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摘要：随着城市规模的不断扩大，顶管施工已在市政工程中普及使用，地下顶管的测量监控是一个非常重要的环节，直接决定顶管的成功与否，影响工程的质量和进度。
关键词：顶管施工、测量投点的设置、纠偏技术
广州某市政工程顶管段之一，长度48米，管道埋深7.8~8.352米，位于填筑土和粉质黏土层位置，采用Ⅲ级钢筋砼DN1650专用顶管，根据以往施工经验，采用NPD1650型泥水平衡顶管掘进机。该顶管掘进机具有沉降控制精度高，顶进速度快，便于操作和维修，施工可靠性好等特点，在长期顶管施工中证实是完全适合本工程地质条件的。
一、测量监控系统
1）建立平面控制网
采用全站仪测量，地面上按业主、设计院提供的井位轴线控制桩定位。待工作井施工结束后，按工作井穿墙孔实际坐标与设计终点的坐标测量放线，定出管道顶进轴线并将轴线投放到工作井测量平台上和井壁上。在工作井四周建立测量控制网，并定期进行复核各控制点。工作井上下点的投放采用DZS2水准仪。投放顶管测量始测点和2个后视点，始测点设在顶管后座专用测量平台上，后视点设于穿墙孔上部的井壁上，定期互相校核。
2）管道轴向测量
施工管道轴向测量采用高精度激光经纬仪进行测量，测量主要用导线测量法，测量平台设在顶管后座处。测量光靶安装在掘进机尾部，测量时激光经纬仪直接测量机头尾部的测量光靶的位置，并根据机头内的倾斜仪计算机头实际状态。
3）顶管标高测量
加强对顶管过程的标高测量和复核，在地面上把永久性水准引测至井边，通过垂直吊钢尺引测至井下，设临时水准点，再在管道内架设水准仪测至机尾部标靶，即可知道机头标高的偏差。为了确保机头准确进洞，在顶进到最后30～50m时，用人工测量的方式，对管道进行全线标高进行复核，确保测量工作做到万无一失。
4）高程控制
激光经纬仪安置在观测台上，它发出的激光束为管道中心线，又符合设计坡度要求，实为顶管导向的基准线。施工开始时将顶管机的测量靶的中心与激光斑点中心重合。当顶管机头出现偏差，相应激光斑点将偏离靶中心，测量靶图像通过视频传送到操作台的监示器上，从而观察出激光斑点将偏离靶中心偏离图像，通过控制纠偏千斤顶的伸缩量，进行顶进方向的纠正，使顶管机始终沿激光束方向前进。顶管施工中测量工作的主要任务是掌握好管线的中线方向、高程和坡度。
①据设计坡度要求，沿线路布设四等水准路线，并在各井口处埋设临时水准点以供顶管高程放样。
井口投点示意图
②根据顶管线路所布设的导线点及水准点，标定出井的平面位置及测定其深度，以指导工作井的开挖施工；定出始发井与接收井的管道中心点，并将其投设于地面（简称投点），作好标记，由于投点处于井的边缘，事先作好投点的支架搭设与焊接标志工作。
③以布设的线路导线点中的一个导线点及一条边的方位角，重新精密测定两井间的导线，即贯通导线，并联测二井投点，在有条件的地方，最好将投点作为导线点，以便获得投点的精确坐标，所有导线点应埋设牢固标志，以备复测。根据贯通导线及井口投点，在始发井边缘放样出顶进方向的坐标点，而后与井口投点一起向井下投设方向线，并将高程从井上传至井下，埋设临时水准标点。
顶进施工中的测量示意图
④在工作井下建立控制观测台，在其上配置有强制对中的仪器基座，并设有上下左右可调节的装置，能使架设于其上的仪器调整到中线（或与中线偏离一定距离）的位置，并使仪器横轴调整到中线（或与中线偏离一定距离）的高度上。
二、顶进监控技术和参数
顶管机的测量靶网格为10mm，根据顶管机测量靶激光点的偏移量计算顶管机的斜率，伸出相应的纠偏千斤顶组，使顶管机推进改变方向，从而实现顶进方向的控制。纠正偏量应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调。由于顶管机头附有测量靶，激光经纬仪安置在观测台上，在工作中，已使它发出的激光束既为管道中心线，又符合设计坡度要求，实为顶管导向的基准线。施工开始时使测量靶中心与激光光斑中心重合，当掘进机头出现偏差，相应测量靶中心将偏离光斑中心，从而给出偏离信号，通过通过视频传送到操作台的监示器，进行顶进方向的纠正，使工具头始终沿激光束方向前进。
