淺談頂管施工常見問題及其防治

鄧春穎 宋亞剛

隨著我國經濟建設迅速發展,城市規模日益擴大,城市建設也迅速的發展。由于發展的速度越來越快,城市化不斷擴大,對于后來的開發建設者來說,開發的條件越來越受限制。而原有的一些市政設施沒有幾年就陳舊、能效降低了,特別是市政管網的破壞率尤其突出,要對其不斷的改造擴建。傳統的開挖鋪設施工工藝嚴重影響城市環境和交通。

1 頂管工程的技術特點

非開挖技術為創建都市的安寧環境造就了勃勃生機,而頂管技術是非開挖技術的重要組成部分。這種技術具有許多優勢:1)頂管施工是頂管儲管技術的一種,其在國外已廣泛使用,在國內也已逐漸普及。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行環境保護的施工方法,堪稱為環境保護施工時的環境保護。2)管頂施工不開挖地面,故而被鋪設管道的上部土層未經擾動,管道的管節端不易產生段差變形,其管壽命亦大于開挖法埋管。3)采用房下頂管施工法能節約一大筆征地拆遷費用,減少動遷用房,縮短管線長度,有很大的經濟效益。4)頂管工藝不僅僅用于管線鋪設,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,它不僅僅在鋪設管線,在管棚施工方面也具有優勢。5)隨著頂管施工范圍的擴大,頂管機械的性能越來越適合各種土質。頂管特別適用于中小型管徑管道的非開挖鋪設。與其他開挖設備相比,其具有獨特的優點。

2 頂管施工常見問題及其防治

2.1 管道軸線偏差過大現象

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,形成導向偏差,造成管道軸線偏差。2)頂管后背發生位移或不平整,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生偏差。

2.1.2 預防措施

1)頂管施工前應對管道通過地帶的地質情況認真調查。設置測力裝置,指導糾偏。糾偏應按照勤測量、勤糾偏、小量糾的操作方法進行。2)采用同種規格的千斤頂,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)加強頂管后背施工質量的控制,確保后背不發生位移,并應使后背平整,以保證頂進設備的安裝精度。4)頂進過程中應隨時繪制頂進曲線,以利指導頂進糾偏工作。

2.1.3 治理方法

1)重新調整千斤頂行程、頂力、頂速,或重新調整千斤頂的安裝精度。2)對頂管后背進行加固,防止位移繼續發展,并確保后背平整。3)糾偏前應認真分析頂進曲線的發展趨勢,采取適當的糾偏量,循序漸進,切不可操之過急,適得其反。

2.2 地面沉降與隆起現象

2.2.1 原因分析

1)開挖斷面的取土量過多或過少,使掘進機推進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,或糾偏不當造成的地層土體損失。3)管道外圍環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)管道接口不嚴密,造成的水土流失。

2.2.2 防治措施

1)施工前應對工程地質條件和環境情況進行周密細致的調查,制定切實可行的施工方案,對距離管道近的建筑物和其他設施采取相應的加固保護措施。2)設置測力裝置,以便掌握頂進壓力,保持頂進壓力與前端土體壓力的平衡。3)嚴格控制頂管軸線偏差,執行勤測量、勤糾偏、小量糾的操作方法。4)在頂進過程中應及時足量地注入符合技術標準的潤滑支承介質填充管道外圍環形空隙。施工結束及時用水泥或粉煤灰等置換潤滑泥漿。5)嚴格控制管道接口的密封質量,防止滲漏。

2.3 頂力突然增大現象

2.3.1 原因分析

1)土層塌方,或掘進機前端遇障礙物,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,膨潤泥漿配比不當或注入不及時,或注入量不足,減阻效果降低,使摩阻力增大。4)頂進設備油泵、油缸、油路發生故障。5)頂進施工中,因故停頂時間過久,潤滑泥漿失水后,使減阻效果降低。

2.3.2 防治措施

1)頂進過程中應嚴格執行勤測量、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。2)按不同地質條件配制適宜的泥漿,并采取同步注漿的方法,及時足量地注入泥漿。3)頂進施工前應對頂進設備進行認真的檢修保養。4)停頂時間不能過久,發生故障應及時加以排除。

