激光導(dǎo)向糾偏技術(shù)在反向手掘式頂管中的應(yīng)用

張宇光，凌永星

（遼河石油勘探局油田建設(shè)工程一公司，遼寧盤(pán)錦 124010）

激光導(dǎo)向糾偏技術(shù)在反向手掘式頂管中的應(yīng)用

張宇光，凌永星

（遼河石油勘探局油田建設(shè)工程一公司，遼寧盤(pán)錦 124010）

油氣管道穿越施工常用大開(kāi)挖的方法，但如果遇到穿越高速公路、鐵路等交通頻繁或無(wú)法阻斷交通的道路，大開(kāi)挖施工就無(wú)法實(shí)施，頂管穿越施工就成了主要的施工方式。在頂管施工過(guò)程中，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差或者頂管長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，混凝土涵管就位的準(zhǔn)確性比較難把握，會(huì)造成混凝土涵管彎曲和損壞等嚴(yán)重后果。本工法利用激光方向性好和光束集中的特性，將其運(yùn)用到頂管施工中，起到良好的導(dǎo)向糾偏作用。

頂管；激光導(dǎo)向；糾偏；反向頂進(jìn)

0 引言

手掘式頂管施工法是借助作業(yè)坑在埋地管前端人工挖土，用小型運(yùn)輸工具將挖出土經(jīng)管道運(yùn)出管外，當(dāng)管前端外形成一定空間后，利用液壓千斤頂將管頂進(jìn)至新土面的方法。如此反復(fù)操作，將一根整管頂進(jìn)后，再接新管繼續(xù)作業(yè)，直至貫通。為爭(zhēng)取時(shí)間，一般要求24 h不間斷作業(yè)。在一般地段，為了減少阻力，允許在管上半部范圍比管外皮超挖1～1.5 cm，但是在管下部135°范圍內(nèi)不準(zhǔn)超挖，以免發(fā)生管低頭現(xiàn)象。管前方可挖成鍋底形，根據(jù)不同的情況，前方允許超挖10～50 cm。

手掘式頂管法具有頂管的普遍優(yōu)點(diǎn)，即土方開(kāi)挖少，作業(yè)人員少，建設(shè)公害少，文明施工程度高，不影響交通及其上構(gòu) （建）筑物，不需拆遷，覆土深時(shí)更節(jié)省投資等，同時(shí)具有施工操作簡(jiǎn)便、設(shè)備少、施工成本低、施工進(jìn)度快等特點(diǎn)。在地下障礙較多且較大的條件下，手掘式頂管法常常是首選方式，因?yàn)檫@種方法排除障礙的可能性最大、最好。缺點(diǎn)是在頂進(jìn)管道尺寸較小的情況下，不方便多人操作，影響人工挖土，另外在管道中施工無(wú)參照物，方向不好控制。

1 頂管過(guò)程中的方向控制

目前頂管過(guò)程中方向控制的主要工作包括頂管前的測(cè)量放線、設(shè)備就位后的測(cè)量、頂管過(guò)程中的實(shí)時(shí)測(cè)量。測(cè)量工具有經(jīng)緯儀和全站儀等，測(cè)量方法主要有以下幾種。

1.1 連通管法

連通管法是在沒(méi)有儀器或者儀器難以架設(shè)的條件下使用的方法，所需工具有透明膠皮管和鋼尺等。將透明膠皮管灌滿(mǎn)水，兩頭堵死，將一端固定在頂進(jìn)第一根管的一側(cè)并做好標(biāo)記，另一端固定在操作坑壁上，兩端高度一致。通過(guò)觀察操作坑內(nèi)膠皮管液位的高低，即可判斷出涵管的上下位移。

1.2 三點(diǎn)一線法

三點(diǎn)一線法是依據(jù)三點(diǎn)一線的原理進(jìn)行測(cè)量的，此法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，容易操作，適用于儀器缺少或儀器難以架設(shè)、穿越距離短、精度要求低的情況，所需工具有膠皮水管、鐵尺、中心尺、水平尺以及線錐等。施工時(shí)，通過(guò)連通管確定外部基準(zhǔn)面，利用基準(zhǔn)面確定測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行第三點(diǎn)測(cè)量。依靠觀測(cè)第三點(diǎn)與標(biāo)記的偏差，即可判斷出管段是否偏移。

1.3 經(jīng)緯儀法

設(shè)定基準(zhǔn)點(diǎn)，利用經(jīng)緯儀進(jìn)行定點(diǎn)、定位測(cè)量，該方法簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確，測(cè)量效率高。經(jīng)緯儀測(cè)量法要求經(jīng)緯儀位置擺放合理，不得與現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備及施工作業(yè)沖突，同時(shí)擺放位置應(yīng)避免振動(dòng)。測(cè)量時(shí)，依靠觀測(cè)兩點(diǎn)的偏差，即可判斷出管段是否偏移。

1.4 激光法

把激光導(dǎo)向儀安裝在工作坑內(nèi)，根據(jù)液壓千斤頂型式確定激光導(dǎo)向儀位置，對(duì)于單頭千斤頂，導(dǎo)向儀可放置在管端靠邊位置；對(duì)于雙頭千斤頂，導(dǎo)向儀應(yīng)放置在管道中心軸位置。用墊鐵時(shí)將墊鐵在合適位置開(kāi)孔，以便激光射入?？稍诤罂勘硥︻A(yù)埋螺栓，將激光導(dǎo)向儀固定并測(cè)量出激光束絕對(duì)標(biāo)高，如圖1所示。管道底部的標(biāo)高已經(jīng)測(cè)定，在管道頂進(jìn)過(guò)程中工人通過(guò)激光束能直觀地觀察到管道軸線標(biāo)高的偏差和走向。結(jié)合管道的設(shè)計(jì)標(biāo)高和管道頂進(jìn)長(zhǎng)度，通過(guò)角尺和水平尺，能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)偏差并糾正。

