管道頂進(jìn)姿態(tài)控制技術(shù)在東月路機(jī)械頂管工程中的應(yīng)用

田 琨 陳曉鵬

（西安市市政設(shè)施管理局，陜西 西安 710016）

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的高速發(fā)展，頂管施工技術(shù)作為一種快速、經(jīng)濟(jì)的非開挖的隧道施工技術(shù)，被越來越多的應(yīng)用于工程建設(shè)當(dāng)中。地下頂管施工技術(shù)已由早先的人工手掘式頂管發(fā)展到機(jī)械頂管施工技術(shù)。工程實踐中，隨著一次頂進(jìn)距離的不斷刷新，管道埋深的越來越深，加之不同地質(zhì)條件的復(fù)雜多樣，頂進(jìn)姿態(tài)控制作為頂管控制技術(shù)的重要內(nèi)容，正是值得人們重視和考慮的緊迫課題。

1 工程概況

西安市東月路頂管工程設(shè)計雨水主干管道自西向東沿東月路敷設(shè)，主線管道設(shè)計管徑D3000mm，埋深16-32米，管道長度2863米，全線共設(shè)有檢查井6座，出水口1處。施工主要采用土壓平衡頂管施工技術(shù)，單向頂進(jìn)距離220-610米。管道頂進(jìn)區(qū)間地層結(jié)構(gòu)為濕陷性黃土和砂礫石、砂層等多種地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2 頂進(jìn)前準(zhǔn)備工作

在機(jī)械頂管施工中，頂管機(jī)初始姿態(tài)控制對于管道的成功頂進(jìn)具有非常重要的意義，因此在頂管機(jī)進(jìn)洞前應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作。

2.1 進(jìn)洞前的導(dǎo)軌檢查驗收

主要內(nèi)容包括，基坑內(nèi)導(dǎo)軌的高程、中線、導(dǎo)軌安裝是否牢固。

2.2 調(diào)整好頂管機(jī)進(jìn)洞前的姿態(tài)，及時記錄各種儀表的初始值頂管機(jī)進(jìn)洞前記錄各種儀表初始數(shù)值。記錄的范圍包括：前傾斜儀、后傾斜儀、土壓力計讀數(shù)、糾偏油缸的初始值、電壓表、電流表等。

3 進(jìn)洞控制

3.1 安裝延伸導(dǎo)軌

為了克服由于頂管機(jī)自身重量造成的頂管機(jī)在初始進(jìn)洞時的 "磕頭"現(xiàn)象，制作延伸導(dǎo)軌，延長頂管機(jī)進(jìn)洞支撐長度，減緩頂管機(jī)進(jìn)洞"磕頭"的趨勢。圖1為延伸導(dǎo)軌制作示意圖

圖1 延伸導(dǎo)軌制作示意圖

破除預(yù)留洞口的混凝土和圍護(hù)樁，將延伸導(dǎo)軌與圍護(hù)樁破除后露出的鋼筋進(jìn)行焊接，再在周圍澆筑混凝土對延伸導(dǎo)軌進(jìn)行加固，保證其具備一定的剛度和承載力。延伸導(dǎo)軌安裝應(yīng)注意以下事項：

1 延伸導(dǎo)軌安裝時，應(yīng)當(dāng)重視延伸導(dǎo)軌與止水圈保持的距離不得小于100mm，防止頂管機(jī)在進(jìn)洞過程中，損壞止水圈。

2 延伸導(dǎo)軌的間距和坡度應(yīng)與頂管坑的導(dǎo)軌保持一致。

3 延伸導(dǎo)軌一般為1.5m左右，太短、太長都不會起到應(yīng)有的作用。

4 延伸導(dǎo)軌應(yīng)安裝牢固，防止在頂進(jìn)過程中松動、脫落，影響正常的頂進(jìn)施工。

4 頂進(jìn)過程姿態(tài)控制

4.1 調(diào)整頂管機(jī)的進(jìn)洞姿態(tài)

頂管機(jī)在進(jìn)洞過程中，當(dāng)頂管機(jī)距離刀盤2.3m（重心）部位經(jīng)過延伸導(dǎo)軌的最末端時，操作人員應(yīng)將頂管機(jī)下面2組糾偏油缸緩慢伸出，伸出行程以前傾斜儀角度不大于1°為宜；在頂管機(jī)整體越過延伸導(dǎo)軌時，及時根據(jù)測量結(jié)果對糾偏油缸及時進(jìn)行調(diào)整。（預(yù)留拋高：2000×sin1°=34.9mm）

4.2 安裝"機(jī)頭管"

頂管機(jī)在軟弱地層、地層突變或頂力卸載的過程中，頂管機(jī)容易與后續(xù)的管材松脫或脫離，造成頂進(jìn)的偏差和頂進(jìn)質(zhì)量事故。在機(jī)械頂管施工時，采用"機(jī)頭管技術(shù)"。

機(jī)頭管技術(shù)是指頂管機(jī)在頂進(jìn)過程中，將其與后續(xù)的若干特制混凝土管（俗稱機(jī)頭管）通過一定的方法進(jìn)行加固和連接，使其與機(jī)頭管形成整體，防止頂管機(jī)發(fā)生漂移和松脫，減少頂管機(jī)刀盤在切削土體的過程中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)，同時在頂進(jìn)過程中具有導(dǎo)向作用。

