摘要：本文主要通过对某地下人行横道工程出现形变的主要因素的分析，研究了应对侧向偏转的应对策略。然而这些策略在有些情况下可能会失效，因此，在“泥垫式防旋转装置”辅助下，通过对上或者对下灌注渣泥，对顶管机进行位置的修正，来保证其施工截面的正确性。泥垫式防旋转装置已成功应用于实际工程中。
关键字：城市地下通道；顶管偏转；控制技术
随着我国城镇化进程加快。城市的地下空间开发也在快速的发展着。由于矩形截面结构可以提高截面的利用率，降低施工成本，减少地下隧道截面面积，因此在城市的地下建筑中，越来越广泛的使用矩形截面结构，矩形顶管机也被大量的应用于其中。
在进行矩形顶管施工时，由于地质变化、地面塌陷、施工顺序混乱或者是操作人员失误等原因，有可能造成矩形顶管机出现横向侧移。矩形顶管机的图形如图1所示。尽管在圆形管道千斤顶的构造过程中也会发生横向偏转，但是圆形管道的侧面在一定范围内被转动，是不会对通道的构造和之后的通道的使用产生很大的影响。
图1 矩形顶管机
1、矩形顶管机横向偏转的原因
1.1地面超载的变化
由于刀盘的地面过载或地形导致的偏心载荷，例如，在陡峭倾斜的地形或悬崖两侧的土壤厚度之间存在差异，使作用在刀头两侧上的外力出现差异。由此造成矩形顶管机横向偏转。
1.2土质的不均匀
在进行掘进时，矩形顶管机的受力可以理解成以下几个部分：顶管机自身的摩擦力，推进过程中的阻力，掘进时受到土壤的反作用力。由于开挖面的土质不一样，软土和硬土层不均匀，土仓内的混合不均匀，这些外力不会均匀地作用在矩形顶管上。这些就导致了在矩形顶管机的前进过程中发生偏转。另外，由于矩形顶管机左右侧基础土质的不均匀。
1.3矩形顶管机的制造误差
矩形顶管机的横截面是矩形，并且是中心对称的结构。然而，由于制造误差，矩形顶管机的横截面是不对称的，两侧的重量不一致，这使得矩形顶管机横向偏转。
1.4操作不当或者施工布置不合理
矩形顶管机施工时安置不合理，也会造成一定的横向偏移。例如，千斤顶的轴和顶管机不平行或顶升机后不稳定，其产生的扭力使得矩形顶管机发生偏转。油压波动，油路和主千斤顶布置不合理的情况，使得千斤顶最终形成的合力存在扭力，使得顶管机发生偏转；当管道千斤顶的轴线偏离时，如果校正量太大，管道将会偏转；如果矩形顶管机中所有的掘进刀全部是朝一个方向，则由于受到反作用力的影响，造成了反向偏移；带式输送机支架的支撑点出现位置上的变化，这是造成最终偏转出现的主要原因之一。此外，如果两侧的浆料不对称施工也会导致矩形顶管机发生偏转。
2、应对偏转发生的策略
2.1、使用纠偏千斤顶
在工作进行中，可以通过矩形顶管机来减少由千斤顶而造成的偏转。
2.2改变刀盘的转动方向
可以通过调整和改变切割器的切割方向并使用反转矩来调节偏移。
2.3改变减摩浆液注入的位置
入口管的抗摩擦浆料管的出口全部串联连接，浆料入口位置处单侧可能导致其所在位置上升。例如，浆料管连接在左下侧，则将有顺时针侧转弯的趋势，当浆料管连接到右下侧时，浆料管将有逆时针侧转弯的趋势。因此，通过调节喷射位置，可以有效地校正偏差。
2.4采用单侧压重
通过在其中一侧增加重物的方式，也能够实现最终纠偏，这是一种常见的、简单有效的调整偏移的方法。
2.5使用平衡翼
在矩形顶管机的上下两侧和左右两侧有两组平衡翼。平衡翼单元由可以旋转180°或伸缩的圆筒驱动。最大伸出的长度为 500mm。当盾构机在工作时平衡翼收缩，在需要矫正盾构机时，平衡翼就会伸出。通过调节平衡翼的旋转角度和突出量来控制侧转现象。通过这种方法，可以实时的对矩形顶管机的偏移进行修正。
2.6信息化施工
顶管机工作时，需要小间隔、多观察，同时要使用一些先进的设备，一旦发现存在偏差趋势，要及时的记录。在施工时，需要每工作一段时间，就对比两侧的高度，如果发生了偏移要及时采取相应的措施，将偏差控制在很小的范围内波动，以防止大的横向转弯。
在实际的工程工作中，使用上述校正方法时，往往存在校正效果不理想且校正效果相对较慢的现象。因此，施工中经常通过将泥浆灌注到两侧，用以矫正其位置，我们称之为泥垫防旋转装置。
3、泥垫防侧转技术
3.1、泥浆式滚动装置
该装置由控制器通过使用泥浆输送机产生的压力泥渣来控制。通过将其放置于顶管机的上下侧，用以限制其偏移。在顶管机的顶面和底面安装焊接成喇叭形状的钢管，形成泥浆压力口，另一端连接到管道，并且在连接部分处安装压力控制阀或止回阀以调节压力。在顶管机的底部和顶部，各有一个泥垫压出口，垂直对称分布。管道通向渣土的注入泵，注入泵连接到顶管机中的渣泥排放机。
3.2、施工控制方法
掘进过程中，避免侧转发生的有效控制：根据设计的坡度和轴线进行施工，并且在施工过程中，要高密度、小间隔的进行测量。施工控制的具体方法是：在向前顶进一段距离后即进行位置和轴度的检测，并根据测量结果对各个千斤顶压力进行校正。该过程一般是将各个数据采集之后通过计算机自带的自动控制系统进行控制的。每次进行纠偏一定要遵循小角度的原则，一般应控制在0.5°以内；在纠偏过程中，一般情况下要避免大的纠偏数值。
为了避免顶出机出现偏转：在顶起之前，需要调整每个千斤顶参数，并且应使用相同的规格，使每个千斤顶与液压泵的直径相同且距离相等；管内的设备需要进行对称分布，并保证主油缸与施工轴线一致，且油缸要安装牢固，还需要对刀盘的旋转方向进行周期性调整，调整时要遵循小角度的原则，当使用反向扭转方法时，需要注意控制轴扭矩以避免轴的过度偏离，从而形成弯曲，这会给之后的建造带来不便。
4、结束语
顶管掘进技术作为一种新型的隧道施工技术，其具有诸多的优势，然而由于其在掘进过程中受到了来自于侧面的作用力或是掘进产生的反作用力，导致其容易发生偏移。在圆形结构掘进过程中，如果出现部分偏移，影响相对较小，然而矩形顶管机一旦发生偏移，在对接时则可能出现偏差，这样不利于不同管段的对接。顶管技术还需要不断的进行工艺优化和技术更新，为城市管道建设带来便利，使城市基础设施更加完善，由此促进经济发展和社会进步。
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论文作者:吴晓超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/14
标签：矩形论文; 顶管论文; 千斤顶论文; 浆料论文; 技术论文; 过程中论文; 横向论文; 《基层建设》2019年第18期论文;