2 反向頂管過(guò)程中激光導(dǎo)向的應(yīng)用

以往的頂管施工過(guò)程中曾出現(xiàn)下列事故：管道頂進(jìn)過(guò)程中管前端遇到障礙物，如果清除障礙物時(shí)間較長(zhǎng)，頂管不能連續(xù)作業(yè)；靠背頂墻受力計(jì)算不準(zhǔn)確，頂墻砌筑剛性不夠，頂進(jìn)過(guò)程中頂墻坍塌、破碎，被迫停工；管道上方開(kāi)挖控制高度未達(dá)到規(guī)范要求，超高開(kāi)挖，導(dǎo)致塌陷，使管道受擠壓產(chǎn)生的摩擦力大于千斤頂頂力。以上三種情況最嚴(yán)重的后果是管道不能繼續(xù)頂進(jìn)，已頂進(jìn)管道作廢，需要變更路由再次頂管施工，這樣不僅會(huì)耽誤工期，還會(huì)增加施工費(fèi)用；或者需要采用由另一側(cè)反向頂進(jìn)的辦法，這要求頂進(jìn)管道作業(yè)具有非常高的精確性，能保證兩側(cè)管道極好地對(duì)中契合。

反向頂管過(guò)程中采用激光導(dǎo)向技術(shù)正是利用了激光導(dǎo)向儀誤差小、精度高的優(yōu)點(diǎn)，消除了多次使用其他測(cè)量?jī)x器和工具造成的誤差，而且施工人員可以隨時(shí)自查和修正管道掘進(jìn)的偏差，完成反向頂進(jìn)。

反向頂進(jìn)與正向頂進(jìn)施工類(lèi)似，只是將原來(lái)的接收坑改成發(fā)送坑 （見(jiàn)圖2）。激光導(dǎo)向儀安裝位置和發(fā)射光束角度的準(zhǔn)確性成為反向頂進(jìn)施工成功的關(guān)鍵因素。

施工時(shí)每頂進(jìn)30 cm測(cè)量一次，觀察是否有偏差，如有偏差立即采取糾偏措施，管前挖土長(zhǎng)度達(dá)30cm后再頂進(jìn)。當(dāng)反向頂管前端與正向頂管前端距離達(dá)到2m時(shí)，再次測(cè)量管道軸向位置有無(wú)偏差，做最后一次糾偏；當(dāng)距離還剩下50 cm時(shí)將管前土挖通，如果兩管準(zhǔn)確對(duì)中，則一次性頂進(jìn)；如果稍有偏差，采取措施后再頂進(jìn)，讓承口與插口完美契合。

圖2 反向頂進(jìn)作業(yè)示意

3 工程實(shí)例

蘭鄭長(zhǎng)成品油管道是目前我國(guó)最大的一條成品油管道工程，其中位于孝感市孝南區(qū)境內(nèi)的應(yīng)城支線穿越京廣鐵路，此管道穿越對(duì)總體施工進(jìn)度起到至關(guān)重要的作用。前期勘察地層劃分為兩層：①粉質(zhì)黏土，呈灰黃色，可塑，稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等，搖震無(wú)反應(yīng)，層厚3.0 m；②中砂，呈灰黃色，濕，松散，粒徑5～20 mm約占70%，無(wú)黏性，光澤暗，僅揭露3.1 m。穿越長(zhǎng)度58 m，采用直徑1 500 mm、長(zhǎng)2 000 mm混凝土涵管。頂管施工前期過(guò)程較為順利，當(dāng)頂進(jìn)到38 m位置時(shí)，管前端遇到一根鋼筋混凝土制作的鐵路高壓線桿，由于管內(nèi)空間狹窄，無(wú)法展開(kāi)使用氣動(dòng)夯錘，只有靠人工開(kāi)鑿，經(jīng)過(guò)大約5天時(shí)間才將高壓線桿上下鑿斷。由于長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有連續(xù)施工，千斤頂已經(jīng)無(wú)法再繼續(xù)頂進(jìn)管道，因此采用激光導(dǎo)向儀反向頂進(jìn)辦法將全線貫通，并且兩管道契合良好，達(dá)到了質(zhì)量控制的要求。

[1]辛正，詹家民.一般頂管施工有幾種方法[J].市政技術(shù)，1981，（1）：62.

[2]曹白金，詹家民.激光指向儀在大口徑人工掘進(jìn)式頂管的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，（28）：52-53.

[3]閆福明.頂管穿越過(guò)程中的精度控制及缺陷處理[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2007，26（9）：53-54，6.

Application of Laser Guide Deviation Rectifying Technique in Pipe-pushing Construction by Reverse Manual Digging Method

ZHANG YU-guang（CNPC Liaohe First Construction Commpany，Panjin 124010， China），LING Yong-xin

In oil-gas pipeline crossing construction,when a pipeline has to cross express way or railway where the traffic is heavy or unable to be interrupted,the often used large excavation construction method can not be applied,the pipe-pushing construction method becomes the main construction option.In the pipe-pushing construction,if geological condition is poor or pipe-pushing length is relatively long,the positioning precision control of concrete culvert pipe is difficult and it may lead to some serious results such as pipe being bent and ruptured.The method described in this paper takes the advantage of the perfect directional and concentrative laser beam and achieves a good deviation rectifying effect in pipe-pushing construction.

pipe-pushing;laser directional guidance;deviation rectifying;pushing in reverse direction

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.04.012

張宇光 （1982-），男，遼寧朝陽(yáng)人，助理工程師，2005年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，從事油田地面建設(shè)工作。

2011-05-27