淺談頂管施工常見問題及其防治

鄧春穎 宋亞剛

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅速發(fā)展,城市規(guī)模日益擴(kuò)大,城市建設(shè)也迅速的發(fā)展。由于發(fā)展的速度越來越快,城市化不斷擴(kuò)大,對于后來的開發(fā)建設(shè)者來說,開發(fā)的條件越來越受限制。而原有的一些市政設(shè)施沒有幾年就陳舊、能效降低了,特別是市政管網(wǎng)的破壞率尤其突出,要對其不斷的改造擴(kuò)建。傳統(tǒng)的開挖鋪設(shè)施工工藝嚴(yán)重影響城市環(huán)境和交通。

1 頂管工程的技術(shù)特點(diǎn)

非開挖技術(shù)為創(chuàng)建都市的安寧環(huán)境造就了勃勃生機(jī),而頂管技術(shù)是非開挖技術(shù)的重要組成部分。這種技術(shù)具有許多優(yōu)勢:1)頂管施工是頂管儲(chǔ)管技術(shù)的一種,其在國外已廣泛使用,在國內(nèi)也已逐漸普及。由于不開挖地面,所以能穿越公路、鐵路、河流,甚至能在建筑物底下穿過,是一種能安全有效地進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的施工方法,堪稱為環(huán)境保護(hù)施工時(shí)的環(huán)境保護(hù)。2)管頂施工不開挖地面,故而被鋪設(shè)管道的上部土層未經(jīng)擾動(dòng),管道的管節(jié)端不易產(chǎn)生段差變形,其管壽命亦大于開挖法埋管。3)采用房下頂管施工法能節(jié)約一大筆征地拆遷費(fèi)用,減少動(dòng)遷用房,縮短管線長度,有很大的經(jīng)濟(jì)效益。4)頂管工藝不僅僅用于管線鋪設(shè),它還具有靈活的推管施工方式。更為重要的是頂管施工作為一種工藝,它不僅僅在鋪設(shè)管線,在管棚施工方面也具有優(yōu)勢。5)隨著頂管施工范圍的擴(kuò)大,頂管機(jī)械的性能越來越適合各種土質(zhì)。頂管特別適用于中小型管徑管道的非開挖鋪設(shè)。與其他開挖設(shè)備相比,其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

2 頂管施工常見問題及其防治

2.1 管道軸線偏差過大現(xiàn)象

2.1.1 原因分析

1)地層正面阻力不均勻,使工具管受力不均勻,形成導(dǎo)向偏差,造成管道軸線偏差。2)頂管后背發(fā)生位移或不平整,使頂力合力線偏移,造成管道軸線偏差。3)千斤頂不同步,或千斤頂間頂力相差較大,或安裝精度不夠,使頂力合力線及管道軸線發(fā)生偏差。

2.1.2 預(yù)防措施

1)頂管施工前應(yīng)對管道通過地帶的地質(zhì)情況認(rèn)真調(diào)查。設(shè)置測力裝置,指導(dǎo)糾偏。糾偏應(yīng)按照勤測量、勤糾偏、小量糾的操作方法進(jìn)行。2)采用同種規(guī)格的千斤頂,使其頂力、行程、頂速相一致,保持頂力合力線與管道中心線相重合。3)加強(qiáng)頂管后背施工質(zhì)量的控制,確保后背不發(fā)生位移,并應(yīng)使后背平整,以保證頂進(jìn)設(shè)備的安裝精度。4)頂進(jìn)過程中應(yīng)隨時(shí)繪制頂進(jìn)曲線,以利指導(dǎo)頂進(jìn)糾偏工作。

2.1.3 治理方法

1)重新調(diào)整千斤頂行程、頂力、頂速,或重新調(diào)整千斤頂?shù)陌惭b精度。2)對頂管后背進(jìn)行加固,防止位移繼續(xù)發(fā)展,并確保后背平整。3)糾偏前應(yīng)認(rèn)真分析頂進(jìn)曲線的發(fā)展趨勢,采取適當(dāng)?shù)募m偏量,循序漸進(jìn),切不可操之過急,適得其反。