2.3.3 治理方法

發生頂力過大的情況時,應立即停止頂進,查找原因,判明情況后采取相應措施進行處理。

2.4 鋼筋混凝土管道接口滲漏現象

2.4.1 原因分析

1)管節和密封材料質量不符合技術標準或在運輸、裝卸、安裝過程中管節被損壞。2)管道軸線偏差過大,造成接口錯位,間隙不均勻填充材料不密實。3)接口或止水裝置選型不當。

2.4.2 預防措施

1)嚴格執行管節和接口密封材料的驗收制度。2)嚴格控制管道軸線,按技術標準和操作規程進行施工。3)在管節的運輸、裝卸、碼放、安裝過程中,應做到吊(支)點正確,輕裝輕卸,保護措施得當。4)認真進行接口和止水裝置的選型。

2.4.3 治理方法

可采用環氧水泥砂漿或化學注漿的方法進行處理。

2.5 鋼筋混凝土管節裂縫現象

2.5.1 原因分析

1)管節質量不合格。2)頂進過程中頂力超過管節的承壓強度使管節損壞,或軸線偏差過大,致使管節應力集中而損壞。3)運輸、裝卸、碼放安裝方法不當,造成管節損壞。

2.5.2 預防措施

1)嚴格執行各管節質量驗收標準。2)頂進時應嚴格控制管道軸線偏差,控制頂力在管節允許的承壓范圍以內。3)在管節運輸過程中應采取管墊等保護措施,并應做到吊(支)點正確,輕裝輕卸。

2.5.3 治理方法

應認真分析裂縫產生的原因和性質,根據不同受力情況,分別采取不同的治理方法,處理后應能保證結構原有的承載能力、整體性。

2.6 頂管前端正面土體擁塌現象

2.6.1 原因分析

1)前端土層性質發生變化,頂進量過小,沒有起到防護和平衡的作用。2)遇有流砂情況。

2.6.2 預防措施

1)頂進施工中應采取短開挖、勤頂進的方法,嚴禁超挖,并隨時注意到土質的變化情況,以便采取相應措施防止明塌。2)認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計圖中的控制點和控制樁等進行復測、校核,定出管中線、起止位置和范圍的精確位置,同時根據施工需要布置施工平面控制網,測出原地面高程數據。具體量測時,在地面上每20 m布置一個測量斷面,每3 m～5 m埋設一個測點;沉降觀測必須保證每天一次,對于頂進頭處加強控制要求每天上、下午各觀測一次。每次測量完后,及時對測量數據進行回歸分析和信息反饋,指導施工,以便及時采取措施,將地面沉降控制在最小范圍內。

2.8 鋼筋混凝土頂管糾偏的一般規律

1)糾偏應在頂進過程中進行。在靜止狀態糾偏,首先,糾偏力大,土質越硬,糾偏力越大。其次,靜止糾偏測點偏差有時反而增大。頂進中糾偏,糾偏量逐漸增加,不會發生上述情況。第三,糾偏會對第一段鋼筋混凝土管產生較大的不均勻應力。2)鋼筋混凝土管糾偏比較靈敏,只要掘進機能開挖出洞穴,后續管段就能順著洞穴跟進。所以鋼筋混凝土頂管的糾偏角不宜過大,否則會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,管段長會影響糾偏的靈敏度。糾偏后的效果要滯后,這是因為機頭測點與機頭端面有一定距離。糾偏后的效果,至少要頂進這一距離以后才能反映出來。為了及時的知道機頭前端的偏差,可通過測點的偏差,第二節管的斜率和掘進機頭的糾偏角推算。4)在糾偏角不變的情況下,管道的轉彎半徑基本一致。所以施工中應繪制管道測點的行進軌跡。該軌跡曲線能預示出偏差的發展趨勢,幫助操作人員不失時機地改變糾偏角,避免產生軸線過度彎曲。5)鋼筋混凝土頂管遇糾偏失靈,多數的原因是遇到了軟弱土層、不均勻地層,或者是覆蓋層太薄,因為糾偏需要有一定的地基反力。為了避免糾偏失靈,事先應采取措施,例如進行地基加固。

3 結語

頂管工藝越來越多的運用于現在的城市建設中。頂管工藝作為高效、便捷的管道施工設施,已經開始大量的使用。隨著新興技術在工程實例中的使用,建設者將不斷的總結經驗,改進工藝。

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