大口径顶管施工技术难点及解决措施分析

2018-03-22贾潇婷

山西建筑 2018年31期

贾潇婷

(山西诚信市政建设有限公司，山西太原 030024)

0 引言

顶管施工(又称为顶管法施工)是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管施工的原理就是借助于大型机械设备的推力，将掘进机从一侧的工作坑内穿过土层，一直到设备推进到另一侧的接收坑内。随着推进的不断进行，管道将会紧随掘进机，嵌入到两坑之间。因此，顶管施工就是依靠顶力去对抗管道与四周土体的摩擦力，实现将管道按照预先设计的指标植入土体之中，并且在施工过程中随时将土方运走。在具体的施工过程中，当一节管道被设备植入土体之后，后续的管道继续跟进。

在当前的各种大型地下工程中，顶管施工技术的应用十分广泛。例如，我国就在地下深层停车库、市政给水排水工程、电力通信设备铺设、天然气管道铺设以及城市地下人行通道和车站地铁出入口通道等各种类型的地下工程中使用了顶管施工技术。顶管施工技术不但避免了土体的开挖，还能够广泛应用于各种具有不利施工因素的场地。例如普通施工技术难以实现的含水丰富的粉砂土层、淤泥层等复杂地质条件的施工场地。

随着城市化进程的不断加快，人们对城市基础设施建设的关注度越来越高，并且希望在市政建设过程中能够最大限度地降低对城市正常生产生活的影响，这就需要在各种设计地下土体的施工过程中运用顶管施工技术，特别是对大口径顶管施工的需求十分迫切。为此，文中讨论了在应用大口径顶管施工过程中存在的技术难题和相应解决措施，以期为类似工程提供一定的参考与借鉴。

1 顶管施工技术的应用现状

顶管施工技术从出现至今，也在不断的改进，各种新型的性能优良的应用于顶管施工的设备也不断被研发和使用。到目前为止，已经衍生出了多种顶管施工技术手段，例如气压平衡顶管、泥水平衡顶管等。值得注意的是，无论是施工过程中采用哪一种顶管，其基本原理都是利用大型机械设备产生的强大推力，将管道推进到土层之中。随着管道推进的不断深入，用于施工的顶管就自然地被两坑之间的土体所埋没，在不开挖土体的前提下，实现了地下管道施工。

当今城市的各种地下管道施工过程中，已经很普遍的在应用顶管施工技术。相比顶管施工进入工程实践的初期，施工技术水平也在实际工程的不断检验中得到显著的提升。目前，衡量一个企业是否能够承担大型工程项目，首先就要勘察这个企业是否具备顶管施工的能力。可以说，顶管施工技术已经成为各个建筑企业生存和发展所必须掌握的一门施工技术。在地下施工过程中，特别是城市地下管道的施工过程中，就要求减少对市民正常生活和城市生产的影响。例如，在城市地下施工过程中，要充分考虑到对城市现有交通、地下管道(供水、排水、供电、通信等)、地面建筑的影响问题。利用顶管施工技术，就可以最大限度地避免这些问题的出现或者降低影响。随着顶管施工技术的不断成熟与新型大推力顶管施工设备不断问世，目前已经可以实现一次顶进几百米。此外，对于有特殊要求的工程项目，可以实现一次顶进上千米。

尽管顶管施工技术已经较为成熟，但是在实际的顶管施工过程中，特别是长距离大口径的顶管施工过程中，经常面对着工程量巨大、工期紧张、工程质量要求高、施工场地距离居民生活区较近等多项复杂因素的综合影响。因此，对于长距离大口径的顶管施工项目，要特别注意顶管施工过程中的顶力管控、顶进纠偏等难点问题。对于可能出现的施工问题，要积极做好预防，采取主动措施，切实保证市政工程建设中的顶管施工质量，维护社会和谐与稳定。

2 当前大口径顶管施工的技术难点及相应的解决措施

2.1 控制顶管顶力问题

大口径顶管施工过程中，顶管的顶力控制是一个施工难题。特别是在顶管机出洞时，更加需要精准的顶管顶力控制措施。如果不能够有效控制顶管顶力，很容易出现顶管机的旋转与上飘，影响施工质量的同时，给工程项目带来了安全隐患。