2.2 地面沉降與隆起現(xiàn)象

2.2.1 原因分析

1)開挖斷面的取土量過多或過少,使掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)壓力與開挖土體壓力不平衡,造成地面沉降或隆起。2)管道軸線偏差,或糾偏不當(dāng)造成的地層土體損失。3)管道外圍環(huán)形空隙引起的地層土體損失,或頂管完成后未置換泥漿造成的土體損失。4)管道接口不嚴(yán)密,造成的水土流失。

2.2.2 防治措施

1)施工前應(yīng)對工程地質(zhì)條件和環(huán)境情況進(jìn)行周密細(xì)致的調(diào)查,制定切實(shí)可行的施工方案,對距離管道近的建筑物和其他設(shè)施采取相應(yīng)的加固保護(hù)措施。2)設(shè)置測力裝置,以便掌握頂進(jìn)壓力,保持頂進(jìn)壓力與前端土體壓力的平衡。3)嚴(yán)格控制頂管軸線偏差,執(zhí)行勤測量、勤糾偏、小量糾的操作方法。4)在頂進(jìn)過程中應(yīng)及時(shí)足量地注入符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的潤滑支承介質(zhì)填充管道外圍環(huán)形空隙。施工結(jié)束及時(shí)用水泥或粉煤灰等置換潤滑泥漿。5)嚴(yán)格控制管道接口的密封質(zhì)量,防止?jié)B漏。

2.3 頂力突然增大現(xiàn)象

2.3.1 原因分析

1)土層塌方,或掘進(jìn)機(jī)前端遇障礙物,使摩阻力增大。2)管道軸線偏差形成彎曲,使摩阻力增大。3)減阻介質(zhì),膨潤泥漿配比不當(dāng)或注入不及時(shí),或注入量不足,減阻效果降低,使摩阻力增大。4)頂進(jìn)設(shè)備油泵、油缸、油路發(fā)生故障。5)頂進(jìn)施工中,因故停頂時(shí)間過久,潤滑泥漿失水后,使減阻效果降低。

2.3.2 防治措施

1)頂進(jìn)過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行勤測量、勤糾偏、小量糾的操作要求,使管道軸線被控制在允許偏差范圍以內(nèi)。2)按不同地質(zhì)條件配制適宜的泥漿,并采取同步注漿的方法,及時(shí)足量地注入泥漿。3)頂進(jìn)施工前應(yīng)對頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)真的檢修保養(yǎng)。4)停頂時(shí)間不能過久,發(fā)生故障應(yīng)及時(shí)加以排除。

2.3.3 治理方法

發(fā)生頂力過大的情況時(shí),應(yīng)立即停止頂進(jìn),查找原因,判明情況后采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。

2.4 鋼筋混凝土管道接口滲漏現(xiàn)象

2.4.1 原因分析

1)管節(jié)和密封材料質(zhì)量不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或在運(yùn)輸、裝卸、安裝過程中管節(jié)被損壞。2)管道軸線偏差過大,造成接口錯(cuò)位,間隙不均勻填充材料不密實(shí)。3)接口或止水裝置選型不當(dāng)。

2.4.2 預(yù)防措施

1)嚴(yán)格執(zhí)行管節(jié)和接口密封材料的驗(yàn)收制度。2)嚴(yán)格控制管道軸線,按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程進(jìn)行施工。3)在管節(jié)的運(yùn)輸、裝卸、碼放、安裝過程中,應(yīng)做到吊(支)點(diǎn)正確,輕裝輕卸,保護(hù)措施得當(dāng)。4)認(rèn)真進(jìn)行接口和止水裝置的選型。

2.4.3 治理方法

可采用環(huán)氧水泥砂漿或化學(xué)注漿的方法進(jìn)行處理。

2.5 鋼筋混凝土管節(jié)裂縫現(xiàn)象

2.5.1 原因分析

1)管節(jié)質(zhì)量不合格。2)頂進(jìn)過程中頂力超過管節(jié)的承壓強(qiáng)度使管節(jié)損壞,或軸線偏差過大,致使管節(jié)應(yīng)力集中而損壞。3)運(yùn)輸、裝卸、碼放安裝方法不當(dāng),造成管節(jié)損壞。

2.5.2 預(yù)防措施

1)嚴(yán)格執(zhí)行各管節(jié)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。2)頂進(jìn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制管道軸線偏差,控制頂力在管節(jié)允許的承壓范圍以內(nèi)。3)在管節(jié)運(yùn)輸過程中應(yīng)采取管墊等保護(hù)措施,并應(yīng)做到吊(支)點(diǎn)正確,輕裝輕卸。

