大口徑頂管施工技術(shù)難點(diǎn)及解決措施分析

賈 瀟 婷

(山西誠(chéng)信市政建設(shè)有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

頂管施工(又稱為頂管法施工)是一種不開挖或者少開挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。頂管施工的原理就是借助于大型機(jī)械設(shè)備的推力，將掘進(jìn)機(jī)從一側(cè)的工作坑內(nèi)穿過土層，一直到設(shè)備推進(jìn)到另一側(cè)的接收坑內(nèi)。隨著推進(jìn)的不斷進(jìn)行，管道將會(huì)緊隨掘進(jìn)機(jī)，嵌入到兩坑之間。因此，頂管施工就是依靠頂力去對(duì)抗管道與四周土體的摩擦力，實(shí)現(xiàn)將管道按照預(yù)先設(shè)計(jì)的指標(biāo)植入土體之中，并且在施工過程中隨時(shí)將土方運(yùn)走。在具體的施工過程中，當(dāng)一節(jié)管道被設(shè)備植入土體之后，后續(xù)的管道繼續(xù)跟進(jìn)。

在當(dāng)前的各種大型地下工程中，頂管施工技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。例如，我國(guó)就在地下深層停車庫、市政給水排水工程、電力通信設(shè)備鋪設(shè)、天然氣管道鋪設(shè)以及城市地下人行通道和車站地鐵出入口通道等各種類型的地下工程中使用了頂管施工技術(shù)。頂管施工技術(shù)不但避免了土體的開挖，還能夠廣泛應(yīng)用于各種具有不利施工因素的場(chǎng)地。例如普通施工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的含水豐富的粉砂土層、淤泥層等復(fù)雜地質(zhì)條件的施工場(chǎng)地。

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，人們對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)注度越來越高，并且希望在市政建設(shè)過程中能夠最大限度地降低對(duì)城市正常生產(chǎn)生活的影響，這就需要在各種設(shè)計(jì)地下土體的施工過程中運(yùn)用頂管施工技術(shù)，特別是對(duì)大口徑頂管施工的需求十分迫切。為此，文中討論了在應(yīng)用大口徑頂管施工過程中存在的技術(shù)難題和相應(yīng)解決措施，以期為類似工程提供一定的參考與借鑒。

1 頂管施工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

頂管施工技術(shù)從出現(xiàn)至今，也在不斷的改進(jìn)，各種新型的性能優(yōu)良的應(yīng)用于頂管施工的設(shè)備也不斷被研發(fā)和使用。到目前為止，已經(jīng)衍生出了多種頂管施工技術(shù)手段，例如氣壓平衡頂管、泥水平衡頂管等。值得注意的是，無論是施工過程中采用哪一種頂管，其基本原理都是利用大型機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)大推力，將管道推進(jìn)到土層之中。隨著管道推進(jìn)的不斷深入，用于施工的頂管就自然地被兩坑之間的土體所埋沒，在不開挖土體的前提下，實(shí)現(xiàn)了地下管道施工。

當(dāng)今城市的各種地下管道施工過程中，已經(jīng)很普遍的在應(yīng)用頂管施工技術(shù)。相比頂管施工進(jìn)入工程實(shí)踐的初期，施工技術(shù)水平也在實(shí)際工程的不斷檢驗(yàn)中得到顯著的提升。目前，衡量一個(gè)企業(yè)是否能夠承擔(dān)大型工程項(xiàng)目，首先就要勘察這個(gè)企業(yè)是否具備頂管施工的能力?？梢哉f，頂管施工技術(shù)已經(jīng)成為各個(gè)建筑企業(yè)生存和發(fā)展所必須掌握的一門施工技術(shù)。在地下施工過程中，特別是城市地下管道的施工過程中，就要求減少對(duì)市民正常生活和城市生產(chǎn)的影響。例如，在城市地下施工過程中，要充分考慮到對(duì)城市現(xiàn)有交通、地下管道(供水、排水、供電、通信等)、地面建筑的影響問題。利用頂管施工技術(shù)，就可以最大限度地避免這些問題的出現(xiàn)或者降低影響。隨著頂管施工技術(shù)的不斷成熟與新型大推力頂管施工設(shè)備不斷問世，目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)一次頂進(jìn)幾百米。此外，對(duì)于有特殊要求的工程項(xiàng)目，可以實(shí)現(xiàn)一次頂進(jìn)上千米。

