过江顶管纠偏施工措施分析与应用研究

1、 过江顶管纠偏施工措施分析与应用研究 2.北京理工大学珠海学院 珠海 519088【摘要】结合珠海横琴新区1.6m钢管顶管道穿越643m珠江马骝洲水道的工程实例，介绍了软土地区过江顶管施工易产生的问题，分析了管道顶进偏位问题产生的原因，并提出了反向顶管、水底对接的针对性措施。工程实践表明，该措施有效解决了过江顶管发生偏位导致的问题，为今后同类工程提供参考。【关键词】过江顶管；纠偏施工；水底对接；措施0 引言随着我国城市化进程加速推进，市政排水建设面临新的特点：0.1城市人口激增、城市不断外扩城市人口激增，带来城市日常运行对排水工程依赖程度不断增加，一旦出现排水不畅甚至反流，将严重影响市民正常的

2、生活居住环境。同时，新兴城区不断规划、城市外扩，根据污水“集中收集、集中处理”要求，新旧城区之间的污水收集与处理系统急需接驳连通。0.2 基础设施复杂城市人口密度大、车辆多，地表建筑密集，地下浅层布设有包括电缆、天然气管道、通信光纤等错综复杂的线路及管道，深层管线按照开挖、埋设的方法代价高昂、对市民生产生活的影响过大。0.3 施工时间紧张为快速解决排水系统对人们生产生活造成的影响，管道施工时间非常有限，需要提高工率和确保不发生意外，对管道建设的施工技术以及管理水平提出了考验。顶管技术是在不开挖地表的情况下， 使用液压顶进工作站将需要铺设的管道从顶进工作井中顶入，从接收井中顶出，以完成管道铺设的

3、施工技术。因其对管道行经的地表无需进行改造或造成影响较小，施工效率较高且节省大量投资和时间，在城市排水施工中广泛应用。11 工程概况1.1 过江管道概况横琴污水调往南区污水厂泵站及管网工程过江污水管采用顶管法施工，顶管管径采用dn1600 钢管（顶管内套dn900钢管污水管），全长643 m，穿越珠江马骝洲水道，为过江顶管。顶管中心标高-15.00至-14.37 m，管顶覆土不小于6m，向上1坡度。顶管工作井内径15.5m，总高24.7m，接收井内径8m，总高22.57m。图1 为顶管过江示意图。图1 顶管过江示意图1.2 工程地质情况根据勘察报告，管道施工范围内普遍分布海陆交互相沉积层软土，

4、顶管所穿越的土层位于淤泥层中，该土层厚度较厚，珠江水道段部分淤泥深度达-32.95m至-40.22m，呈流塑状，工程性质差，强度低、渗透性差、可压缩性高、灵敏度高，具触变性和流变性，受到扰动后很快变成稀释状态，极易发生滑动变形。2 软土顶管施工中常见问题及控制2.1顶管偏位及控制在实际推进过程中，顶管实际轴线和设计轴线总是存在一定的偏差，为减小顶管实际轴线和设计轴线间的偏差，以按设计要求的轴线、坡度进行管道布设，主要依靠机头纠偏完成。顶管机头内部采取吊盘球观测机头姿态，控制工具管扭转及坡度。顶管纠偏遵循“勤测勤纠、预测缓纠、预纠强纠”的原则：（a）勤测勤纠：在正常推进、顶管实际轴线偏差较小的情

5、况下，顶管每推进一个冲程，测量一次机头轴线及标高偏差情况，并结合机头前进的趋势情况，及时进行有效的纠偏。（b）预测缓纠：如果顶管实际轴线偏差较大，则需要根据管前进偏离的趋势，调整机头纠偏角度。但纠偏校正应缓缓进行，每次纠偏角度要小，不得猛纠硬调。要使管节逐渐复位到设计轴线，避免相邻两段管节间形成的折角过大。（c）预纠强纠：如果顶管实际轴线偏差很大，且机头前进偏离趋势加大，在常规纠偏方法失效时，可谨慎采取预纠强纠等其他措施。预纠强纠即改变管道连接间隙，人为地调整管子的张角，使工具管后部管道整体保持反向趋势，进行强制纠偏。2.2 机头顶进中失稳及控制由于受制于管节密封及张角的限制，顶管很难做出大角

6、度的纠偏。顶管穿越土质压缩性较高的软土时，若外部土体在径向分力的影响下持续产生微量的压缩位移，将会不断削弱机头的纠偏能力，造成机头越来越偏离设计轴线，造成机头或管节折角处应力集中出现变形、开裂。这对顶管施工来说，其影响是致命的。针对该问题，可在机头后续跟进的部分管节设计预纠偏段，安装纠偏辅助装置扩散纠偏产生的径向分力，减少纠偏动作对土体产生的压强及应力集中现象；亦可在不影响管节止水性能的情况下扩大纠偏的有效角度。23 实际施工问题及针对性措施3.1调节转向千斤顶纠偏措施项目顶管选用泥水平衡机。顶管开始施工后均较为顺利，机头行进至517m处发生较大下沉（顶进第57节，每条管长9m，机头4m）时，

