王松耀
上海市基础工程有限公司 第二工程公司，上海
摘 要：随着顶管装备施工技术的不断发展，在地下隧道建设工程中，为满足不同领域的实际市场需求，超长顶管施工得到越来越广泛应用。本文结合工程实例，就特殊条件下，超长顶管的尾端水平急曲线施工作简要阐述。
关键词： 超长距离顶管; 尾端施工; 水平急曲线施工
引 言：超长距离顶管施工，土层穿越复杂多变，尾部纠偏，施工过程需精确控制，施工技术要求高，难度大。超长顶管尾端水平急曲线施工的成功应用，有效锻炼了顶管施工队伍，丰富了顶管施工纠编手段，完善了顶管施工技术措施，极具参考价值，可为后续顶管工程超长距离纠偏、精确进洞提供经验借鉴。
一、工程概况
案例某水厂取水工程采用顶管及水上沉管施工工艺，从江心取水至场内泵房井，场内处理后经后续管道输送供水。东线取水钢顶管长1615m，DN1800顶管，外径1844mm，壁厚22mm。利用17个中继环通过1459m曲线段连续13个区段的平缓坡度变化，最终将顶管轴线引向水平。
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顶管走向剖面图
工程顶管完成1420m时，业主通知，政府相关部门最新要求取水头与相邻取水管最小间距不得小于10m。本顶管仅剩约200m，按照原设计方案东线顶管取水头部与西线顶管最小管中间距仅为4.2m，不符合最新政策要求。
工程需要立即重新确定取水点位置，进行方案比选：①采取埋管形式。该方案铺设钢管位置比较精确，不必考虑曲线顶管的影响，但该工程取水管铺设点水域较深、且位于主航道。手续复杂，施工成本较高。②就此停止顶进取水。取水点不符合可行性研究报告。③通过顶管尾端水平急曲线纠偏。该方案极大考验施工单位技术水平、施工经验。
经各方研究决定由顶管当前位置向西实施水平曲线顶管至新取水头位置，确保距离西线取水管轴线中心不小于10m。
二、施工技术难特点
东线超长距离顶管在剩余约200m里程阶段需向西实施水平曲线顶管至新取水头部位置，偏移位置约6m。即便进行大角度急曲线顶管，取水头中心距离西线取水管中心仍仅有10m，剩余204m需实施一段水平急曲线，顶管末端即取水头部位需偏离原设计顶管轴线5.775m，需进行大角度纠偏，对顶管纠偏作业提出了很高的要求。
由于管道自身内径较小，仅1.8m，原设计水平方向为直线，管内各类设备均固定在管道左右两侧，使得管内左右通视距离较小，顶管进行水平急曲线施工，管内测量通视将受曲线影响，全自动测量全站仪在每次测量过程中均需对中继测站重复计算坐标位置，大幅增加了测量施工难度及工作量。
管道向左进行水平急曲线纠偏，管道圆弧内侧土体土体将受压密实，圆弧外侧将会出现明显带土效应，管外壁摩阻力将大幅增加，引起顶管管道内力增大，影响管道结构自身安全。
三、施工技术措施
1、设计一段R=3260.5m的水平曲线
针对拟定的东线新取水头位置，由顶管里程1420m开始，设计拟定一段R=3260.5m的水平急曲线，最终通过新取水头，在顶管完成后，然后进行取水头施工。图示《调整后平面示意图》。
2、顶管纠偏
本工程采用泥水平衡式工具管，分为前段和后段两段式布置，前段安装有刀盘驱动装置、气压人行门、电气系统、液压、送排泥管路及球阀等装置，后段包含有推进纠偏油缸、操作台、液压、电气仪器、计量仪器等附属装置。按照工具头技术参数，左右纠偏角度最大为±2°，纠偏油缸最大行程35mm，理论上满足当前曲线顶管纠偏要求。
由于顶管剩余距离较短约200m，实施水平向曲线顶管，在利用工具管自身纠偏能力时，需将工具管前端29.2m、60m、167.6m分别设置1、2、3、4号环中继环全部解放用于释放纠偏应力。利用顶管工具管自身纠偏能力，并利用1-4号中继环进行偏心顶进，沿顶管轴线前进方向，全面向左进行纠偏。
