摘要：机械顶管施工作为现代市政工程施工的重要方法，具有不阻断交通，不开挖道路，可以避免因开挖施工对居民生活和交通的影响，同时具有无污染，无噪音等优点，在我国不断推进城市进程的背景下，特别是北京等大型城市，运用越来越广泛。
关键词：施工技术 土压平衡 机械顶管
引言：在日益推进城市化进程的中国，机械顶管施工穿越道路、河流已相当普遍。机械顶管施工具有效率高、噪声小、安全性高、适用于城区施工等特点，具有较好的经济效益，值得进一步推广与应用。
1.工程概况
北京市六环路天然气管线一期工程机械顶管穿越京藏高速公路工程，天然气管道为钢管，直径为DN1000，混凝土套管管径为d2000，选用土压平衡机械顶管顶进混凝土套管183米，在套管内铺设燃气管道。机械顶管管道穿越的地层主要为强风化砂岩层。
2.施工机理
土压平衡顶管机是以土压力平衡的施工机械。土压平衡顶管机先由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进，与此同时大刀盘旋转切削土体，切削下的土体进入密封土仓与螺旋输送机中，并被挤压形成具有一定压力的压缩土体，经过螺旋输送机的旋转，运输出切削的土体。同时在液压油缸的作用下，将管道从工作井内穿越土体推进到接收井内，最后吊到地面。
3.机械顶管施工方法
3.1工作井施工
平整场地——测量放线——井周降水——土体开挖——锁口圈梁钢筋绑扎及混凝土浇筑——开挖土体——安装钢格栅——焊接竖向连接钢筋——喷射混凝土并养护——浇筑底板——浇筑后背墙。
3.2设备安装
设备安装前，测量人员根据已知的控制点及标高，准确测放出进出洞口的标高及管道顶进的轴线，测量放线确定导轨的中心线及标高，安装完成后检查导轨的中心线及标高，确保位置准确、牢固、不产生位移。油缸安装在由型钢焊接而成的支架上，双数对称安装，合力方向垂直于管道中心线。油泵安装在油缸旁边，方便操作，油管保持顺直，油泵的选型应与油缸相匹配，配备备用油泵与油缸。
3.3顶进施工
测量放线，将测放好的洞口位置标出，用风镐将井壁混凝土凿除，待混凝土全部凿除后切割钢格栅。在洞口处安装止水钢圈和止水胶圈，防止地下水外流。安装好止水圈后，用起重机将顶管机吊入顶进坑内，放在安装好的导轨上，在顶管机尾部放入护口铁圈，用液压油缸缓慢地将顶管机推入洞口内，开动顶管机进入正常顶进工序。
4.施工要点
第一，导轨采用预制钢导轨，安装稳固，方向与管道轴线平行，导轨间距应使管道放入导轨后，管道内底与导轨顶面高度一致，用经纬仪的激光线使导轨的纵坡度和管道顶进的纵坡度一致。
第二，后背墙是为液压油缸顶推时提供反力的部位，后背墙应具有足够的强度、刚度和稳定性，需进行强度及稳定性的验算。混凝土后背加预制钢后背墙是最佳组合。预制钢后背墙，由内外两块钢板夹多根横向布置的32号工字钢焊接而成。预制钢后背墙安装应与顶进轴线垂直，安装完成后进行测量复核。
第三，安装顶进设备：顶进设备一般由一台液压油泵和四台液压油缸组成，油缸安装在钢后背墙与管节之间，管节后端和油缸之间采用专用护口铁圈进行保护，油缸通过U型顶铁与护口铁圈将推进力传递至前方管节，顶入前方土体中。
第四，激光经纬仪支座安装：经纬仪支座的高度与水平位置应可调节，安装激光经纬仪支座前，支座立柱应在工作井底板混凝土浇筑前预先砸入不少于1米处，与底板混凝土浇筑在一起，确保支座稳固。
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5.施工中常见问题及防治措施
5.1管道顶进偏位过大，管道接口破损、漏水
偏位原因：
（1）工作井洞口周围土体不稳定；
（2）地层正面阻力不均匀，使顶管机受力不均匀，形成导向偏差；
（3）后背墙不平整、破损或发生位移，使顶力合力线发生偏移；
