综合管网工程顶管施工出现的问题及解决措施

刘友杰

泉州市泉港石化工业区建设发展有限公司

1 引言

作为一种地下管道施工常用的方法，顶管施工不用开挖面层，而且还能够高效穿越河川、道路、地面建筑物以及各种地下管线，它是在继盾构施工之后逐渐发展起来的，这种施工方法集降低环境污染程度、稳定土层、降低施工成本以及缓解道路等多项优点于一体，目前顶管施工已经被应用在了天然气石油管道、通讯电缆以及地下排水管道等项目之中。其施工原理为，通过管道间、中继间以及主顶油缸的推力，把掘进机或者是工具管穿过土层推到接收井内并将其吊起，或者是将掘进机后的管道或者是紧随工具管埋设在良井之间，以完成非开挖施工。

2 工程概况

泉港区北部城区市政管道一和综合管网项目仑埔路二期综合管网工程位于泉港石化工业区南山片区。为满足泉港区石化园区远期工业给水管的建设需求，满足泉港石化园区天佑能源等北线排洪渠沿线近远期进驻的工业企业生产用水需求，进行本次仑埔路二期工业给水管道工程设计，设计范围起于南山水厂二级泵站，终于仑铺路与桥溪路路口。本工程工业给水管，全程布置一根DN1200工业给水管道。管材采用聚乙烯管，过河渠段及顶管段采用焊接钢管。施工方法：采用开槽明挖施工方法，局部过河渠采用架设管线桥方法。

本项目管道总长约为766m。开挖段长度为692m，顶管段管道长度为74m。由于施工场地较小，且工期紧，在施工过程中又极有可能受到地下障碍物等因素的影响，所以拟定用人机配合的方式完成本工程的顶管工程。顶管工程的管材主要采用的是DN1200 焊接钢管，总长74m，管埋深度为5.15m，管顶覆土高达3.7m。

3 顶管施工工艺及方案

顶管工艺的施工流程：工作井施工、安装设备、将管吊装就位、准备施工、土方掘进、测量工程及纠偏、外运废泥、开机顶进。

顶管施工示意图如图1所示，工作井内需要沿着顶管的轴线在临时准备的后座墙上装上刚性后座、刚性顶铁、主顶千斤顶以及导轨等顶进设备。此外，还应在工作井边侧部位安放能够使施工人员上下所用的下井扶梯二座。需要在逐点千斤顶之间的轴线上安装好管内测量起始平台，并与千斤顶的支架相分离，这样能够有效保证顶进过程当中测量平台的稳定性。之后还需要再沿工作井井壁安装好二寸压浆管，四寸供水以及供电管线等设备。同时，还需要在井内二测工作平台上安装电焊机、并且对方以及后坐竹顶油泵车等。

如图2所示，压浆管、通风管以及排泥管等管口分别安装在钢管左右偏下位置，在馆内所选用的照明灯需要设定为24V 的低压，每隔8m 布置一个照明灯。并且在施工阶段内，管道和工作井内排水设备应足量。

图1 顶管施工示意图

图2 管道内的压浆系统布置

4 顶管施工出现的问题

4.1 控制顶管顶力问题

在泉港区北部城区市政管道一和综合管网项目仑埔路二期综合管网工程顶管施工过程中，顶管的顶力控制属于一个很棘手的难题。尤其是在顶管机出洞时，精准的顶管顶力控制措施便显得特别重要。倘若无法切实控制好顶管顶力，则容易造成顶管机的上飘与旋转，从而给整个项目埋下安全隐患。

4.2 顶管纠偏问题

在顶管施工时，所出现的偏差应当保持在预设中心线的50mm 范围之内。倘若顶管在实际施工时，偏离该范围的话，则需要采取相应地顶管纠偏措施来解决这个问题。作为施工过程当中至关重要的一项环节，在大口径、长距离顶管施工时，首先需要注意的问题便是顶管纠偏。

经过泉港区北部城区市政管道一和综合管网项目仑埔路二期综合管网工程顶管施工时管道偏离主线事故入手展开研究。项目部通过研究发现导致管道轴线出现偏差的原因主要包括以下三个方面：第一，顶管后背墙凹凸不平，或者是出现了位移。第二，顶进部位的土体、土质发生变化，使得顶进机在进时出现阻力不匀的状况；第三，由于顶力相差较大或者是千斤顶无法同步动作，导致顶力合力线出现偏移。

4.3 出渣与通风问题

在顶管进入土层之际，其走向基本呈现出一种自下往上的顶进方式。在研究顶管施工问题的过程当中，笔者发现经常会发生由出渣受力所造成的施工事故。除此之外，在大口径顶、长距离的施工中，顶进工作间的深度往往较深。在这种情况下，便会导致顶进洞内的空气循环发生意外情况。并且，在空气循环速度较低的情况下还会导致定管作业出现有害气体的聚集现象，从而对操作人员和施工环境造成负面影响。

4.4 地面的沉降与隆起

在本工程顶管施工时，倘若在管道轴线两侧特定区间之内出现地面隆起与沉降的现象，会严重影响施工安全性。

分析导致地面的沉降与隆起的原因主要如下：第一，开挖端面的取土量不合适，而导致地面出现隆起与沉降的现象。第二，管道轴线出现偏差或是在纠正偏差过程当中实施方案不合理所导致的地层土体损失现状。第三，由于管道外围环空隙所导致的土体损失现象。

