綜合管網(wǎng)工程頂管施工出現(xiàn)的問題及解決措施

劉友杰

泉州市泉港石化工業(yè)區(qū)建設(shè)發(fā)展有限公司

1 引言

作為一種地下管道施工常用的方法，頂管施工不用開挖面層，而且還能夠高效穿越河川、道路、地面建筑物以及各種地下管線，它是在繼盾構(gòu)施工之后逐漸發(fā)展起來的，這種施工方法集降低環(huán)境污染程度、穩(wěn)定土層、降低施工成本以及緩解道路等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)于一體，目前頂管施工已經(jīng)被應(yīng)用在了天然氣石油管道、通訊電纜以及地下排水管道等項(xiàng)目之中。其施工原理為，通過管道間、中繼間以及主頂油缸的推力，把掘進(jìn)機(jī)或者是工具管穿過土層推到接收井內(nèi)并將其吊起，或者是將掘進(jìn)機(jī)后的管道或者是緊隨工具管埋設(shè)在良井之間，以完成非開挖施工。

2 工程概況

泉港區(qū)北部城區(qū)市政管道一和綜合管網(wǎng)項(xiàng)目侖埔路二期綜合管網(wǎng)工程位于泉港石化工業(yè)區(qū)南山片區(qū)。為滿足泉港區(qū)石化園區(qū)遠(yuǎn)期工業(yè)給水管的建設(shè)需求，滿足泉港石化園區(qū)天佑能源等北線排洪渠沿線近遠(yuǎn)期進(jìn)駐的工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水需求，進(jìn)行本次侖埔路二期工業(yè)給水管道工程設(shè)計，設(shè)計范圍起于南山水廠二級泵站，終于侖鋪路與橋溪路路口。本工程工業(yè)給水管，全程布置一根DN1200工業(yè)給水管道。管材采用聚乙烯管，過河渠段及頂管段采用焊接鋼管。施工方法：采用開槽明挖施工方法，局部過河渠采用架設(shè)管線橋方法。

本項(xiàng)目管道總長約為766m。開挖段長度為692m，頂管段管道長度為74m。由于施工場地較小，且工期緊，在施工過程中又極有可能受到地下障礙物等因素的影響，所以擬定用人機(jī)配合的方式完成本工程的頂管工程。頂管工程的管材主要采用的是DN1200 焊接鋼管，總長74m，管埋深度為5.15m，管頂覆土高達(dá)3.7m。

3 頂管施工工藝及方案

頂管工藝的施工流程：工作井施工、安裝設(shè)備、將管吊裝就位、準(zhǔn)備施工、土方掘進(jìn)、測量工程及糾偏、外運(yùn)廢泥、開機(jī)頂進(jìn)。

頂管施工示意圖如圖1所示，工作井內(nèi)需要沿著頂管的軸線在臨時準(zhǔn)備的后座墻上裝上剛性后座、剛性頂鐵、主頂千斤頂以及導(dǎo)軌等頂進(jìn)設(shè)備。此外，還應(yīng)在工作井邊側(cè)部位安放能夠使施工人員上下所用的下井扶梯二座。需要在逐點(diǎn)千斤頂之間的軸線上安裝好管內(nèi)測量起始平臺，并與千斤頂?shù)闹Ъ芟喾蛛x，這樣能夠有效保證頂進(jìn)過程當(dāng)中測量平臺的穩(wěn)定性。之后還需要再沿工作井井壁安裝好二寸壓漿管，四寸供水以及供電管線等設(shè)備。同時，還需要在井內(nèi)二測工作平臺上安裝電焊機(jī)、并且對方以及后坐竹頂油泵車等。

如圖2所示，壓漿管、通風(fēng)管以及排泥管等管口分別安裝在鋼管左右偏下位置，在館內(nèi)所選用的照明燈需要設(shè)定為24V 的低壓，每隔8m 布置一個照明燈。并且在施工階段內(nèi)，管道和工作井內(nèi)排水設(shè)備應(yīng)足量。

圖1 頂管施工示意圖

圖2 管道內(nèi)的壓漿系統(tǒng)布置

4 頂管施工出現(xiàn)的問題

4.1 控制頂管頂力問題

在泉港區(qū)北部城區(qū)市政管道一和綜合管網(wǎng)項(xiàng)目侖埔路二期綜合管網(wǎng)工程頂管施工過程中，頂管的頂力控制屬于一個很棘手的難題。尤其是在頂管機(jī)出洞時，精準(zhǔn)的頂管頂力控制措施便顯得特別重要。倘若無法切實(shí)控制好頂管頂力，則容易造成頂管機(jī)的上飄與旋轉(zhuǎn)，從而給整個項(xiàng)目埋下安全隱患。

4.2 頂管糾偏問題

在頂管施工時，所出現(xiàn)的偏差應(yīng)當(dāng)保持在預(yù)設(shè)中心線的50mm 范圍之內(nèi)。倘若頂管在實(shí)際施工時，偏離該范圍的話，則需要采取相應(yīng)地頂管糾偏措施來解決這個問題。作為施工過程當(dāng)中至關(guān)重要的一項(xiàng)環(huán)節(jié)，在大口徑、長距離頂管施工時，首先需要注意的問題便是頂管糾偏。