（4）千斤顶不同步，或千斤顶顶力相差较大，或安装精度不够，造成顶力合力线偏差。
（5）在纠偏过程中，对掘进长度和力度的调整幅度相对较小；
（6）激光经纬仪或激光经纬仪支座发生偏移，造成激光靶坐标不准确。
预防及处理措施：
（1）以高压注浆方法或者采用水平旋喷方法加固工作井洞口周围土体；
（2）顶管机进入工程现场后，关于设备的安装与调式等一系列工作，需指派专人负责，并对安装调试好的顶进设备进行验收；
（3）做好交接班记录，每班顶进前均需要对激光经纬仪进行校核，确保坐标显示正确；
（4）建立测量复核制度，全面贯彻落实于施工队、项目部以及相关监测部门，加强施工过程中的测量监测，发现问题及时反馈处理；
（5）采用同种规格的液压油缸，使其顶力、行程、速度一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合；
（6）加强后背墙施工质量控制，使后背墙平整坚实，确保不发生位移，并对后背墙进行经常性巡视，发现问题及时解决；
（7）顶进过程中应随时绘制顶进曲线，用以指导顶进纠偏工作，时刻观察掌握机头动态曲线，在纠偏工作中充分发挥曲线图的指导性作用；
（8）当管节之间出现错口漏水等现象时，可塞入油麻等柔性物质进行封堵，若封堵效果不佳，应停止顶进，待查明原因并采取相应措施后方可继续顶进。
5.2顶管区域周边地面发生大面积沉降与隆起
原因分析：
（1）开挖面的土、水压力与顶管机土仓内的压力不均衡，引起前方沉降或隆起；
（2）由于顶管机外壳的摩擦及纠偏对周围土体产生扰动，引起地层沉降或隆起；
（3）由于注浆不及时或不充分，导致顶管机与周围土体出现空隙，造成地层沉降或隆起；
（4）由于管节管口发生变形及变位，引起地层沉降；
（5）顶管机顶进导致地下水位下降，引起地层固结或沉降。
预防及处理措施：
（1）防止开挖面的水土压力不均衡引起变形的措施：通过调整推进速度与螺旋出土器的转速，使土仓压力与开挖面水土压力相对应，根据需要注入适当的膨润土浆液增加开挖土体的塑流性；
（2）减小顶管机穿越过程中土体变形的措施：控制好顶管机姿态，减少不必要的纠偏动作，出现偏差时，应本着“勤纠偏、少纠偏、微纠偏、动中纠偏”的纠偏原则；
（3）在施工作业过程中，对管道高程及轴线偏位情况进行随时监测，及时发现，及时纠正，避免因大幅度纠偏后造成土体大面积沉降，减少因纠偏力过大所造成管端碎损、接口密封失效等现象，特别是在地下水丰富的砂层中顶进，要防止地下水携带泥砂向外部流失造成地面大面积沉降[1]；
（4）注浆量与注浆压力应经计算获得，或经过做试验段取得相应参数，根据地质条件，正确选择注浆材料与配合比，加强注浆量与注浆压力的控制，及时进行二次注浆，填充管壁与周围土体之间空隙，减少地面沉降；
（5）顶进过程中，严格控制顶进速度和土仓压力，按照预先设计好的顶进压力进行顶进，可以通过调整顶进速度与土仓出土量保持土仓压力，从而控制开挖面稳定；
（6）根据顶进面土质与地下水情况合理设置土仓压力与注浆压力，在施工中加强监测，派专人进行巡视，发现问题及时反馈及时处置，避免注浆压力、注浆量、土压力控制不得当造成地面隆起或沉降。
结论
本文通过介绍土压平衡机械顶管施工的原理、施工方法、操作机理和质量控制等方面，对机械顶管施工全过程及质量控制作了概述，旨在为以后类似工程施工提供参考。
参考文献：
[1]中国非开挖技术协会行业标准，顶管施工技术及验收规范[M].人民交通出版社，2017.
论文作者:高锦旗
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
标签：顶管论文; 后背论文; 压力论文; 导轨论文; 管道论文; 经纬仪论文; 支座论文; 《基层建设》2019年第25期论文;