頂管施工是繼盾構(gòu)施工之后發(fā)展起來(lái)的一種地下管道施工方法，它不需要開(kāi)挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等，在給排水、煤氣、電力、通信等管道的施工中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但頂管施工單位施工設(shè)備、技術(shù)、管理水平參差不齊，在施工中常出現(xiàn)一些問(wèn)題，影響施工質(zhì)量。本文以泥水平衡法頂管施工為例，對(duì)頂管施工中常遇到的問(wèn)題及原因進(jìn)行分析，并提出一些防治措施。
一、頂管施工的特點(diǎn)及工藝
1、頂管施工特點(diǎn)
（1）先進(jìn)頂管施工時(shí)不用封路施工，選用的工作井與接受井又位于閑置之處，頂進(jìn)過(guò)程中路上交通照常通行。
（2）不需要開(kāi)挖、回填和路面修復(fù)，所以與大開(kāi)挖施工對(duì)比，能降低工程總造價(jià)。
（3）泥水循環(huán)法施工避免了泥水橫溢和稀泥亂堆放的不良現(xiàn)象，確保自然環(huán)境不受到污染，能做到文明施工。
（4）先進(jìn)頂管方法是全自動(dòng)搖控，不需工人在管道內(nèi)工作，這樣不僅消除了工人繁重的體力勞動(dòng)，對(duì)工人安全也有了足夠的保證。
（5）先進(jìn)頂管推進(jìn)過(guò)程中挖進(jìn)機(jī)及管道周?chē)幱谥鲃?dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力之間，故對(duì)原土干擾極少，所以不會(huì)導(dǎo)致路面沉降以至產(chǎn)生裂紋，避免了路面重修。
2、頂管施工工藝
頂管施工技術(shù)是一種管道鋪裝技術(shù)，無(wú)需開(kāi)挖地面，有具大推力的液壓千斤頂可用在有遙控裝置的頂管掘進(jìn)機(jī)的后方，使掘進(jìn)機(jī)及緊隨其后的管道穿越土層，達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的位置上，這就稱(chēng)為頂管工程。挖掘發(fā)生在頂管機(jī)的前方，被挖掘物質(zhì)通過(guò)泥漿循環(huán)系統(tǒng)用泵排出，到達(dá)地表。頂管施工的基本原理為：從地面開(kāi)挖兩個(gè)基坑井，然后管節(jié)從工作井安放，通過(guò)主頂千斤頂或中繼間的頂推機(jī)械的頂進(jìn)，推動(dòng)管節(jié)從工作井預(yù)留口穿出，穿越土層到達(dá)接收井的預(yù)留口邊，然后通過(guò)接收井的預(yù)留口穿出，形成管道的施工。
目前，頂管施工常采用的施工方法分為敞開(kāi)人工手掘式和密封機(jī)械式頂管施工方法，其中機(jī)械式頂管施工常用的施工方法又有泥水平衡式和土壓平衡式兩種，頂管施工常用的管材有砼管、鋼管、玻璃夾砂鋼管。
現(xiàn)在比較常用頂管施工為泥水平衡頂管施工法，其施工原理：通過(guò)導(dǎo)向頭的刀削轉(zhuǎn)動(dòng)功能將泥土、砂、石破碎，由一條鋼管注入水量，拌成漿液，由另一條鋼管吸出漿液，將漿液置于離心器內(nèi)離心脫水，再將干土卸到斗車(chē)內(nèi)運(yùn)去棄土的地方，分離出的水又回到儲(chǔ)水箱內(nèi)重復(fù)循環(huán)使用。施工所采用的主要設(shè)備為信息化及全自動(dòng)化泥水平衡頂管機(jī)。
二、頂管施工中常遇到的問(wèn)題及防治措施
1、管道軸線偏差過(guò)大
管道頂進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線偏差過(guò)大，使管道發(fā)生彎曲，甚至造成管節(jié)損壞，接口滲漏。
（1）原因分析。
①地層正面阻力不均勻，使工具管受力不均勻，形成導(dǎo)向偏差。
②頂管后背發(fā)生位移或不平整，使頂力合力線偏移。
③千斤頂不同步，或千斤頂問(wèn)頂力相差較大，或安裝精度不夠，造成頂力合力線偏差。
（2）預(yù)防措施。
①頂管施工前應(yīng)對(duì)管道通過(guò)地帶的地質(zhì)情況認(rèn)真調(diào)查，設(shè)置測(cè)力裝置，指導(dǎo)糾偏。糾偏應(yīng)按照勤測(cè)量、勤糾偏、小量糾的操作方法進(jìn)行。
②采用同種規(guī)格的液壓千斤頂，使其頂力、行程、速度一致，保持頂力合力線與管道中心線相重合。
③加強(qiáng)頂管后背施工質(zhì)量的控制，確保后背不發(fā)生位移，并應(yīng)使后背平整，以保證頂進(jìn)設(shè)備的安裝精度。
④頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)繪制頂進(jìn)曲線，指導(dǎo)頂進(jìn)糾偏工作。
2、地面沉降與隆起
頂管施工過(guò)程中或施工后，在管道軸線兩側(cè)一定范圍內(nèi)發(fā)生地面沉降或隆起，使管道周?chē)ㄖ锖偷缆方煌肮艿赖裙迷O(shè)施受到影響，甚至危及到正常使用和安全。
（1）原因分析。
