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市政给排水施工中顶管施工技术分析

发表时间：2020/6/19 来源：《基层建设》2020年第6期作者：冯俊成

[导读] 摘要：市政给排水施工决定了给排水系统功能，关乎到民生问题。随着城市规模不断扩大，市政给排水系统也更加完善。

        北京易成市政工程有限责任公司北京 100176
        摘要：市政给排水施工决定了给排水系统功能，关乎到民生问题。随着城市规模不断扩大，市政给排水系统也更加完善。其中，无论是新建给排水系统还是工程改建，都会涉及到顶管施工技术，从而提高市政给排水工程效益。本文结合大兴新城的雨污分流建设污水管道工程，首先阐述基坑顶管工程风险分析，进而探究基坑顶管纠偏措施。
        关键词：市政给排水工程；基坑顶管；纠偏措施
        1工程简介
        为了进一步完善和落实大兴新城中南部地区道路网络系统、交通设施及管线规划，配合大兴新城的雨污分流建设污水管道工程。
        本次实施范围为规划横二路（兴华大街~小龙河）。沿规划横二路新建D=400mm～D=500mm污水管道，下游接入小龙河东侧现况污水截留干线，尾闾排入规划天堂河污水处理厂。
        污水顶管根据地质勘察资料及现场实际情况确定采用机械顶进法施工，施工时须根据地层土质及地下水情况选用顶进机械并采取相应顼进措施；工作坑及接收坑可采用钢筋格栅锚喷混凝土结构支护方式，且应采取必要的止水或降水措施，保证工作坑干槽施工，顶进后背采用钢筋混凝土结构，工作坑马头门处采用可靠止水措施。
        施工前进行物探和基础资料调查。对现况管线、构筑物进行充分细致的调查，查明各种管线、构筑物位置及相互关系，并据此制定出保护现况管线、构筑物的具体措施。尤其是煤气、燃气、重油、污水等重要管道，须经管线管理部门许可后方可开工。
        顶进法施工过程中应加强变形监测，并根据监测结果动态调整支护参数和施工方法。变形监测委托具备资质的第三方监测单位进行。
        管道顶进容许偏差应满足规范要求，顶进时当偏差过大且纠正无效时应停止项进并进行处
        2基坑顶管工程风险分析
        2.1支撑变形较大或失稳
        现场备足钢支撑、型钢、水泥及砂石料，并确保挖掘机、点焊接、搅拌机、喷浆机运转良好，放置在不影响施工的地方。
        对支撑除按规定频率进行检测外，暴雨后应加强对支撑端头的检查，若有脱落或移位的迹象应及时整改。加强司机安全教育严防挖掘机和其他工程机械碰撞钢支撑，造成钢支撑脱落。
        支撑脱失稳或落后，在设计位置的左右及下方及时架设临时支撑，然后再恢复设计位置的支撑。
        2.2地面沉降、隆起
        （1）在顶管通过路面设置观测点，发现沉降超过警戒值应立即停止作业，必须找出原因，及时调整方案并采取相应措施后才可继续施工。
        （2）如沉降发生得到控制，则按调整方案继续施工；
        （3）如沉降发生不能得到控制，应停止顶管作业，马上进行换浆工作，保证地面的稳定，确保路面的安全。
        （4）在顶管的施工过程中做好换浆工作，在一段管道顶进完成后，及时换浆，一般以3天为一个周期，将水泥浆从注浆高于膨润土注浆的压力注入，把顶管前面的第一节的注浆孔打开，使膨润土泥浆流出，只到有水泥砂浆压出时，再把注浆孔塞上，换浆后管的周围有充分的水泥浆，经过一段时间后，水泥浆溶入粉砂土中，最终改变了土质和管壁合成一体，可充分保证塌陷问题的产生；
        （5）在顶通前应做好出洞前的准备工作，在机头出洞后及时将机头和连接的管道分离，机头及时吊出井外，在第一时间抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门之水，保证洞内土体和水量不流失，保证管道沉降得到控制；
        （6）根据检测数据调整减阻泥浆注浆量，减少管节背土现象，控制地面沉降。
        2.3沉降超过报警值
        顶管施工中，若沉降超过报警值，及时对高速公路路基或河堤进行单液浆注浆加固。
        2.4地质发生变化
        地质发生很大的变化，突然间变硬或变软。这可以通过刀盘的扭矩来判断，如果突然变硬了，则像水仓加入水或泥浆，掘进机上设有加浆孔，其目的就是用来加泥的。如果太软，可把第一至第三节管子及工具头都联成了一个整体，以增加它们的刚性，从而可避免机头突然沉陷。