针对此问题，我们可以在实际的顶管施工过程中，采用刀盘正反转实现顶管机的大转角调整。通过顶管机的调整，迅速地将顶进速度降下来。此项措施的重点是需要在顶管机即将出洞的时候，迅速降低顶管机的顶进速度。并且，通过这种方式，还能够有效减少顶管机的压力，降低顶管机在出洞过程中出现失误的可能。

2.2 顶管纠偏问题

通常情况下，在顶管施工过程中，顶管的偏差值需要控制在预先设计的中心线50 mm以内。一旦实际施工过程中，顶管偏离这个范围，就需要采取相应的措施进行顶管纠偏。顶管纠偏是顶管施工中的关键环节。尤其是在长距离大口径的顶管施工过程中，必须要将顶管纠偏放在第一位。经过对出现顶管施工过程中管道偏离轴线的事故进行统计分析，笔者认为出现管道轴线偏差的主要原因包括以下几个方面：首先，顶管后背墙出现了位移或者后背墙凹凸不平。其次，顶进土体的土质出现变化，造成顶进机在顶进过程中的阻力不均匀。最后，千斤顶不能同步动作或者顶力相差较大，造成顶力合力线偏移。

为了解决管道偏离预设中心线的问题，施工时可以在顶管施工的过程中，采用下面几个措施，防范和处理顶管施工中的管道偏差：

第一，在顶管施工之前，制定与落实相应的管道偏差预防措施。首先，在顶管施工的设计阶段或者顶管施工开始之前，施工单位必须要安排专业人员对顶管施工过程中的自然环境进行严格的勘察。重点要勘察的内容是管道通过地区的地质条件与水文条件。施工单位切不可盲目自信，必须要根据勘察结果科学合理地设计施工方案，杜绝在不勘察或者勘察不彻底的情况下，盲目地设计顶管施工的管道纠偏。其次，要确保施工过程中，管道的行程、顶速以及顶力都一致，这就需要采用同规格的千斤顶。利用这些同规格的千斤顶管道与预设中心线吻合。

第二，需要科学合理地计算管道受力，确保后背墙稳定可靠。还要在施工过程中，严格控制施工材料质量，保证背景墙的钢混凝土强度等符合质量要求，坚决杜绝顶管过程中出现后背墙移动的问题。此外，还要保证后背墙的平整度满足设备对平整度的精度要求。为了确保后背墙的平整度，降低由于平整度不合格引发的管道偏离问题，必须要落实数据记录制度，随时记录顶管施工过程中的各种数据，绘制相关曲线，以此作为管道纠偏的重要依据。

第三，在顶管施工过程中，要及时针对出现的管道偏差问题采取必须的纠偏措施。例如，一旦出现千斤顶受力不均引发的管道偏离问题，必要时需要停止施工，进行测量评估后，重新安装千斤顶。当出现后背墙移动时，需要及时对后背墙进行加固处理，并保持后背墙的平整度。此外，还要及时根据收集的顶管施工数据，科学地分析管道行进趋势，最大限度地降低管道偏离概率，保证工程按期保质完成。

2.3 出渣与通风问题

在顶管进入土层的过程中，顶管的走向基本都是自下往上顶进。通过分析实际顶管施工问题表明，实际顶管施工过程中，经常会出现由于出渣受力导致的不稳定引起的施工事故。另外，在长距离大口径顶管施工过程中，因为顶进的距离较长，顶进工作井的深度通常较深。此时，顶进洞内部的空气循环会出现问题。当空气循环速度过低时，定管作业产生的各种粉尘与各种有害气体的聚集，对施工环境和操作人员带来不利的影响。

为了解决顶管施工过程中的出渣与通风问题，施工单位可以采取下列措施：

首先，在出渣设备上安装制动装置，避免在出渣时出现施工事故。

其次，当顶进深度较深时，可以考虑安装鼓风机。效果最理想的是离心式鼓风机。通过鼓风机向工作面中压入自然空气。这样就可以有效排除管道内的污染气体，提升空气质量，确保施工人员的人身安全。

此外，在施工过程中，施工人员必须要佩戴相应的安全装备以及气体检测设备，要做到出现问题时，能够及时撤离，保证施工人员的生命安全。