砂土层地质条件下的顶管与偏差控制

砂土层地质条件下的顶管与偏差控制

【摘要】本文对砂土层地质条件下顶管作业进行阐述，重点对顶管过程中偏差的控制做了详细的论述。 【关键词】砂土层；顶管；预防；纠偏

Abstract: This paper described the geological condition of the sand layer under the top tube operation， discussed the control of bias in the pipe jacking process in detail.Key words: sand layer; pipe jacking; prevention; correction

顶管施工就是利用人工或机械挖土，借助于主顶油缸及管道中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接受坑内吊起；与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间，这是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。 砂土层地质下顶管施工常采用手掘式或泥水平衡顶管法。采用何种方法，首先应考虑各类工法的适用条件，还应根据管径大小、砂土层性质、管线长度及其它因素来决定。

1、手工掘进顶管手掘式顶管由于其正面敞开，人工开挖，操作方便的优点，从顶管初期一直使用到现在，但是，采用手掘式顶管法施工对地质条件有一定的要求，它特别适用无地下水的砂土层中顶管。若有地下水，必须将地下水位降低至管底下50cm以下，并应采取措施，防止其他水源进入顶管管道。

在砂性土中，手工手掘式顶管，应做到以下几点：⑴千斤顶的工作井内的布置采用四台组合式，顶力全力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。⑵必须采用“先顶后挖”的掘进方式，必要时可辅注浆加固等施工措施，以保证砂土体的稳定。⑶在砂土层地段顶管时，为防止土方坍落，保证安全便于操作，必须首节管前端可安装管帽。有了管帽的保护，一方面工作人员能在安全保护下进行；另一方面，由于管帽的阻挡，又防止大量流砂坍塌，或出砂量过大，及引起地面沉降等的问题。管帽切入砂土的长度不可太长，防止砂土坍塌，导致工具管低头下沉。⑷顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合，再按正常顶进速度顶进，顶进中发现油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因并经过处理后方可继续。回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。⑸挖出的砂土应及时外运，及时顶进，尽可能使顶力限制在较小的范围。⑹及时处理管缝，接缝处理应按设计规定，防止砂土从缝隙涌入管内。

2、泥水平衡式顶管

泥水平衡式顶管是以含有一定量粘土，且具有一定相对密度的泥水充满顶管掘进机的泥水舱，并对它施加一定的压力，利用主顶千斤顶及管道中继千斤顶的推力，将管道从工作坑内穿过砂土层一直推到接收坑的顶管施工方法。

泥水平衡掘进顶管施工，穿越砂土层时，则将工具管密封，加气排水，水力出泥。胸板前密封舱内的泥浆压力平衡地层和地下水压力，以泥浆平衡装置自动控制，管道周围注浆形成泥浆套。施工过程中泥水粘度是重要的控制指标，在砂土层中施工，泥水管理尤为重要，稍有不慎，就可能使挖掘面失稳。由于在

砂土层中一般自身的粘土成分含量极少，所以在泥水的反复循环利用中就会不断地损失-些粘土。这就需要我们不断地向循环用泥水中加入一些粘土，才能保持住泥水的较高粘度和较大的相对密度。也唯有这样，才可使挖掘面不会产生失稳现象。

当顶进阻力超过主顶工作站的顶推能力、施工管道或者后座装置所允许承受的最大荷载，无法一次到达要求的顶进距离时，则需要在施工的管线之间安装中继间进行辅助施工，实行分段逐级顶进。中继间的外壳在伸缩时，滑动部分必须具有止水性能。

3、预防偏差

砂土层顶管一旦出现偏差后纠偏难度很大。因此采取必要的预防措施十分必要，预防措施主要有以下方面：

⑴对已知控制点进行复核测量。

平面位置的复测：对已知点的平面坐标复核一般用全站经纬仪进行测量。

对已知点的高程复测：高程复测使用S3自动安平水准仪，采用附合水准导线的测量方法复测，如导线闭合差不大于±12√L即可使用。

⑵加强顶管后靠背的施工质量，确保后背不发生位移，应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。 ⑶导轨是顶进中的导向设备，安装导轨时要反复检测，使中线、高程、坡度必须符合要求，顶进中应勤检查，防止偏差过大。

