全的封住，也就是部份油缸不得使用。再就是将停用油缸的数量可以通过其来进行计算。其最为简单的方法就是观测中继环转角有没有变化。转角就会出现增加的现象，其表示的就是要增加停用的油缸，合力的中心还得要靠向曲线的内侧；转角假如减小，其表示的就是停用的油缸太多了，得及时的减少；只有当转角不增不减的是偶，或者是变化不大的时候，我们就可以认为调正是非常的正确。

4、触变泥浆压注工艺

在顶管的过程之中，我们设想在土层和管外壁之间所形成一个完整的环状触变泥浆套，这样一来，土层就不是直接的和管子进行接触。整个管道是飘浮在泥浆套之中的。其结果必然会导致顶进的阻力就会大大的缩小。这样一来我们就可以看出来，注浆工艺对顶管施工，尤其是曲线的顶管施工非常的重要。实际的施工表明了，在一个良好的浆套情况之下，对地表变形的影响和直线顶管以及曲线顶管的顶力是极为相似的，也就是说并没有因为曲线而使得地表隆沉量增大以及顶力增加。

4.1、泥浆的组成与配方

触变泥浆是由水、纯碱、CMC以及膨润土按照一定的比例配方而成的。其中不同的土质，我们应该采用的是不同的配方，才可以充分的满足其不同的需要。膨润土是触变泥浆的关键材料，依据其中的相关资料，作为顶管施工用的膨润土应该选用钠基膨润土，由其拌制而成的浆液，在触变之后的流动性以及静止下来的固化性、胶凝性均比钙基膨润土拌制的浆液要好很多，对土层的与支承的效果好。

4.2、压浆工艺

(1)同步跟踪注浆

因其顶距是比较长的，因此地面泥浆站配制好的触变泥浆，在经过液压注浆泵增压之后，再进入到输浆的总管，将浆液压送到机头尾部的储浆箱之内。再由一台螺杆泵向机尾同步的进行压浆，来充分的确保当掘进机向前的时候，在其后形成的环形空隙就会立即的被泥浆所充填，从而也就形成了一个完整的泥浆环套。

(2)补压浆

管节在顶进过程中，由于有部分浆液流失到土层中去，因此必须利用砼管节上的压浆孔进行补压浆。一般在一节管节顶进结束后，就应进行补压浆。而且还要视每段顶进的阻力情况，随机采取分段补压浆。

(3)洞口处的压浆

顶管工作井制作时，应在预留孔处预埋三至四根注浆孔管，以便在顶管过程中能在井内向洞口环形空隙内压浆。洞口处压浆可以避免管道入土后即被土体握裹的危险。

(4)压浆量与注浆压力

压浆量原则上控制在同步跟踪压浆量为管节外理论空隙体积的3-4倍左右，补压浆量一般为管节外理论空隙体积的2倍左右。

注浆压力值通常是取得了1.0～1.2rH。

(5)曲线段的注浆方法

由于在曲线段的外侧存在法向分力的作用，对土体扰动和摩阻力都会增大，所以当掘进机进入曲线段时，我们增加了对曲线外侧的注浆量，以便形成完整泥浆套。

5、地面沉降控制技术

在顶管推进过程中，引起地层移动的主要因素有：掘进机后面管道外周因注浆填充引起的土体变化、顶管掘进机开挖面引起的土体变化、管道接缝及中继间接缝中泥水流失而引起的地层变化、掘进机纠偏引起的土体变化、管道在顶进中与地层摩擦而引起的地层变化。这些因素引起的地层变化导致土体向开挖面及管道外周移动，从而引起地面沉降。

在对顶进路线设计时，为减小曲线顶管对地面的影响，宜将曲线段设置在顶进方向的末端，即靠近接收井一端，其起始直线段应尽可能长，减少曲线段管节对土体产生扰动。

6、穿越部位浆置换加固

在顶管结束后需用水泥浆液通过注浆孔压入土体内，起到对浆进行置换和对管道周边土体进行加固，以达到对原污水管及其他管段起到更好的保护。

7、曲线顶进过程中的防水措施

在曲线顶管顶进过程中，由于曲线顶管管段受力不均，如受力部位混凝土管恰有质量问题，向下有可能会发生管段破裂情况，从而引起地下水倒灌，为防止地下水倒灌淹没机头，一般计划在顶进线路中均匀设置3-5道坝以减缓水流流速，坝由沙石袋堆砌而成，同时在各坝前安装水泵，预设专用排水管，由专人监控管段漏水情况，发现漏水情况立即启动水泵抽水。

结束语

随着社会的发展，人们环保意识不断加强，城市的规划越来越严格，城市污水处理量越大，需要建设的污水管道不断增加。过去，人们受施工现场条件控制，很多时候很难开挖,或无法穿过河道等困难，污水管道敷设处处受制。随着顶管法的日渐成熟，以上问题可迎刃而解，污水管道的布置可以越来越灵活，可极大满足人们对污水处理的要求。

参考文献

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