7、实测机头下沉20cm，机头与管道连接板发生局部变形。随即项目按照预案采取了常规的加固、调节措施：在连接机头处管道的上口加焊牛腿3个，用直径27cm螺杆进行连接加固；同时调节转向千斤顶纠偏。加固完毕并调节千斤顶调节机头方向后继续顶进，第58节顶进7.5m后（机头位于524.5m）总下沉已达45cm。考虑到机头下沉达45cm且下沉趋势仍难以控制，管道停止顶进。3.2牵引、压重纠偏措施为分析解决机头下沉问题，项目参建各方召开专题会议，邀请多位顶管专家参与了讨论。会上对发生下沉的原因进行了分析，认为是水道长年积淤致使河底局部地质突变，下卧层非常软弱导致了机头下沉。为度过地基软弱段，项目采用了江上起吊牵

8、引的纠偏措施。在机头内开孔（50mm）安装钢索从外侧环绕机头并引出水面，用船吊通过钢索使顶管机头吊微向上。第59节管顶完时（机头位于535m），机头处已恢复至设计管中标高，撤除牵引；第61节顶完时（机头位于553m），机头上偏25cm；第62节管顶进5m时（机头位于558m）时，已上偏共53cm。针对机头上偏的状态，项目采取了在机头舱压重的措施。用4t铁块在加载后，继续开始顶第62节管，顶进约0.8m时机头就已经上偏22cm（加原上偏53cm，总计上偏75cm），同时，钢管折弯处出现约3m长大裂隙，裂缝宽度约2cm，淤泥进入管内。3.3反向顶管水底对接参建各方再次组织专题会议研究顶管的上偏处理

9、。会议认为由于船吊受风浪影响牵引力难以控制，导致未能按照“预测微纠”要求纠偏，机头向上调整的角度过大，短距离内管道先下行后上行，形成了一个折角。折角处外部土体在水平顶推分力的影响下持续产生微量的压缩位移，造成削弱机头的纠偏能力，前端机头因而继续上偏；同时，管道折角处也因水平顶推力继续加大发生变形，导致管道出现较大弯矩而开裂。管道弯折对顶管施工极其不利，再强行顶进可能会造成更加严重的后果。综合考虑施工效率和的可行性，会议要求对已开裂管道进行加强处理，并提出了从接收井用反向顶进、水底对接的顶管方案。反顶对接利用原接收井作为工作井，采用dn2200的钢管，单向顶进80m，管道穿越马骝洲北侧堤岸、水道

10、的淤泥质土层，顶管段的管道中心深度-14.37m。反向顶管采用特制的带对接头的气压平衡工具管头。图2 定制对接工具管头为保证先后从水道两侧顶进的两条管道能够在水底顺利对接，需要精确测量dn1600管头位置。项目通过全站仪、精密垂直仪多次测量、纠差，在顶管井顶部、底部的观测点设定固定的坐标联系，将工作井顶部与接收井顶部、dn1600机头与工作井底部、dn2200工具管头与接收井底部三组相对坐标联系起来，以固定的工作井、接收井、dn1600机头位置设定了独立的三维坐标系，指导控制dn2200反顶工具管头的精确对接。虽然采用了dn2200的大直径工具管头，但为顺利对接，反向顶管机头进入连接位置前，位

11、置偏差必须控制在20cm以内，顶管偏位控制极为重要。反向顶管顶进过程中，项目组织两个测量班组，各自使用全站仪器观测顶管机的坐标，每推进3.0m各记录一次，测量数据吻合则继续顶进。遇出现偏差需纠偏以及接近对接管头15m范围内，加强测量的频率，每顶进1m暂停施工并各自对坐标测量一次，以正确引导反向顶管的机头方向。最终顶管在水底顺利对接，连接部分注水泥浆进行封闭后，用钢板焊接连接dn1600管头dn2200反向顶管的特制管头。施工工序见下图。图3 反顶对接施工工序4 结论在非常软弱地质条件下的顶管建设，一是要在加密勘察补孔，避免遗漏地质突变点增大管道失稳风险；二是顶管设备选择时，根据具体地质条件优先考虑预设辅助纠偏管节；三是实施中加强管道纠偏措施的管理，真正做到“勤测勤纠”、“预测缓纠”。在常规纠偏措施无法挽回的情况下，钢管顶管道穿越珠江马骝洲水道施工通过科学测量控制和特制反顶设备，反向顶管、水底对接了两条管道，保证了背景工程的顺利实施，在工期内完成了污水管道的连通，避免了水道中设置中继井对航道和环境的影响、避免了重新选线顶管的经济和工期损失。通过项目实践表明了反向顶管、