經(jīng)過泉港區(qū)北部城區(qū)市政管道一和綜合管網(wǎng)項(xiàng)目侖埔路二期綜合管網(wǎng)工程頂管施工時管道偏離主線事故入手展開研究。項(xiàng)目部通過研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致管道軸線出現(xiàn)偏差的原因主要包括以下三個方面：第一，頂管后背墻凹凸不平，或者是出現(xiàn)了位移。第二，頂進(jìn)部位的土體、土質(zhì)發(fā)生變化，使得頂進(jìn)機(jī)在進(jìn)時出現(xiàn)阻力不勻的狀況；第三，由于頂力相差較大或者是千斤頂無法同步動作，導(dǎo)致頂力合力線出現(xiàn)偏移。

4.3 出渣與通風(fēng)問題

在頂管進(jìn)入土層之際，其走向基本呈現(xiàn)出一種自下往上的頂進(jìn)方式。在研究頂管施工問題的過程當(dāng)中，筆者發(fā)現(xiàn)經(jīng)常會發(fā)生由出渣受力所造成的施工事故。除此之外，在大口徑頂、長距離的施工中，頂進(jìn)工作間的深度往往較深。在這種情況下，便會導(dǎo)致頂進(jìn)洞內(nèi)的空氣循環(huán)發(fā)生意外情況。并且，在空氣循環(huán)速度較低的情況下還會導(dǎo)致定管作業(yè)出現(xiàn)有害氣體的聚集現(xiàn)象，從而對操作人員和施工環(huán)境造成負(fù)面影響。

4.4 地面的沉降與隆起

在本工程頂管施工時，倘若在管道軸線兩側(cè)特定區(qū)間之內(nèi)出現(xiàn)地面隆起與沉降的現(xiàn)象，會嚴(yán)重影響施工安全性。

分析導(dǎo)致地面的沉降與隆起的原因主要如下：第一，開挖端面的取土量不合適，而導(dǎo)致地面出現(xiàn)隆起與沉降的現(xiàn)象。第二，管道軸線出現(xiàn)偏差或是在糾正偏差過程當(dāng)中實(shí)施方案不合理所導(dǎo)致的地層土體損失現(xiàn)狀。第三，由于管道外圍環(huán)空隙所導(dǎo)致的土體損失現(xiàn)象。

5 頂管施工難點(diǎn)的解決措施

5.1 頂管頂力控制措施

針對前文提出的關(guān)于本項(xiàng)目的頂管頂力控制問題，在實(shí)際的頂管施工時，通過刀盤正反轉(zhuǎn)而完成了頂管機(jī)的大轉(zhuǎn)角調(diào)整，然后再經(jīng)過頂管機(jī)的調(diào)整之后，還可以使頂進(jìn)速度飛速降下來。除此之外，通過這種方式還可以明顯降低頂管機(jī)壓力，在最大限度上避免頂管機(jī)在出洞時發(fā)生失誤現(xiàn)象。

在泉港區(qū)北部城區(qū)市政管道一和綜合管網(wǎng)項(xiàng)目侖埔路二期綜合管網(wǎng)工程中，頂管頂進(jìn)時嚴(yán)格按照勤糾偏、勤測量以及小量糾偏的相關(guān)要求進(jìn)行。在泥漿選擇時，遵循同次、及時、足量三個原則。此外，在施工之前還需要認(rèn)真驗(yàn)收和保養(yǎng)相應(yīng)地設(shè)備，能夠在設(shè)備出現(xiàn)故障問題時及早發(fā)現(xiàn)并處理。出現(xiàn)頂力過大問題的情況下，就要立刻停止頂進(jìn)，并查找導(dǎo)致這種問題出現(xiàn)的原因，進(jìn)而采取前述的措施來加以解決。

5.2 頂管糾偏措施

為了有效避免泉港區(qū)北部城區(qū)市政管道一和綜合管網(wǎng)項(xiàng)目侖埔路二期綜合管網(wǎng)工程施工過程當(dāng)中所出現(xiàn)的管道偏離預(yù)設(shè)中心線這項(xiàng)難題，在頂管施工時采取了以下幾個方面的措施來加以防范。

首先，在頂管施工之前或者是頂管施工的設(shè)計階段，必須安排專業(yè)技術(shù)人員對在施工過程中有可能涉及的各方面的水文地質(zhì)條件進(jìn)行嚴(yán)密勘察。同時施工單位還需要科學(xué)設(shè)計施工計劃，避免由于盲目設(shè)計所導(dǎo)致管道偏差問題出現(xiàn)。保證施工時管道行程、管道頂速以及管道頂力三方面因素能夠吻合。并且，需保證預(yù)設(shè)中心線能夠同規(guī)格的千斤頂管道相一致。