⑷有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测,确保测量万无一失。⑸顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查，安装测力装置，指导纠偏。坚持顶前测量，顶后复测的原则，管道顶进与管道监测应同步进行。⑹顶进过程中应随时绘制顶进曲线，以利指导纠偏工作。采用手工掘进时，工具管进入砂土层，在顶进10m范围内，每顶进500mm要测量其轴线和高程一次（如超过应采取措施纠正），顶管进入砂土层后正常顶进时，每顶进1000mm要测量轴线和高程一次，并连续绘制工具管测点的行进轨迹，尽早掌握偏差发展趋势，不失时机地进行纠偏，避免顶管施工轴线上下左右过分弯曲。

⑺对施工中各类测量仪器，如经纬仪、水准仪、测距仪等，以及试验设备，须按规定做好计量检定工作，并在使用的过程中，随时发现掌握可能出现的偏差，以保证计量设备的准确。

4.纠偏

顶管的过程实际上也是一个不断纠偏的过程，纠偏是利用工具管的纠偏机构或其它措施，改变管端方向，减少偏差，目的是使管道沿设计轴线顶进。纠

偏坚持“勤测微纠少纠”。即多测量，“勤测”以便精确掌握情况，及时采取措施。即发现偏差“微纠”后，不能一步到位，要慢慢的纠偏。“少纠”即如果偏差值在1～2cm范围内，且机头的走向是在减小这个偏差，倾斜角的值在±10’范围内，则尽量少纠偏。

测量发现管位偏差超过允许偏差，一般应考虑校正，但对高程偏差的校正，应根据管道的设计坡度和头一节管子的走向，来确定校正方法。但当根据头一节管子的定向预计可能自行恢复到设计位置时，不必校正。

4.1手工掘进顶管的纠偏。

⑴手工掘进工具管段长度不宜过长，适合的长度L/D=1.0～1.5以内，工具管过长会影响纠偏的灵敏度。顶进过程中出现中心偏差或高程偏差及有偏差趋势应及时纠偏。采用工具管前壳体与后壳体间的纠偏千斤顶进行的纠偏。

⑵当顶距较短时 (≤ 15m), 如发现管中心线有误差，可以利用主压千斤顶进行校正。例如，管中线向右偏时，可将管口处右侧的顶铁比左侧顶铁加长10-15mm，当千斤顶向前推进时，右侧顶力大于左侧，从而校正右偏的误差。

⑶当偏差大于允许偏差，可用圆木或方木的一端顶在管子偏向的另一侧内管壁上，另一端斜撑在垫有钢板或木板的管前砂土上，支顶牢固后，即可顶进，在顶进中配合超挖纠偏法，边顶边支。利用顶进时斜支撑分力产生的阻力，使顶管向阻力小的一侧校正。

⑷当偏差较大时，纠偏采用千斤顶及人工配合，纠偏时每顶进20～30cm测量一次，注意第一节管子的走向趋势，来防纠偏过急。

4.2泥水平衡顶管纠偏

⑴纠偏油缸有行程仪指示其伸出长度，机头俯仰有倾斜仪，机偏转（滚动）有偏转仪，对机头的行进状态可一目了然，便于控制。从而也确保了顶进质量，即可精确控制其高程及左右偏差。泥水平衡顶管机的纠偏装置,便是四组纠偏千斤顶,往左偏便是左边一组千斤顶伸出,右边收归,往上偏便是上边千斤顶伸出,下边的收归。

⑵布设在工作坑后方的仪座必须避免顶进时移位和变形。必须定时复测及时调整。顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度必须保持在10、－20，不得大于0.5°，并设置偏差警戒线。

⑶纠偏系统要经常检查是否漏油、油液质量、油压情况，如发现不正常情况及时更换。

⑷在砂土层中，有时会发生虽然已经向上纠偏，但机头还是下沉的情况，所以需要加大纠偏幅度。有时会发生虽然已经向上纠偏，但机头还是上升的情况，

这时需要一方面加大进水量，一方面开始注浆护孔。

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。

4、总结

通过砂土层中手掘式顶管和泥水平衡顶管的实践研究，对可能出现偏差的原因进行分析，对顶管过程怎样纠偏做了论述，为在砂土层地质中的顶管工程提供了参考依据。