大口徑長距離頂管施工的軸線控制

□于洪濤（周口市水利建筑工程局）

1 工程概況

河南省南水北調受水區周口供水配套工程施工五標段穿越商周（商丘-周口）高速公路頂管工程，位于商水縣張莊鄉河灣村西側，穿越長度198m，穿越段交叉路面總寬度97.96m，路基寬度125.11m，交叉角度79.32°，穿越段路面高程55.95m，原地面高程46.35m，輸水管道中心高程40.42m，外套管頂高程42.52m，高速公路路面下距套管頂覆土厚度最小13.43m，原始地面最小覆土厚度3.83m，頂管為DN3000 鋼筋混凝土管，內置DN2400 鋼管，鋼管壁厚28mm，滿足不通車路段≥1 倍管道外徑的設計要求。

2 地質條件

本工程穿越土層在粉質粘土層，地下水位41.10m。該土層土體軟弱，含水量大，連續穿越198m，因高速公路下無法降排水，只能采取泥水平衡頂管掘進施工方案。泥水平衡掘進機具有沉降控制精度高，頂進速度快，便于操作和維修，施工可靠性好等特點。本工程穿越實際使用DN3000TLM 掘進機，地表隆起控制值<0.10mm。此外，該掘進機的操作是在地面控制室進行，采用激光導向,閉路電視監控，具有自動化程度高，軸線易控制等優點。

穿越高速公路頂管在施工過程中出現問題無法采取補救措施，面對連續頂進距離長、頂力及軸線位置不宜控制等施工技術難題，特別對頂管頂進過程中軸線、高程偏差預防、糾偏及處理措施等方面要妥善得當。項目部施工技術人員通過測量控制、機頭選型、設備安裝調試、頂進控制等施工工藝，使198m 套管頂進及內套管安裝一次成功，軸線偏差符合規范及設計要求。

3 施工測量控制

大口徑長距離頂管頂進測量控制非常重要，應勤頂勤測，隨時校正。一般在下管前和下管頂進一次后均應測量一次，正常頂進時每頂進一米測一次，因為軸線誤差直接影響地表沉降與進洞姿態，而且在頂進中誤差累計到一定程度，必然會影響管道的整體姿態，且偏差值過大不易校正，甚至不能保證順利進洞。因此控制管道軸線的偏轉、偏移是頂管施工的重點，同時也是施工難點之一。為保證頂進管道軸線施工質量符合要求，必須在管道頂進施工前、中、后全過程實時跟蹤測量。尤其是進洞測量和前50m 軸線控制，應加強軸線復測力度，從而確保安全進洞。圖1、圖2為施工現場前50m 軸線、高程偏差測量控制圖。

4 施工過程糾偏

4.1 頂管糾偏監測

頂管糾偏是頂管頂進施工的關鍵，其允許偏差值為：中心線位50mm。

圖1 前50m 管道軸線里程-平面偏差圖

高程+30mm，-40mm。在施工中設置報警中心線數值為：中線±25mm，高程+15mm，-20mm。

4.2 糾偏控制

在頂管頂進過程中，由于周圍穿越土層的變化，頂力的不均勻，管道聯接的誤差等因素，均可能造成頂管中線偏離設計中線位置，當管道偏差超過10mm 時，應及時采取糾偏措施。糾偏動作依據主要由方向控制測量的成果決定。

圖2 前50m 管道軸線里程-高程偏差圖

為消除測量基準的誤差，在頂進50m 處要對測量基準作一次全面復測。機頭進洞前25m 處，對機頭的偏差進行一次精準的測量，確定糾偏控制措施，以確保機頭以盡可能小的偏差進洞。

4.3 糾偏指導思想

糾偏措施的指導思想是“減緩發展，穩慢回歸，平行找順，糾偏一半，反曲靠線，主動微調”。發現誤差時，不能急于求成，應分析問題，找出原因，根據情況減緩誤差發展，直至糾偏歸位。第一步，找出誤差大的一面進行糾偏工作，糾偏千斤頂在原基礎上的伸出量為2～4mm，這時誤差雖仍在持續少量增加，但經過采取措施、頂進控制后已形成回歸趨勢。第二步，經過一段頂進后（3m 左右）出現頂進軸線與設計中心線平行時，可多頂一段距離（5～10m），使軸線穩妥回歸。第三步向設計中心靠攏，仍將千斤頂繼續伸出2mm 左右，本著穩慢原則，每頂2～3m 可向設計中心靠近5mm，當誤差已校正1/2 時，反向糾偏千斤頂開始伸出（2mm），這時的機頭仍然向設計中心靠攏，但其軌跡可能已向反方向演變，故稱“反曲靠線”，只有這樣才能避免“矯枉過正”、軌跡忽左忽右的現象。

5 管道軸線偏差成因、預防及處理

5.1 偏差主要成因

5.1.1 地質條件變化

頂進地層正面因土質發生變化造成阻力不均勻，使機頭受力不平衡，形成導向偏差，致使管道軸線偏差。

5.1.2 后背墻位移

頂管后背墻不平整或發生位移，使頂力合力線偏移，造成管道軸線偏差。

5.1.3 千斤頂不匹配

千斤頂不能同步動作，或千斤頂間頂力相差比較大，或千斤頂安裝精度不足，造成頂力合力線偏移，使管道軸線發生偏差。

5.2 偏差預防措施

5.2.1 加強地質勘測

頂管施工前對管道通過區域、地帶的地質情況和環境情況認真調查，設置相匹配的測力裝置，指導糾偏。糾偏按照“勤糾偏、勤測量、小量糾、緩糾正”的操作原則進行。

5.2.2 配套相應設備

采用同種規格的千斤頂，使其行程、頂速、頂力相一致，保持頂進合力線與管道中心線相閉合。

5.2.3 加強頂管后背墻施工質量控制

通過受力詳細計算設置后背，如采用鋼筋混凝土，應保證其混凝土標號，確保后背墻不發生位移，并使后背平整，滿足頂進設備的安裝精度。

5.2.4 加強測量記錄工作

頂進過程中隨時測量記錄提供數據，繪制頂進曲線，以利指導頂進和糾偏工作。

5.3 偏差處理辦法

5.3.1 調整千斤頂

重新調整千斤頂行程、頂速、頂力，或重新調整千斤頂的安裝精度。

5.3.2 加固后背墻

對頂管后背進行有效加固，防止位移繼續發展，并確保后背平整。

5.3.3 分析資料，適時糾偏

及時收集頂管記錄，認真分析頂進曲線的發展趨勢，采取適當的糾偏措施，循序漸進，切不可操之過急，否則將適得其反。

[1]吳全科，伍田生，林超.軟弱土質中大口徑長距離泥水平衡頂管糾偏及減阻施工技術[J].工業建筑，2014（4）.