激光导向纠偏技术在反向手掘式顶管中的应用

张宇光，凌永星

（辽河石油勘探局油田建设工程一公司，辽宁盘锦 124010）

激光导向纠偏技术在反向手掘式顶管中的应用

张宇光，凌永星

（辽河石油勘探局油田建设工程一公司，辽宁盘锦 124010）

油气管道穿越施工常用大开挖的方法，但如果遇到穿越高速公路、铁路等交通频繁或无法阻断交通的道路，大开挖施工就无法实施，顶管穿越施工就成了主要的施工方式。在顶管施工过程中，当地质条件较差或者顶管长度较长时，混凝土涵管就位的准确性比较难把握，会造成混凝土涵管弯曲和损坏等严重后果。本工法利用激光方向性好和光束集中的特性，将其运用到顶管施工中，起到良好的导向纠偏作用。

顶管；激光导向；纠偏；反向顶进

0 引言

手掘式顶管施工法是借助作业坑在埋地管前端人工挖土，用小型运输工具将挖出土经管道运出管外，当管前端外形成一定空间后，利用液压千斤顶将管顶进至新土面的方法。如此反复操作，将一根整管顶进后，再接新管继续作业，直至贯通。为争取时间，一般要求24 h不间断作业。在一般地段，为了减少阻力，允许在管上半部范围比管外皮超挖1～1.5 cm，但是在管下部135°范围内不准超挖，以免发生管低头现象。管前方可挖成锅底形，根据不同的情况，前方允许超挖10～50 cm。

手掘式顶管法具有顶管的普遍优点，即土方开挖少，作业人员少，建设公害少，文明施工程度高，不影响交通及其上构 （建）筑物，不需拆迁，覆土深时更节省投资等，同时具有施工操作简便、设备少、施工成本低、施工进度快等特点。在地下障碍较多且较大的条件下，手掘式顶管法常常是首选方式，因为这种方法排除障碍的可能性最大、最好。缺点是在顶进管道尺寸较小的情况下，不方便多人操作，影响人工挖土，另外在管道中施工无参照物，方向不好控制。

1 顶管过程中的方向控制

目前顶管过程中方向控制的主要工作包括顶管前的测量放线、设备就位后的测量、顶管过程中的实时测量。测量工具有经纬仪和全站仪等，测量方法主要有以下几种。

1.1 连通管法

连通管法是在没有仪器或者仪器难以架设的条件下使用的方法，所需工具有透明胶皮管和钢尺等。将透明胶皮管灌满水，两头堵死，将一端固定在顶进第一根管的一侧并做好标记，另一端固定在操作坑壁上，两端高度一致。通过观察操作坑内胶皮管液位的高低，即可判断出涵管的上下位移。

1.2 三点一线法

三点一线法是依据三点一线的原理进行测量的，此法所需设备简单，容易操作，适用于仪器缺少或仪器难以架设、穿越距离短、精度要求低的情况，所需工具有胶皮水管、铁尺、中心尺、水平尺以及线锥等。施工时，通过连通管确定外部基准面，利用基准面确定测量点进行第三点测量。依靠观测第三点与标记的偏差，即可判断出管段是否偏移。

1.3 经纬仪法

设定基准点，利用经纬仪进行定点、定位测量，该方法简单、快捷、准确，测量效率高。经纬仪测量法要求经纬仪位置摆放合理，不得与现场施工设备及施工作业冲突，同时摆放位置应避免振动。测量时，依靠观测两点的偏差，即可判断出管段是否偏移。

1.4 激光法

把激光导向仪安装在工作坑内，根据液压千斤顶型式确定激光导向仪位置，对于单头千斤顶，导向仪可放置在管端靠边位置；对于双头千斤顶，导向仪应放置在管道中心轴位置。用垫铁时将垫铁在合适位置开孔，以便激光射入。可在后靠背墙预埋螺栓，将激光导向仪固定并测量出激光束绝对标高，如图1所示。管道底部的标高已经测定，在管道顶进过程中工人通过激光束能直观地观察到管道轴线标高的偏差和走向。结合管道的设计标高和管道顶进长度，通过角尺和水平尺，能及时地发现偏差并纠正。

2 反向顶管过程中激光导向的应用

以往的顶管施工过程中曾出现下列事故：管道顶进过程中管前端遇到障碍物，如果清除障碍物时间较长，顶管不能连续作业；靠背顶墙受力计算不准确，顶墙砌筑刚性不够，顶进过程中顶墙坍塌、破碎，被迫停工；管道上方开挖控制高度未达到规范要求，超高开挖，导致塌陷，使管道受挤压产生的摩擦力大于千斤顶顶力。以上三种情况最严重的后果是管道不能继续顶进，已顶进管道作废，需要变更路由再次顶管施工，这样不仅会耽误工期，还会增加施工费用；或者需要采用由另一侧反向顶进的办法，这要求顶进管道作业具有非常高的精确性，能保证两侧管道极好地对中契合。

反向顶管过程中采用激光导向技术正是利用了激光导向仪误差小、精度高的优点，消除了多次使用其他测量仪器和工具造成的误差，而且施工人员可以随时自查和修正管道掘进的偏差，完成反向顶进。

反向顶进与正向顶进施工类似，只是将原来的接收坑改成发送坑 （见图2）。激光导向仪安装位置和发射光束角度的准确性成为反向顶进施工成功的关键因素。

施工时每顶进30 cm测量一次，观察是否有偏差，如有偏差立即采取纠偏措施，管前挖土长度达30cm后再顶进。当反向顶管前端与正向顶管前端距离达到2m时，再次测量管道轴向位置有无偏差，做最后一次纠偏；当距离还剩下50 cm时将管前土挖通，如果两管准确对中，则一次性顶进；如果稍有偏差，采取措施后再顶进，让承口与插口完美契合。

图2 反向顶进作业示意

3 工程实例

兰郑长成品油管道是目前我国最大的一条成品油管道工程，其中位于孝感市孝南区境内的应城支线穿越京广铁路，此管道穿越对总体施工进度起到至关重要的作用。前期勘察地层划分为两层：①粉质黏土，呈灰黄色，可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇震无反应，层厚3.0 m；②中砂，呈灰黄色，湿，松散，粒径5～20 mm约占70%，无黏性，光泽暗，仅揭露3.1 m。穿越长度58 m，采用直径1 500 mm、长2 000 mm混凝土涵管。顶管施工前期过程较为顺利，当顶进到38 m位置时，管前端遇到一根钢筋混凝土制作的铁路高压线杆，由于管内空间狭窄，无法展开使用气动夯锤，只有靠人工开凿，经过大约5天时间才将高压线杆上下凿断。由于长时间没有连续施工，千斤顶已经无法再继续顶进管道，因此采用激光导向仪反向顶进办法将全线贯通，并且两管道契合良好，达到了质量控制的要求。

[1]辛正，詹家民.一般顶管施工有几种方法[J].市政技术，1981，（1）：62.

[2]曹白金，詹家民.激光指向仪在大口径人工掘进式顶管的应用[J].科技创新导报，2009，（28）：52-53.

[3]闫福明.顶管穿越过程中的精度控制及缺陷处理[J].油气储运，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

张宇光 （1982-），男，辽宁朝阳人，助理工程师，2005年毕业于辽宁石油化工大学，从事油田地面建设工作。

2011-05-27