其次，在施工時需地對管道受力情況進(jìn)行準(zhǔn)確、科學(xué)的測算，保證后背墻的可靠性與穩(wěn)定性。在施工時還需要把控好材料質(zhì)量關(guān)，保證背景墻上的鋼混凝土能夠滿足質(zhì)量要求，并確保后背墻的設(shè)計精度和平整度，避免由于平整度不達(dá)標(biāo)而出現(xiàn)的管道偏離問題。此外，還應(yīng)當(dāng)對管道在施工時的各項(xiàng)數(shù)據(jù)做好精準(zhǔn)的記錄，并將這些數(shù)據(jù)繪制成曲線圖，以此來作為管道就偏的參考材料。

再次，在泉港區(qū)北部城區(qū)市政管道一和綜合管網(wǎng)項(xiàng)目侖埔路二期綜合管網(wǎng)工程頂管施工時，還需及時對頂管施工時所出現(xiàn)的偏差問題采取合理的解決措施，一旦出現(xiàn)由于千斤頂受力不均勻所造成的管道偏離現(xiàn)象，必要的情況下需要重新測量和評估相關(guān)的數(shù)據(jù)，然后再安裝千斤頂。如果后背墻出現(xiàn)移動，還需對其進(jìn)行再加固和再處理工作，及時分析與整理在頂管施工過程當(dāng)中所收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而降低管道偏離率，確保工程能夠保質(zhì)保量地完成。

最后，泉港區(qū)北部城區(qū)市政管道一和綜合管網(wǎng)項(xiàng)目侖埔路二期綜合管網(wǎng)工程頂管頂進(jìn)有時會遇到軟土層的時候，機(jī)頭會出現(xiàn)下沉，在這種情況下便無法糾偏，所以主要通過注漿等手段進(jìn)行加固，確保工具管機(jī)頭不會出現(xiàn)下沉現(xiàn)象。在地質(zhì)條件變化較大時，需通過管道壓力和泥水流量進(jìn)行判斷，在地質(zhì)變硬的情況下，則需要降低頂進(jìn)的速度；而在地質(zhì)變軟的情況下，則需要加快頂進(jìn)的速度。為了避免土地承載力急劇下降問題的出現(xiàn)，在出洞過程中已把第1～3節(jié)的工具頭和管材都連成了整體，這樣不僅可以有效提升它們的剛性，而且還能夠有效避免機(jī)頭出現(xiàn)突然呈現(xiàn)的狀況。

5.3 出渣與通風(fēng)措施

為了能夠有效避免在泉港區(qū)北部城區(qū)市政管道一和綜合管網(wǎng)項(xiàng)目侖埔路二期綜合管網(wǎng)工程頂管施工時所出現(xiàn)的出渣和通風(fēng)問題，主要采取了以下幾個方面的措施來解決。

第一，將制動裝置安裝在出渣設(shè)備上，泥漿池或泥罐車應(yīng)盡量靠近工作井邊，可采用串聯(lián)法（圖3所示），可以減少排泥管路過長而且產(chǎn)生的管路摩阻力。

圖3 出泥系統(tǒng)的安裝

第二，在頂進(jìn)深度較大的情況下，安裝離心式鼓風(fēng)機(jī)，通過鼓風(fēng)機(jī)向工作面中壓入部分自然空氣。它能夠在排除管道內(nèi)有害氣體的同時，切實(shí)保障工作人員的人身安全。

第三，要求施工人員在實(shí)際的施工過程當(dāng)中必須佩戴安全裝備，在遇到施工事故時，可以選擇及時撤退，保障自己的人身安全。

5.4 地面的沉降和隆起解決及預(yù)防措施

為了防止地面的沉降和隆起，項(xiàng)目部采取的主要措施為以下幾點(diǎn)：在正式開始施工之前，需要對工程周邊的自然環(huán)境以及地質(zhì)條件進(jìn)行嚴(yán)格的勘察，并在此基礎(chǔ)之上做出科學(xué)可行的施工計劃，或者是通過設(shè)置測力裝置，及時獲取頂進(jìn)壓力，保持其與前端土體壓力之間的平衡。此外，還需要對頂管軸線做出嚴(yán)格的控制，切實(shí)依據(jù)勤糾偏、勤測量以及小量就偏的操作方法來進(jìn)行。

6 結(jié)束語

本工程長距離頂管的施工過程中出現(xiàn)了頂管頂力控制問題、頂管偏離軸線問題以及出渣與通風(fēng)問題，主要采用刀盤正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)頂管機(jī)的大轉(zhuǎn)角調(diào)整、頂進(jìn)時持續(xù)不斷地測量糾偏、在出渣設(shè)備上安裝制動裝置以及安裝鼓風(fēng)機(jī)等措施加以解決。綜合管網(wǎng)工程在實(shí)際的建設(shè)過程當(dāng)中，需要對頂管施工技術(shù)的各個要點(diǎn)做出嚴(yán)格的控制。并結(jié)合工況基本情況，來提出更具創(chuàng)新性的管理方案，從整體上提高施工質(zhì)量。實(shí)踐表明，頂管施工技術(shù)可化解交通堵塞以及管道埋設(shè)施工中對城市建筑物的破壞等各項(xiàng)問題，具有保護(hù)環(huán)境和穩(wěn)定土層等優(yōu)點(diǎn)。特別適合用在道路交通繁忙、人口稠密且地下管線復(fù)雜的管線施工過程當(dāng)中。