2.5.3 治理方法

應(yīng)認(rèn)真分析裂縫產(chǎn)生的原因和性質(zhì),根據(jù)不同受力情況,分別采取不同的治理方法,處理后應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)原有的承載能力、整體性。

2.6 頂管前端正面土體擁塌現(xiàn)象

2.6.1 原因分析

1)前端土層性質(zhì)發(fā)生變化,頂進(jìn)量過小,沒有起到防護(hù)和平衡的作用。2)遇有流砂情況。

2.6.2 預(yù)防措施

1)頂進(jìn)施工中應(yīng)采取短開挖、勤頂進(jìn)的方法,嚴(yán)禁超挖,并隨時(shí)注意到土質(zhì)的變化情況,以便采取相應(yīng)措施防止明塌。2)認(rèn)真做好土體的降水工作。

2.7 控制沉降措施

施工前,在頂管段用全站儀對設(shè)計(jì)圖中的控制點(diǎn)和控制樁等進(jìn)行復(fù)測、校核,定出管中線、起止位置和范圍的精確位置,同時(shí)根據(jù)施工需要布置施工平面控制網(wǎng),測出原地面高程數(shù)據(jù)。具體量測時(shí),在地面上每20 m布置一個(gè)測量斷面,每3 m～5 m埋設(shè)一個(gè)測點(diǎn);沉降觀測必須保證每天一次,對于頂進(jìn)頭處加強(qiáng)控制要求每天上、下午各觀測一次。每次測量完后,及時(shí)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析和信息反饋,指導(dǎo)施工,以便及時(shí)采取措施,將地面沉降控制在最小范圍內(nèi)。

2.8 鋼筋混凝土頂管糾偏的一般規(guī)律

1)糾偏應(yīng)在頂進(jìn)過程中進(jìn)行。在靜止?fàn)顟B(tài)糾偏,首先,糾偏力大,土質(zhì)越硬,糾偏力越大。其次,靜止糾偏測點(diǎn)偏差有時(shí)反而增大。頂進(jìn)中糾偏,糾偏量逐漸增加,不會(huì)發(fā)生上述情況。第三,糾偏會(huì)對第一段鋼筋混凝土管產(chǎn)生較大的不均勻應(yīng)力。2)鋼筋混凝土管糾偏比較靈敏,只要掘進(jìn)機(jī)能開挖出洞穴,后續(xù)管段就能順著洞穴跟進(jìn)。所以鋼筋混凝土頂管的糾偏角不宜過大,否則會(huì)造成軸線較大的彎曲。3)第一段管段的長度不宜過長。管段越短越有利于糾偏,管段長會(huì)影響糾偏的靈敏度。糾偏后的效果要滯后,這是因?yàn)闄C(jī)頭測點(diǎn)與機(jī)頭端面有一定距離。糾偏后的效果,至少要頂進(jìn)這一距離以后才能反映出來。為了及時(shí)的知道機(jī)頭前端的偏差,可通過測點(diǎn)的偏差,第二節(jié)管的斜率和掘進(jìn)機(jī)頭的糾偏角推算。4)在糾偏角不變的情況下,管道的轉(zhuǎn)彎半徑基本一致。所以施工中應(yīng)繪制管道測點(diǎn)的行進(jìn)軌跡。該軌跡曲線能預(yù)示出偏差的發(fā)展趨勢,幫助操作人員不失時(shí)機(jī)地改變糾偏角,避免產(chǎn)生軸線過度彎曲。5)鋼筋混凝土頂管遇糾偏失靈,多數(shù)的原因是遇到了軟弱土層、不均勻地層,或者是覆蓋層太薄,因?yàn)榧m偏需要有一定的地基反力。為了避免糾偏失靈,事先應(yīng)采取措施,例如進(jìn)行地基加固。

3 結(jié)語

頂管工藝越來越多的運(yùn)用于現(xiàn)在的城市建設(shè)中。頂管工藝作為高效、便捷的管道施工設(shè)施,已經(jīng)開始大量的使用。隨著新興技術(shù)在工程實(shí)例中的使用,建設(shè)者將不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn),改進(jìn)工藝。

[1] 鄒小德.鐵路頂管施工技術(shù)研究與應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(8):158-159.