5 顶管施工难点的解决措施

5.1 顶管顶力控制措施

针对前文提出的关于本项目的顶管顶力控制问题，在实际的顶管施工时，通过刀盘正反转而完成了顶管机的大转角调整，然后再经过顶管机的调整之后，还可以使顶进速度飞速降下来。除此之外，通过这种方式还可以明显降低顶管机压力，在最大限度上避免顶管机在出洞时发生失误现象。

在泉港区北部城区市政管道一和综合管网项目仑埔路二期综合管网工程中，顶管顶进时严格按照勤纠偏、勤测量以及小量纠偏的相关要求进行。在泥浆选择时，遵循同次、及时、足量三个原则。此外，在施工之前还需要认真验收和保养相应地设备，能够在设备出现故障问题时及早发现并处理。出现顶力过大问题的情况下，就要立刻停止顶进，并查找导致这种问题出现的原因，进而采取前述的措施来加以解决。

5.2 顶管纠偏措施

为了有效避免泉港区北部城区市政管道一和综合管网项目仑埔路二期综合管网工程施工过程当中所出现的管道偏离预设中心线这项难题，在顶管施工时采取了以下几个方面的措施来加以防范。

首先，在顶管施工之前或者是顶管施工的设计阶段，必须安排专业技术人员对在施工过程中有可能涉及的各方面的水文地质条件进行严密勘察。同时施工单位还需要科学设计施工计划，避免由于盲目设计所导致管道偏差问题出现。保证施工时管道行程、管道顶速以及管道顶力三方面因素能够吻合。并且，需保证预设中心线能够同规格的千斤顶管道相一致。

其次，在施工时需地对管道受力情况进行准确、科学的测算，保证后背墙的可靠性与稳定性。在施工时还需要把控好材料质量关，保证背景墙上的钢混凝土能够满足质量要求，并确保后背墙的设计精度和平整度，避免由于平整度不达标而出现的管道偏离问题。此外，还应当对管道在施工时的各项数据做好精准的记录，并将这些数据绘制成曲线图，以此来作为管道就偏的参考材料。

再次，在泉港区北部城区市政管道一和综合管网项目仑埔路二期综合管网工程顶管施工时，还需及时对顶管施工时所出现的偏差问题采取合理的解决措施，一旦出现由于千斤顶受力不均匀所造成的管道偏离现象，必要的情况下需要重新测量和评估相关的数据，然后再安装千斤顶。如果后背墙出现移动，还需对其进行再加固和再处理工作，及时分析与整理在顶管施工过程当中所收集到的相关数据，从而降低管道偏离率，确保工程能够保质保量地完成。

最后，泉港区北部城区市政管道一和综合管网项目仑埔路二期综合管网工程顶管顶进有时会遇到软土层的时候，机头会出现下沉，在这种情况下便无法纠偏，所以主要通过注浆等手段进行加固，确保工具管机头不会出现下沉现象。在地质条件变化较大时，需通过管道压力和泥水流量进行判断，在地质变硬的情况下，则需要降低顶进的速度；而在地质变软的情况下，则需要加快顶进的速度。为了避免土地承载力急剧下降问题的出现，在出洞过程中已把第1～3节的工具头和管材都连成了整体，这样不仅可以有效提升它们的刚性，而且还能够有效避免机头出现突然呈现的状况。

5.3 出渣与通风措施

为了能够有效避免在泉港区北部城区市政管道一和综合管网项目仑埔路二期综合管网工程顶管施工时所出现的出渣和通风问题，主要采取了以下几个方面的措施来解决。

第一，将制动装置安装在出渣设备上，泥浆池或泥罐车应尽量靠近工作井边，可采用串联法（图3所示），可以减少排泥管路过长而且产生的管路摩阻力。

图3 出泥系统的安装

第二，在顶进深度较大的情况下，安装离心式鼓风机，通过鼓风机向工作面中压入部分自然空气。它能够在排除管道内有害气体的同时，切实保障工作人员的人身安全。

第三，要求施工人员在实际的施工过程当中必须佩戴安全装备，在遇到施工事故时，可以选择及时撤退，保障自己的人身安全。

5.4 地面的沉降和隆起解决及预防措施

为了防止地面的沉降和隆起，项目部采取的主要措施为以下几点：在正式开始施工之前，需要对工程周边的自然环境以及地质条件进行严格的勘察，并在此基础之上做出科学可行的施工计划，或者是通过设置测力装置，及时获取顶进压力，保持其与前端土体压力之间的平衡。此外，还需要对顶管轴线做出严格的控制，切实依据勤纠偏、勤测量以及小量就偏的操作方法来进行。

6 结束语

本工程长距离顶管的施工过程中出现了顶管顶力控制问题、顶管偏离轴线问题以及出渣与通风问题，主要采用刀盘正反转实现顶管机的大转角调整、顶进时持续不断地测量纠偏、在出渣设备上安装制动装置以及安装鼓风机等措施加以解决。综合管网工程在实际的建设过程当中，需要对顶管施工技术的各个要点做出严格的控制。并结合工况基本情况，来提出更具创新性的管理方案，从整体上提高施工质量。实践表明，顶管施工技术可化解交通堵塞以及管道埋设施工中对城市建筑物的破坏等各项问题，具有保护环境和稳定土层等优点。特别适合用在道路交通繁忙、人口稠密且地下管线复杂的管线施工过程当中。