盡管頂管施工技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但是在實(shí)際的頂管施工過程中，特別是長(zhǎng)距離大口徑的頂管施工過程中，經(jīng)常面對(duì)著工程量巨大、工期緊張、工程質(zhì)量要求高、施工場(chǎng)地距離居民生活區(qū)較近等多項(xiàng)復(fù)雜因素的綜合影響。因此，對(duì)于長(zhǎng)距離大口徑的頂管施工項(xiàng)目，要特別注意頂管施工過程中的頂力管控、頂進(jìn)糾偏等難點(diǎn)問題。對(duì)于可能出現(xiàn)的施工問題，要積極做好預(yù)防，采取主動(dòng)措施，切實(shí)保證市政工程建設(shè)中的頂管施工質(zhì)量，維護(hù)社會(huì)和諧與穩(wěn)定。

2 當(dāng)前大口徑頂管施工的技術(shù)難點(diǎn)及相應(yīng)的解決措施

2.1 控制頂管頂力問題

大口徑頂管施工過程中，頂管的頂力控制是一個(gè)施工難題。特別是在頂管機(jī)出洞時(shí)，更加需要精準(zhǔn)的頂管頂力控制措施。如果不能夠有效控制頂管頂力，很容易出現(xiàn)頂管機(jī)的旋轉(zhuǎn)與上飄，影響施工質(zhì)量的同時(shí)，給工程項(xiàng)目帶來了安全隱患。

針對(duì)此問題，我們可以在實(shí)際的頂管施工過程中，采用刀盤正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)頂管機(jī)的大轉(zhuǎn)角調(diào)整。通過頂管機(jī)的調(diào)整，迅速地將頂進(jìn)速度降下來。此項(xiàng)措施的重點(diǎn)是需要在頂管機(jī)即將出洞的時(shí)候，迅速降低頂管機(jī)的頂進(jìn)速度。并且，通過這種方式，還能夠有效減少頂管機(jī)的壓力，降低頂管機(jī)在出洞過程中出現(xiàn)失誤的可能。

2.2 頂管糾偏問題

通常情況下，在頂管施工過程中，頂管的偏差值需要控制在預(yù)先設(shè)計(jì)的中心線50 mm以內(nèi)。一旦實(shí)際施工過程中，頂管偏離這個(gè)范圍，就需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行頂管糾偏。頂管糾偏是頂管施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。尤其是在長(zhǎng)距離大口徑的頂管施工過程中，必須要將頂管糾偏放在第一位。經(jīng)過對(duì)出現(xiàn)頂管施工過程中管道偏離軸線的事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，筆者認(rèn)為出現(xiàn)管道軸線偏差的主要原因包括以下幾個(gè)方面：首先，頂管后背墻出現(xiàn)了位移或者后背墻凹凸不平。其次，頂進(jìn)土體的土質(zhì)出現(xiàn)變化，造成頂進(jìn)機(jī)在頂進(jìn)過程中的阻力不均勻。最后，千斤頂不能同步動(dòng)作或者頂力相差較大，造成頂力合力線偏移。

為了解決管道偏離預(yù)設(shè)中心線的問題，施工時(shí)可以在頂管施工的過程中，采用下面幾個(gè)措施，防范和處理頂管施工中的管道偏差：

第一，在頂管施工之前，制定與落實(shí)相應(yīng)的管道偏差預(yù)防措施。首先，在頂管施工的設(shè)計(jì)階段或者頂管施工開始之前，施工單位必須要安排專業(yè)人員對(duì)頂管施工過程中的自然環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格的勘察。重點(diǎn)要勘察的內(nèi)容是管道通過地區(qū)的地質(zhì)條件與水文條件。施工單位切不可盲目自信，必須要根據(jù)勘察結(jié)果科學(xué)合理地設(shè)計(jì)施工方案，杜絕在不勘察或者勘察不徹底的情況下，盲目地設(shè)計(jì)頂管施工的管道糾偏。其次，要確保施工過程中，管道的行程、頂速以及頂力都一致，這就需要采用同規(guī)格的千斤頂。利用這些同規(guī)格的千斤頂管道與預(yù)設(shè)中心線吻合。