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        2.5异常的偏差
        在顶管施工过程中，如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。操作人员必须严格遵守这样一条规定：无论何种情况，超过允许偏差一律停下来，并且如实汇报情况，以便分析原因，找准对策。
        2.6顶进管道渗水
        （1）安全预防措施：顶进过程中地层受力变化、顶进机头突然出现栽头后进行纠偏造成管口接口错口位置设专人监视；若发现出现渗漏，应及时处理。
        （2）应急措施：当漏水量较小时，采用在漏水处附近钻孔，向管外注入聚氨酯，利用聚氨酯遇水固化的化学特点，进行止水；当漏水较大时，采用高效速凝水泥临时封堵部分漏洞，并加设引流管，控制漏水尽量少冲刷高效速凝水泥封口，待速凝水泥达到一定的强度时，在漏点附近钻孔注入速凝液浆（水玻璃和水泥）进行堵漏。
        2.7顶管机发生故障
        （1）安全预防措施：避免机内动密封件磨损，泥浆水混入轴体，造成主轴承损坏。
        （2）应急措施：应立即停止顶进
        2.8管道发生破损无法顶进
        （1）安全预防措施：管材及接头符合设计及规范要求，顶进过程中地层受力变化、顶进过程时停歇时间不能过长、遇到坚硬岩石，应及时处理。
        （2）应急措施：采用破管顶进法，连同旧管及周围土层销碎形成同径孔，再将新管顶入。
        3纠偏措施
        3.1顶管测量系统特点
        a、对顶管机姿态的自动实时监控，对复杂线路的施工进行精确的导向。
        b、顶管机的姿态信息采用数字及图形两种形式显示在操作人员面前。
        c、显示顶管机的趋向，以来调整机器的姿态，每次调整不得大于5mm。
        d、自动对已安装管道进行测量，生成导向基准线。
        e、利用激光全站仪对系统内的相关点进行频繁的自动测量。
        3.2纠偏控制
        顶进过程中顶管机操作者可根据顶进测量导向系统反馈的数据信息即时调整机头的姿态。为确保机头纠偏效果及时反映到顶进管道上，避免机头与前进方向倾斜前进，使用的机头外径比管道外径大20mm，使管外与土体有15mm的触变泥浆膜。当机头纠偏时，机头前进产生的侧向压力的分力要克服土体对管道的约束力，如土体是原状土，约束力会很大，土体被触变泥浆置换，触变泥浆是胶体，约束力很小，管道比较容易纠偏。
        3.3纠偏装置
        纠偏是通过顶管机上的纠偏铰产生折角而进行的，顶管机为二段一铰结构。纠偏系统由2台80t双作用油缸及控制阀件组成，每个纠偏油缸都通过万向铰将顶管掘进机前后壳体连接在一起，使顶管机能在一定范围内任意做出纠偏动作。2只纠偏油缸由2个三位四通电磁换向阀控制，每个油缸的前后腔均安装有平衡阀，当纠偏油泵关闭时，平衡阀能将油缸前后腔油路关闭，使油缸内始终保持高压，确保纠偏动作的可靠。
        3.4纠偏技术
        在施工过程中，要根据测量报表绘制顶进轴线的单值控制图、顶管机水平与高程轨迹图、顶力变化曲线图、管节编号图，直接反映顶进轴线的偏差情况，随时掌握顶进方向和趋势，使操作人员及时了解纠偏的方向，保证顶管机处于良好的工作状态。
        在实际顶进中，顶进轴线和设计轴线经常会发生偏差，因而要采取纠偏措施，减小顶进轴线和设计轴线间偏差值，使之尽量趋向一致。顶进轴线发生偏差时，通过调节纠偏千斤顶的伸缩量，使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置。在施工过程中应贯彻“勤测、勤纠、微纠”的原则，不能剧烈纠偏，以免对砼管节和顶进施工造成不利影响。
        实际操作中还应注意，纠偏是与顶管同步进行的一项工作，在顶进中及时纠偏，采用小角度纠偏的方式。重要的是把握顶管趋势，不能指望一蹴而就，而应缓慢地、逐步进行，若操之过急就容易造成轴线的较大折角，反而不利于顶进的顺利进行。根据纠偏记录及时绘制顶管机顶进轨迹，指导纠偏。
        3.5偏差测量与纠偏记录
        顶管机的管道偏差测量每顶进500mm不宜少于1次，在纠偏阶段不宜少于2次，同时应记录以下内容：日期、时间、顶进长度、顶进总长度、方向测量和水准测量数据。
        顶管纠偏记录应包括以下内容：日期、时间、顶进长度、顶进总长度、各组纠偏油缸的纠偏量、锁紧压力和上下纠偏角及左右就偏角