"機(jī)頭管"與其他混凝土管在主要區(qū)別就在于，"機(jī)頭管"在制作的過程中沿管內(nèi)壁預(yù)埋兩塊寬度為300mm，厚度為5mm的鋼板。

當(dāng)頂管機(jī)長度的75%（約3.9m）被頂進(jìn)后，暫停頂進(jìn)施工，及時安裝"機(jī)頭管"。頂管機(jī)與"機(jī)頭管"通過呈60°夾角布置的六根?32mm的鋼筋焊接，在前端與頂管機(jī)連接處通過螺絲進(jìn)行緊固，使頂管機(jī)與前兩節(jié)"機(jī)頭管"連成一體，防止頂管機(jī)在頂進(jìn)過程中可能產(chǎn)生的漂移現(xiàn)象；同時"機(jī)頭管"與頂管機(jī)連成一體，強(qiáng)化了頂進(jìn)的導(dǎo)向作用。"機(jī)頭管"的安裝見圖 2、3。

圖2 安裝中的"機(jī)頭管"

圖3 頂管機(jī)與"機(jī)頭管"的連接

4.3 測量糾偏控制

頂管施工中對頂進(jìn)管道的水平軸線和高程要進(jìn)行實時跟蹤測量控制，必要時進(jìn)行糾偏控制。

4.3.1 頂進(jìn)軸線測量控制

在工作井內(nèi)管道頂進(jìn)軸線方向上架設(shè)一臺激光經(jīng)緯儀，激光經(jīng)緯儀經(jīng)過人工的測量和計算，發(fā)出一束與管道設(shè)計軸線和管道坡度一致的激光直接打到機(jī)械頂管機(jī)測量光靶上，由于頂管機(jī)和管節(jié)在頂進(jìn)時都在不斷的向前移動，這束激光在頂管機(jī)和管節(jié)移動的同時跟蹤測量光靶，這樣根據(jù)偏差偏差數(shù)據(jù)來進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆聪蚣m偏。

4.3.2 頂進(jìn)高程測量控制

高程測量由工作井下水準(zhǔn)點(diǎn)測量出各管節(jié)高程，再計算出各管節(jié)實際高程是否與設(shè)計高程相符，根據(jù)實際高程與設(shè)計高程的偏差分析偏差產(chǎn)生的原因及趨勢，再根據(jù)激光經(jīng)緯儀在測量光靶上反映的激光相比較，確定管道高程趨勢，進(jìn)行相反方向的糾偏。

4.3.3 糾偏條件及糾偏方法

一般在機(jī)械頂管施工中，使用液壓糾偏油缸作為糾偏裝置。糾偏油缸一般分布于頂管機(jī)內(nèi)四個方位，呈90°布設(shè)。每組糾偏油缸由具有相同數(shù)量的油缸組成。糾偏油缸一般為大噸位、短行程，同時帶有液壓鎖。

⑴糾偏條件

頂管機(jī)軸線偏離設(shè)計軸線30%時，開始進(jìn)行糾偏作業(yè)。一般情況下，頂管機(jī)沒有偏離軸線的趨勢時，不予以糾偏。

⑵糾偏方法

①小角度糾偏，每次糾偏角度不大于0.5°。

②糾偏過程應(yīng)保持平穩(wěn)，不能大起大落。偏離設(shè)計軸線較大時，采用連續(xù)小角度糾偏，按照一定的軌跡和曲率半徑不斷調(diào)整到設(shè)計軸線。避免糾偏角度過大、幅度太猛產(chǎn)生的側(cè)應(yīng)力，造成頂進(jìn)困難、地面變形等質(zhì)量事故。

③利用測量成果，繪制管道走勢圖，提前預(yù)判頂管機(jī)的走勢進(jìn)行控制。

4.3.4 在機(jī)械頂管施工中，還存在一種情況需要糾偏，就是全斷面刀盤式頂管機(jī)在刀盤的帶動下發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。

此類旋轉(zhuǎn)不僅會影響作業(yè)面的工作，同時還有可能會引起頂管機(jī)局部重量的變化，而導(dǎo)致頂管機(jī)的趨勢發(fā)生變化。如果頂管機(jī)發(fā)生的旋轉(zhuǎn)角度過大的話，將會給頂進(jìn)工作帶來更大的困難。對于頂管機(jī)的旋轉(zhuǎn)，一般在頂管機(jī)內(nèi)靠近光靶處，放置一把水平尺，通過在頂進(jìn)過程中觀察頂管機(jī)的旋轉(zhuǎn)情況并及時進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)語

頂進(jìn)姿態(tài)控制技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，對更精確地實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)長距離頂管具有重要意義。隨著各種新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷出現(xiàn)，頂進(jìn)姿態(tài)控制技術(shù)將會取得新的進(jìn)展。

[1]《大型地下頂管施工技術(shù)原理及應(yīng)用》.中國建筑工業(yè)出版社.韓選江.

[2]《現(xiàn)代頂管施工技術(shù)及工程實例》.中國建筑工業(yè)出版社.葛金科，沈水龍，許燁霜編著.