第二，需要科學(xué)合理地計(jì)算管道受力，確保后背墻穩(wěn)定可靠。還要在施工過程中，嚴(yán)格控制施工材料質(zhì)量，保證背景墻的鋼混凝土強(qiáng)度等符合質(zhì)量要求，堅(jiān)決杜絕頂管過程中出現(xiàn)后背墻移動(dòng)的問題。此外，還要保證后背墻的平整度滿足設(shè)備對(duì)平整度的精度要求。為了確保后背墻的平整度，降低由于平整度不合格引發(fā)的管道偏離問題，必須要落實(shí)數(shù)據(jù)記錄制度，隨時(shí)記錄頂管施工過程中的各種數(shù)據(jù)，繪制相關(guān)曲線，以此作為管道糾偏的重要依據(jù)。

第三，在頂管施工過程中，要及時(shí)針對(duì)出現(xiàn)的管道偏差問題采取必須的糾偏措施。例如，一旦出現(xiàn)千斤頂受力不均引發(fā)的管道偏離問題，必要時(shí)需要停止施工，進(jìn)行測(cè)量評(píng)估后，重新安裝千斤頂。當(dāng)出現(xiàn)后背墻移動(dòng)時(shí)，需要及時(shí)對(duì)后背墻進(jìn)行加固處理，并保持后背墻的平整度。此外，還要及時(shí)根據(jù)收集的頂管施工數(shù)據(jù)，科學(xué)地分析管道行進(jìn)趨勢(shì)，最大限度地降低管道偏離概率，保證工程按期保質(zhì)完成。

2.3 出渣與通風(fēng)問題

在頂管進(jìn)入土層的過程中，頂管的走向基本都是自下往上頂進(jìn)。通過分析實(shí)際頂管施工問題表明，實(shí)際頂管施工過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于出渣受力導(dǎo)致的不穩(wěn)定引起的施工事故。另外，在長(zhǎng)距離大口徑頂管施工過程中，因?yàn)轫斶M(jìn)的距離較長(zhǎng)，頂進(jìn)工作井的深度通常較深。此時(shí)，頂進(jìn)洞內(nèi)部的空氣循環(huán)會(huì)出現(xiàn)問題。當(dāng)空氣循環(huán)速度過低時(shí)，定管作業(yè)產(chǎn)生的各種粉塵與各種有害氣體的聚集，對(duì)施工環(huán)境和操作人員帶來不利的影響。

為了解決頂管施工過程中的出渣與通風(fēng)問題，施工單位可以采取下列措施：

首先，在出渣設(shè)備上安裝制動(dòng)裝置，避免在出渣時(shí)出現(xiàn)施工事故。

其次，當(dāng)頂進(jìn)深度較深時(shí)，可以考慮安裝鼓風(fēng)機(jī)。效果最理想的是離心式鼓風(fēng)機(jī)。通過鼓風(fēng)機(jī)向工作面中壓入自然空氣。這樣就可以有效排除管道內(nèi)的污染氣體，提升空氣質(zhì)量，確保施工人員的人身安全。

此外，在施工過程中，施工人員必須要佩戴相應(yīng)的安全裝備以及氣體檢測(cè)設(shè)備，要做到出現(xiàn)問題時(shí)，能夠及時(shí)撤離，保證施工人員的生命安全。

3 結(jié)語

大口徑頂管施工是各種地下工程項(xiàng)目中的常用技術(shù)。為了保證施工效率，維護(hù)工程質(zhì)量，施工單位必須嚴(yán)格遵守相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)要求，積極研究與解決頂管施工的技術(shù)難點(diǎn)。在頂管施工過程中，要積極應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的施工問題，制定相應(yīng)的預(yù)防與應(yīng)急措施，切實(shí)提升頂管施工的工程質(zhì)量。