海域河域段大角度顶管施工给中继环使用增加了很大难度，一是要确保中继环在使用中不能出现较大夹角，防止拉裂，因此要设置限位装置（卡码、螺栓固定），防止中继间和转向节超过允许转角；二是在使用中，派专人值守，实时跟踪中继间、转向节夹角变化情况，变化过快或超过允许转角，应停止顶进，采取措施，利用临近中继环和转向角调整合力方向，防止其夹角继续变化；中继环和转向节还要考虑足够的富余量，避免其失效。
3、管内测量
由于管道内径较小，顶管设备均布置在管道内两侧，对顶管进行左右大角度曲线顶进极为不利，左右测量通视间距在20cm~30cm，管道施工水平曲线后，将对管内测量通视带来极大影响。故需根据曲线模拟情况，至少增加两台全自动测量中继站，总计投入至少7台全自动测量全站仪，并增加管内测量人员，同步进行管内增加部分测量任务调整。
同时测量过程中增加测量频率，遵循勤测勤纠原则，采用自动测量系统测量工具管轴线及标高偏差情况。测量数据直接传输至中控室和顶管机工具管操作面，顶管机纠偏人员再将工具管姿态、实时纠偏角度、千斤顶的油压值、土压值等数据传输至中控室复核。技术人员通过软件分析，将显示出的纠偏方法、数据参数，由顶管专业工程师参考分析，结合工程经验下达纠偏指令。
4、减少过程停顿，确保顶进速度
在曲线顶管施工应保障顶进速度，过程中长时间停顿，会引起管外壁摩阻力增加，从而造成顶管管道内力增大。施工中应采用必要有效措施减少不必要的中间停顿，如增加电焊工人员配置，加快管道焊接；优先选择技术过硬焊工，提高一次焊接合格率，减少拍片时间；加强过程管理，完善施工各环节，减少过程时间损耗。
5、管外壁注浆
大角度急纠偏顶进时应贯彻同步压浆与补浆相结合的原则，即“先压后顶、随压随顶、及时补浆”。工具头尾设计时已预设压浆环，由此注浆在管外壁形成泥浆套；同时在其后管段部分预留补浆孔，补浆孔环形布置，每环4个压浆孔，每道补浆环有独立的阀门控制。管段补浆孔前3环间距为4m，其后每12m一环，
为防止中继间伸缩过程中破坏泥浆套，在每个中继间位置布置一道压浆孔，中继间启用过程中做随顶随压。为防止泥浆穿通至工具管头部，第一环注浆孔应适当控制压力，第二环应进行充分补浆。
工具管尾部的压浆孔要及时有效地进行跟踪注浆，确保能形成完整有效的泥浆环套。根据中继环及后座顶力情况，适量增加头部三道同步注浆环的注浆量和注浆频率。
管道内的压浆孔应进行一定量的补浆，补浆孔位位置设置于中继间后面一节管节及二道中继间中间管道位置上。
曲线顶进注浆时应间歇性在管道背部填充粉煤灰、膨润土混合浆液，通过改良管道两侧的土体环境，为曲线转向背部增加一定应力，更好地实现转向。
6、监测
曲线顶进时，应确保顶管后座顶力及中继环顶力不超过设计值600t。
顶进过程中，要加强中继环、转向节张缝、油缸行程的变化监测。未启用的中继环、转向节，也要观测其张缝是否发生了变化；启用时，专人负责测量、观测、记录，严禁超过允许值，当张缝变化速率过快时，应第一时间停止顶进，分析原因、采取措施减小张缝。张缝变化受控后，才能继续顶进。
施工中加强管道变形、沉降、位移的监测，每隔10米对管节尺寸取初始值，均布对称取4~6个点，在顶进过程中，与初始值复核对比，观察是否发生变形，水平曲线顶进监测应以水平向为重，垂直向次之。同时加强顶管轴线的复核，观察管道沉降、位移情况，如有变化就应采取管外注浆等相应措施。
四、结束语
在项目施工团队共同努力下，案例项目200m大角度急曲线顶管施工达到预期效果，工程顺利完成验收，目前已安全运营取水。地下隧道工程，地层复杂，工况复杂多变。区别于传统顶管，类似超长距离顶管工程应具备更强的纠编能力，满足可能出现障碍物躲避等极端工况下的纠编需求。在项目前期策划中，应通过适当加大工具头纠编节、中继环转向节的转角设计，适度增加中继环储备等技术措施手段，有效应对突发状况的发生。