顶管施工故障处理的技术分析

摘 要： 顶管施工技术近年来在我国发展迅猛，特别是在城市管道工程中较常见。市政工程中采用顶管施工可以将作业面移入地下，从而避免了对地面交通的影响。顶管施工时碰到塌方是顶管施工时比较棘手的问题，本文对砼管顶进过程中发生塌方进行了技术分析和处理方法的介绍。

关键词： 顶管； 清障； 纠偏

中图分类号： TU998 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）01-0056-02

一、前言

随着城市建设的大规模发展，人们对生活环境的质量提出更高的要求，非开挖敷设管道技术在近年得到广泛的应用。由于它不需要开挖面层，能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道。节省大量投资和时间。这项技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。

二、顶管工艺原理

顶管施工，就是按照管道设计位置和坡度，先挖一个操作坑，在操作坑底部修筑基础，坑四周修筑后背墙及护墙。在基础上安装导轨，砼套管安放在导轨上顶进，顶进前先在套管前端按套管大小、形状在土层中挖一个水平坑道，然后用千斤顶将套管顶入坑道，挖一段，顶一段，如此往复，直到穿过公路。设备安装就位后，吊装套管、安装顶环，利用液压千斤顶顶推套管，每顶进一定行程，退回顶缸，操作人员进入套管内人工凿挖土方，将挖出的土方运出，然后加入顶铁或套管继续顶进,循环作业，直至套管顶至对面接收坑。

三、施工故障

但在某些顶管施工过程中，在顶到第6～7根（2米/根）砼管时，发生大面积塌方，导致顶管无法继续，最终以失败告终。这其中不乏客观因素，如土质不均，路基下的原有管道、标高与其他管道冲突，施工期间公路仍在通车、震动较大等等，但从技术角度分析，还可能存在以下问题，现简要分析如下：

1.顶管设备安装方面

(1)设备下坑前，已挖好的操作坑坑基测量找平精确度不够，或者找平坡度与设计不符，导致砼套管与路面距离偏小，土壤抗震性能差而引起塌方。

(2)后靠背挡板或推进轨道的导轨面，测量校正时误差超出要求，导致砼套管与路面距离偏小，土壤抗震性能差而引起塌方。

(3)千斤顶着力点被顶管端面上的部位是离管底1/3管径处，千斤顶下面搭台高度误差超出要求，导致砼套管受力不均顶进方向产生偏移，每根砼套管偏移方向不一致，顶力合力作用点与管中线不一致或与套管阻力合力作用点不一致，造成中线左右上下偏差。

(4)导轨安装有较大误差。

(5)因原设计中此处管道坡度较大，施工时又是从高处往低处顶管，若千斤顶下面搭台高度偏高，砼套管坡度就会偏大，管顶覆土过深，土的阻力太大而无法顶进。

2.顶管施工方法

(1)千斤顶顶进一个冲程后，千斤顶复位，在横铁和环形顶铁间安装的顶铁平直度误差超出要求，导致顶进偏心。

(2)在整个顶进操作中没有保持连续作业，停顿时间过长使得千斤顶或后背发生倾斜，造成中线左右偏离。

(3)因管顶覆土较厚，填充管内侧两管节对口的地方时，没有用钢涨圈支撑牢固，或者填充不均匀，在顶进中受力产生错口，无法保证顶进过程中高程和方向的准确性。

（4）人工凿挖操作时，只顾追求施工进度，工作面向前挖的过长。

（5）开挖时管底没有进行平整，无法保证套管壁与管底地表面吻合。

（6）开挖的土石方没有及时外运，阻碍套管顶进。

（7）在前方挖土时，管底超挖而使管头下倾。

3.其他

（1）顶管的端面或后背墙上下部位的土壤承载力相差较大。

（2）顶铁制造质量差，如：两端不平行、不平整，或顶铁刚度不够，受力后，顶铁变形。

三、处理方案

1.顶管高程控制

顶管偏差高程控制在+1cm、-2cm，中心控制在左右3cm。可在顶坑中悬空固定水准仪，在顶管首端设立十字架。每次测量时，若十字架在管端的相对位置不变，水准仪的高程亦固定不变，只要量出十字架交点偏差的垂直距离，就可以读出顶管的高程偏差。若水准仪从坑外引进绝对高程，那么顶进管段各点高程也可推测出来。顶管时的方位偏差，可在坑上面引出中线，在中线方位的两点向坑内吊设两根垂球线，若管首两端通过中心点的垂球线与上两垂球线在一条线上，则顶管方位是准确的，否则存在偏差。

