管道頂進姿態控制技術在東月路機械頂管工程中的應用

田 琨 陳曉鵬

（西安市市政設施管理局，陜西 西安 710016）

隨著城市基礎建設的高速發展，頂管施工技術作為一種快速、經濟的非開挖的隧道施工技術，被越來越多的應用于工程建設當中。地下頂管施工技術已由早先的人工手掘式頂管發展到機械頂管施工技術。工程實踐中，隨著一次頂進距離的不斷刷新，管道埋深的越來越深，加之不同地質條件的復雜多樣，頂進姿態控制作為頂管控制技術的重要內容，正是值得人們重視和考慮的緊迫課題。

1 工程概況

西安市東月路頂管工程設計雨水主干管道自西向東沿東月路敷設，主線管道設計管徑D3000mm，埋深16-32米，管道長度2863米，全線共設有檢查井6座，出水口1處。施工主要采用土壓平衡頂管施工技術，單向頂進距離220-610米。管道頂進區間地層結構為濕陷性黃土和砂礫石、砂層等多種地質結構。

2 頂進前準備工作

在機械頂管施工中，頂管機初始姿態控制對于管道的成功頂進具有非常重要的意義，因此在頂管機進洞前應做好充分的準備工作。

2.1 進洞前的導軌檢查驗收

主要內容包括，基坑內導軌的高程、中線、導軌安裝是否牢固。

2.2 調整好頂管機進洞前的姿態，及時記錄各種儀表的初始值頂管機進洞前記錄各種儀表初始數值。記錄的范圍包括：前傾斜儀、后傾斜儀、土壓力計讀數、糾偏油缸的初始值、電壓表、電流表等。

3 進洞控制

3.1 安裝延伸導軌

為了克服由于頂管機自身重量造成的頂管機在初始進洞時的 "磕頭"現象，制作延伸導軌，延長頂管機進洞支撐長度，減緩頂管機進洞"磕頭"的趨勢。圖1為延伸導軌制作示意圖

圖1 延伸導軌制作示意圖

破除預留洞口的混凝土和圍護樁，將延伸導軌與圍護樁破除后露出的鋼筋進行焊接，再在周圍澆筑混凝土對延伸導軌進行加固，保證其具備一定的剛度和承載力。延伸導軌安裝應注意以下事項：

1 延伸導軌安裝時，應當重視延伸導軌與止水圈保持的距離不得小于100mm，防止頂管機在進洞過程中，損壞止水圈。

2 延伸導軌的間距和坡度應與頂管坑的導軌保持一致。

3 延伸導軌一般為1.5m左右，太短、太長都不會起到應有的作用。

4 延伸導軌應安裝牢固，防止在頂進過程中松動、脫落，影響正常的頂進施工。

4 頂進過程姿態控制

4.1 調整頂管機的進洞姿態

頂管機在進洞過程中，當頂管機距離刀盤2.3m（重心）部位經過延伸導軌的最末端時，操作人員應將頂管機下面2組糾偏油缸緩慢伸出，伸出行程以前傾斜儀角度不大于1°為宜；在頂管機整體越過延伸導軌時，及時根據測量結果對糾偏油缸及時進行調整。（預留拋高：2000×sin1°=34.9mm）

4.2 安裝"機頭管"

頂管機在軟弱地層、地層突變或頂力卸載的過程中，頂管機容易與后續的管材松脫或脫離，造成頂進的偏差和頂進質量事故。在機械頂管施工時，采用"機頭管技術"。

機頭管技術是指頂管機在頂進過程中，將其與后續的若干特制混凝土管（俗稱機頭管）通過一定的方法進行加固和連接，使其與機頭管形成整體，防止頂管機發生漂移和松脫，減少頂管機刀盤在切削土體的過程中產生的旋轉，同時在頂進過程中具有導向作用。

"機頭管"與其他混凝土管在主要區別就在于，"機頭管"在制作的過程中沿管內壁預埋兩塊寬度為300mm，厚度為5mm的鋼板。

當頂管機長度的75%（約3.9m）被頂進后，暫停頂進施工，及時安裝"機頭管"。頂管機與"機頭管"通過呈60°夾角布置的六根?32mm的鋼筋焊接，在前端與頂管機連接處通過螺絲進行緊固，使頂管機與前兩節"機頭管"連成一體，防止頂管機在頂進過程中可能產生的漂移現象；同時"機頭管"與頂管機連成一體，強化了頂進的導向作用。"機頭管"的安裝見圖 2、3。

圖2 安裝中的"機頭管"

圖3 頂管機與"機頭管"的連接

4.3 測量糾偏控制

頂管施工中對頂進管道的水平軸線和高程要進行實時跟蹤測量控制，必要時進行糾偏控制。

4.3.1 頂進軸線測量控制

在工作井內管道頂進軸線方向上架設一臺激光經緯儀，激光經緯儀經過人工的測量和計算，發出一束與管道設計軸線和管道坡度一致的激光直接打到機械頂管機測量光靶上，由于頂管機和管節在頂進時都在不斷的向前移動，這束激光在頂管機和管節移動的同時跟蹤測量光靶，這樣根據偏差偏差數據來進行適當的反向糾偏。

4.3.2 頂進高程測量控制

高程測量由工作井下水準點測量出各管節高程，再計算出各管節實際高程是否與設計高程相符，根據實際高程與設計高程的偏差分析偏差產生的原因及趨勢，再根據激光經緯儀在測量光靶上反映的激光相比較，確定管道高程趨勢，進行相反方向的糾偏。

4.3.3 糾偏條件及糾偏方法

一般在機械頂管施工中，使用液壓糾偏油缸作為糾偏裝置。糾偏油缸一般分布于頂管機內四個方位，呈90°布設。每組糾偏油缸由具有相同數量的油缸組成。糾偏油缸一般為大噸位、短行程，同時帶有液壓鎖。

⑴糾偏條件

頂管機軸線偏離設計軸線30%時，開始進行糾偏作業。一般情況下，頂管機沒有偏離軸線的趨勢時，不予以糾偏。

⑵糾偏方法

①小角度糾偏，每次糾偏角度不大于0.5°。

②糾偏過程應保持平穩，不能大起大落。偏離設計軸線較大時，采用連續小角度糾偏，按照一定的軌跡和曲率半徑不斷調整到設計軸線。避免糾偏角度過大、幅度太猛產生的側應力，造成頂進困難、地面變形等質量事故。

③利用測量成果，繪制管道走勢圖，提前預判頂管機的走勢進行控制。

4.3.4 在機械頂管施工中，還存在一種情況需要糾偏，就是全斷面刀盤式頂管機在刀盤的帶動下發生了旋轉。

此類旋轉不僅會影響作業面的工作，同時還有可能會引起頂管機局部重量的變化，而導致頂管機的趨勢發生變化。如果頂管機發生的旋轉角度過大的話，將會給頂進工作帶來更大的困難。對于頂管機的旋轉，一般在頂管機內靠近光靶處，放置一把水平尺，通過在頂進過程中觀察頂管機的旋轉情況并及時進行調整。

5 結語

頂進姿態控制技術的發展應用，對更精確地實現復雜地質長距離頂管具有重要意義。隨著各種新技術、新材料、新工藝的不斷出現，頂進姿態控制技術將會取得新的進展。

[1]《大型地下頂管施工技術原理及應用》.中國建筑工業出版社.韓選江.

[2]《現代頂管施工技術及工程實例》.中國建筑工業出版社.葛金科，沈水龍，許燁霜編著.