激光導向糾偏技術在反向手掘式頂管中的應用

張宇光，凌永星

（遼河石油勘探局油田建設工程一公司，遼寧盤錦 124010）

激光導向糾偏技術在反向手掘式頂管中的應用

張宇光，凌永星

（遼河石油勘探局油田建設工程一公司，遼寧盤錦 124010）

油氣管道穿越施工常用大開挖的方法，但如果遇到穿越高速公路、鐵路等交通頻繁或無法阻斷交通的道路，大開挖施工就無法實施，頂管穿越施工就成了主要的施工方式。在頂管施工過程中，當地質條件較差或者頂管長度較長時，混凝土涵管就位的準確性比較難把握，會造成混凝土涵管彎曲和損壞等嚴重后果。本工法利用激光方向性好和光束集中的特性，將其運用到頂管施工中，起到良好的導向糾偏作用。

頂管；激光導向；糾偏；反向頂進

0 引言

手掘式頂管施工法是借助作業坑在埋地管前端人工挖土，用小型運輸工具將挖出土經管道運出管外，當管前端外形成一定空間后，利用液壓千斤頂將管頂進至新土面的方法。如此反復操作，將一根整管頂進后，再接新管繼續作業，直至貫通。為爭取時間，一般要求24 h不間斷作業。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°范圍內不準超挖，以免發生管低頭現象。管前方可挖成鍋底形，根據不同的情況，前方允許超挖10～50 cm。

手掘式頂管法具有頂管的普遍優點，即土方開挖少，作業人員少，建設公害少，文明施工程度高，不影響交通及其上構 （建）筑物，不需拆遷，覆土深時更節省投資等，同時具有施工操作簡便、設備少、施工成本低、施工進度快等特點。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，因為這種方法排除障礙的可能性最大、最好。缺點是在頂進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參照物，方向不好控制。

1 頂管過程中的方向控制

目前頂管過程中方向控制的主要工作包括頂管前的測量放線、設備就位后的測量、頂管過程中的實時測量。測量工具有經緯儀和全站儀等，測量方法主要有以下幾種。

1.1 連通管法

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

1.2 三點一線法

三點一線法是依據三點一線的原理進行測量的，此法所需設備簡單，容易操作，適用于儀器缺少或儀器難以架設、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，通過連通管確定外部基準面，利用基準面確定測量點進行第三點測量。依靠觀測第三點與標記的偏差，即可判斷出管段是否偏移。

1.3 經緯儀法

設定基準點，利用經緯儀進行定點、定位測量，該方法簡單、快捷、準確，測量效率高。經緯儀測量法要求經緯儀位置擺放合理，不得與現場施工設備及施工作業沖突，同時擺放位置應避免振動。測量時，依靠觀測兩點的偏差，即可判斷出管段是否偏移。

1.4 激光法

把激光導向儀安裝在工作坑內，根據液壓千斤頂型式確定激光導向儀位置，對于單頭千斤頂，導向儀可放置在管端靠邊位置；對于雙頭千斤頂，導向儀應放置在管道中心軸位置。用墊鐵時將墊鐵在合適位置開孔，以便激光射入。可在后靠背墻預埋螺栓，將激光導向儀固定并測量出激光束絕對標高，如圖1所示。管道底部的標高已經測定，在管道頂進過程中工人通過激光束能直觀地觀察到管道軸線標高的偏差和走向。結合管道的設計標高和管道頂進長度，通過角尺和水平尺，能及時地發現偏差并糾正。

2 反向頂管過程中激光導向的應用

以往的頂管施工過程中曾出現下列事故：管道頂進過程中管前端遇到障礙物，如果清除障礙物時間較長，頂管不能連續作業；靠背頂墻受力計算不準確，頂墻砌筑剛性不夠，頂進過程中頂墻坍塌、破碎，被迫停工；管道上方開挖控制高度未達到規范要求，超高開挖，導致塌陷，使管道受擠壓產生的摩擦力大于千斤頂頂力。以上三種情況最嚴重的后果是管道不能繼續頂進，已頂進管道作廢，需要變更路由再次頂管施工，這樣不僅會耽誤工期，還會增加施工費用；或者需要采用由另一側反向頂進的辦法，這要求頂進管道作業具有非常高的精確性，能保證兩側管道極好地對中契合。

反向頂管過程中采用激光導向技術正是利用了激光導向儀誤差小、精度高的優點，消除了多次使用其他測量儀器和工具造成的誤差，而且施工人員可以隨時自查和修正管道掘進的偏差，完成反向頂進。

反向頂進與正向頂進施工類似，只是將原來的接收坑改成發送坑 （見圖2）。激光導向儀安裝位置和發射光束角度的準確性成為反向頂進施工成功的關鍵因素。

施工時每頂進30 cm測量一次，觀察是否有偏差，如有偏差立即采取糾偏措施，管前挖土長度達30cm后再頂進。當反向頂管前端與正向頂管前端距離達到2m時，再次測量管道軸向位置有無偏差，做最后一次糾偏；當距離還剩下50 cm時將管前土挖通，如果兩管準確對中，則一次性頂進；如果稍有偏差，采取措施后再頂進，讓承口與插口完美契合。

圖2 反向頂進作業示意

3 工程實例

蘭鄭長成品油管道是目前我國最大的一條成品油管道工程，其中位于孝感市孝南區境內的應城支線穿越京廣鐵路，此管道穿越對總體施工進度起到至關重要的作用。前期勘察地層劃分為兩層：①粉質黏土，呈灰黃色，可塑，稍有光澤，干強度中等，韌性中等，搖震無反應，層厚3.0 m；②中砂，呈灰黃色，濕，松散，粒徑5～20 mm約占70%，無黏性，光澤暗，僅揭露3.1 m。穿越長度58 m，采用直徑1 500 mm、長2 000 mm混凝土涵管。頂管施工前期過程較為順利，當頂進到38 m位置時，管前端遇到一根鋼筋混凝土制作的鐵路高壓線桿，由于管內空間狹窄，無法展開使用氣動夯錘，只有靠人工開鑿，經過大約5天時間才將高壓線桿上下鑿斷。由于長時間沒有連續施工，千斤頂已經無法再繼續頂進管道，因此采用激光導向儀反向頂進辦法將全線貫通，并且兩管道契合良好，達到了質量控制的要求。

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

[2]曹白金，詹家民.激光指向儀在大口徑人工掘進式頂管的應用[J].科技創新導報，2009，（28）：52-53.

[3]閆福明.頂管穿越過程中的精度控制及缺陷處理[J].油氣儲運，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，遼寧朝陽人，助理工程師，2005年畢業于遼寧石油化工大學，從事油田地面建設工作。

2011-05-27