顶管施工出现的以上问题，在顶管过程中必须随时解决。顶管偏差是逐渐积累起来的，也只有逐渐校正过来，偏差过大校正就很困难，因而在顶管工程中应勤校测，发现偏差及时校正。

2.测量放线与纠偏

（1）测量与放线：根据监理单位审核批准的桩点施测污水管线的中心线和高程桩。根据中线控制桩用经纬仪将顶管中线桩分别测设在顶管工作坑的前后，使前后两桩互相通视，并与管线在同一条线上。

顶管工作坑内的水准点由坑上一次引测，经过校核，误差不得大于±5mm。每座顶管坑内设2个水准点。

（2）顶管测量与纠偏：在顶第一节管时，以及在校正偏差过程中，测量间距不应超过30cm，以保证管道入土的位置正确；管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不宜超过100cm。

高程测量：用水准仪及特制高程尺，根据工作坑内设置的水准点，测头一节管前端与后端的管内底高程，以掌握头一节管子的走向，测量后应与工作坑内另一个水准点闭合。

每班工作要做好顶管记录和交接班记录，全段顶完后，应在每个管节接口处测量其中心位置与高程，有错口时应测出其错口的高差。

顶管误差校正逐步进行。形成误差后不可立即将已顶好的管子校正到位，应缓慢进行，使管子逐渐复位，切忌猛纠硬调，以防产生相反的结果。纠偏过程中应加强测量密度，每10-20cm测量一次，根据实际情况采取有针对性的纠偏方式。

3.其他偏差校正方法

（1）挖土校正法

在管子偏向设计中心的一侧适当超挖，而在另一侧不超挖或少量留坎，使管子在继续顶进中逐渐回到设计位置，校正中不得猛纠硬调以产生相反结果，当管前土方被切削形成一定的土洞空隙时，利用顶力设备在顶进过程中得到校正。当偏差10-20mm时，可采用此法校正。

（2）顶木校正法

当偏差大于20mm或者用挖土法校正无效时，可用圆木或方木一端顶在管子偏离设计中心的一侧管壁上，另一端支撑在垫有钢板或木板的管前土壤上，支架稳固后顶进千斤顶，利用顶进时顶斜木支管子所产生的分力，使管子得到校正。

（3）千斤顶校正法

这种校正法的原理基本上等同于顶木校正法，即用小千斤顶接一短顶木，利用小千斤顶的顶力使管位得到校正。

（4）加垫块校正法

在顶管末端与顶铁间的适当位置上垫一块相应厚度的楔形铜板，使顶铁与套管间形成一角度，顶进时可使被顶管得到纠正。

顶进管长度的确定方法：主要按穿越障碍物的长度而定。在长距离顶管时，顶进管段长度应尽量放长，以减少开挖操作坑的数量。其长度主要根据顶管所需要的顶力以及后背，管口可能承受的顶力并结合地面开挖工作坑的条件及管道节点间距等合理确定。在需要加长顶进管段长度时，可采取以下几种措施：

①加固后背墙，加强管口环形顶铁，以增加其承受顶力能力。

②使用剂（如触变泥浆），以减少管壁与土壤的摩擦。

③采用中继间的技术措施。

四、小结

顶管施工最突出的特点就是适应性问题。针对不同的地质情况、施工条件和设计要求，选用与之适应的顶管施工方式，如何正确地选择顶管机和配套辅助设备，对于顶管施工来说将是非常关键的。

随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加。加之人们对环境保护意识的增强顶管技术将在我国地下管线的施工中起到越来越重要的地位和作用。非开挖技术的发展必将向规模化、规范化、国际化的方向发展。