工具头开始顶进5～10m的范围内，允许偏差应为：轴线位置50mm，高程30mm，当超过允许偏差时，应采取措施纠正。纠正偏差应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调。
工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，根据测量反馈的结果，调整纠偏千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控制。如果工具头的方向偏差超过10mm，即应采用纠偏千斤顶进行纠偏。
管顶出穿墙管及在长度30～40m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度短、工具头重量大，近出洞口土质易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时，应该综合运用工具头自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向。
每次纠偏的幅度以5mm为一个单元，再顶进1m时，如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势没有减少，增大纠偏力度（以5mm为一个单元），如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时，保持该纠偏力度，继续顶进，当偏位趋势相反时，则需要将纠偏力度逐渐减少。
纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，必须做到严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。顶管施工的顶进管道允许偏差：
三、纠偏技术和参数
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。
顶进过程中的纠偏是顶管作业质量好坏的关键，若操作不当，可能造成顶力骤升、管接口破损，严重时可能造成管道无法顶进，引发严重的安全、质量事故和重大经济损失，尤其是在砂层中顶进，管道极易因为泥水过度冲刷造成顶管机机头下沉，因此，对于顶进过程的纠偏显得尤为重要。
在机头和机头连接工具管出洞前，即使发生中线和高程偏差，也尽可能不要纠偏，因为此时纠偏，机头连接管尚位于导轨上，起不到纠偏效果；机头连接管出洞后，若高程中线在±2cm以内时，可不纠偏，当高程或中线超出标准值2cm以上时，根据监视器内的光点位置变化趋势进行纠偏，必须有一个提前量，纠偏遵循“先纠高程，后纠中线，小角度连续纠偏”的原则，纠偏油缸的伸出量一次不得太大（以不超过2cm为宜）；当光点位置有反向移动趋势或移动速度放缓时，可将纠偏油缸缩回，停止纠偏，纠偏时还应观察监视器内仰俯角和旋转角变化，作为参考数值，仰俯角和旋转角最大偏差不得超过原始值3°当监视器中光点发生显著变化时，应停止顶进，测量人员须下坑对经纬仪进行重新校正复核，查找是否属仪器被触碰或震动所致；若不是，须进行原因分析，并会商处理办法。顶进工程中，操作人员应随时监测监视器各项数据的变化，并及时记录，在分析记录数据的基础上进行纠偏。顶管过程中，操作人员必须对顶管各项数值进行纪录，顶进记录应做到记录准确、清楚、完整、及时，顶进记录每顶进一根管子记录数据不得少于一次，每班次不少于6次，尤其是交接班前，无论该管子是否完全顶进都应进行纪录，交接班必须履行交接班手续，测量人员应相互沟通。测量人员应对激光经纬仪进行每作业班次不少于两次的校核，并保留校核纪录。
四、结束语
顶管工程必须按设计要求的轴线、坡度进行布线布点，做好掘进机头部测量与纠偏相互配合工作，将纠偏作为管道线型的主要手段，做到勤测勤纠、小角度纠偏，将会取得明显的效果和效益。
论文作者:郑淑秋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年5期
论文发表时间:2019/7/12
标签：测量论文; 顶管论文; 机头论文; 偏差论文; 高程论文; 经纬仪论文; 导线论文; 《建筑学研究前沿》2019年5期论文;