①掘進(jìn)機(jī)正面土壓失衡引起的沉降與隆起。從土壓平衡掘進(jìn)機(jī)的原理來(lái)說(shuō)，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)通過(guò)充分的切削和攪拌，在進(jìn)土倉(cāng)內(nèi)形成具有較大塑性和流動(dòng)性的土體。當(dāng)正面的土壓控制在被動(dòng)土壓和主動(dòng)土壓之間時(shí)，地面才會(huì)下陷或隆起。實(shí)際上由于土質(zhì)變化較大，完全按理論計(jì)算進(jìn)行控制往往有較大差異，不能正確把握，造成土壓失衡引起沉降。另外，由于有些土壓平衡掘進(jìn)機(jī)對(duì)土的適應(yīng)性不夠完善，如刀盤(pán)切削面積過(guò)小，推進(jìn)速度或螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速不能調(diào)整，使得土壓控制不利或不便，造成土壓失穩(wěn)引起沉降與隆起。
②管道外周空隙引起的沉降與隆起。管道外周空隙是由掘進(jìn)機(jī)糾偏或曲線推進(jìn)造成的，因?yàn)樵诩m偏和曲線推進(jìn)時(shí)形成的管道截面面積大于管道截面，其空隙由周邊土體填充而引起沉降。現(xiàn)在一般頂管都采用觸變泥漿減摩技術(shù)，掘進(jìn)機(jī)外徑較管道外徑大2～3mm，以便形成漿套，若注漿不及時(shí)就會(huì)引起沉降。
③管道與周?chē)馏w摩擦引起的沉降與隆起。管道在推進(jìn)時(shí)與周?chē)馏w存在摩擦，這種摩擦往往使土體發(fā)生剪切擾動(dòng)，造成土體移動(dòng)而導(dǎo)致地面沉降。在管節(jié)外型不整、接口不平或管道不直順的情況下，這種剪切擾動(dòng)就會(huì)加劇，增大地面沉降與隆起。
④管道接口滲漏引起的沉降與隆起。當(dāng)管道接口密封圈安置不當(dāng)或管端受力不勻而破壞，以及管道接口彎折過(guò)度造成密封不良時(shí)，就較有可能發(fā)生接口滲漏，水土從而流失，這種土層損失必定會(huì)引起地面沉降與隆起。并且管道接口滲漏亦造成觸變泥漿的流失，支承土體和減小摩擦力的作用大大降低，亦可能引起上述兩種原因的沉降與隆起。
（2）防治措施。
①施工前應(yīng)對(duì)工程地質(zhì)條件和環(huán)境情況進(jìn)行周密細(xì)致的調(diào)查，制定切實(shí)可行的施工方案，正確選用工具管，并對(duì)距離管道較近的建筑物和其他設(shè)施采取相應(yīng)的加固保護(hù)措施。
②設(shè)置測(cè)力裝置，掌握頂進(jìn)壓力，保持頂進(jìn)力與前端土體壓力的平衡。
③施工時(shí)盡量采取小幅度的糾偏，盡可能的保證管道的直順，減小管道繞曲造成土層移動(dòng)引起的沉降。避免急度糾偏造成管道接口密封失效和管端碎裂，發(fā)生水土和觸變泥漿的流失，引起地面沉降。
④在頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)及時(shí)足量地注入符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑支承介質(zhì)，填充管道外圍環(huán)形空隙。施工結(jié)束后及時(shí)用水泥或粉煤灰等置換潤(rùn)滑泥漿。
⑤嚴(yán)格控制管道接口的密封質(zhì)量，防止?jié)B漏。
3、頂力突然增大
（1）原因分析。
①土層塌方或工具管前端遇障礙物，使阻力增大。
②管道軸線偏差形成彎曲，使摩阻力增大。
③減阻介質(zhì)膨潤(rùn)泥漿配比不當(dāng)或注入不及時(shí)，或注入量不足，減阻效果降低，使摩阻力增大。
④頂進(jìn)設(shè)備油的泵、油缸或油路發(fā)生故障。
⑤頂進(jìn)施工中因故停頂時(shí)間過(guò)久，潤(rùn)滑泥漿失水使減阻效果降低。
（2）防治措施。
①頂管在正常頂進(jìn)施工過(guò)程中，必須密切注意頂進(jìn)軸線的控制，使管道軸線被控制在允許偏差范圍以?xún)?nèi)。
②按不同地質(zhì)條件配制適宜的泥漿，并采取同步注漿的方法，及時(shí)足量地注入泥漿。
③頂進(jìn)施工前應(yīng)對(duì)頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)真的檢修保養(yǎng)。
④停頂時(shí)間不能過(guò)久，發(fā)生故障應(yīng)及時(shí)加以排除。
4、工具管旋轉(zhuǎn)
工具管沿圓周方向旋轉(zhuǎn)，使頂進(jìn)操作發(fā)生困難。
（1）原因分析。
①工具管前端土層軟硬不均勻，使工具管受力不均，造成工具管向土層軟的方向旋轉(zhuǎn)。
②頂進(jìn)千斤頂及油路布置不合理，千斤頂之間存在著頂進(jìn)時(shí)間差，使頂進(jìn)合力線偏移，造成工具管旋轉(zhuǎn)。
③頂管軸線發(fā)生偏差時(shí)，糾偏量過(guò)大，使工具管發(fā)生旋轉(zhuǎn)。
④管道向左、向下糾偏，管道反時(shí)針扭轉(zhuǎn)。
⑤后座或后背不穩(wěn)或主油缸與管軸線不平行，使主油缸在工作時(shí)方向變化，對(duì)管道形成一個(gè)扭矩，使管道扭轉(zhuǎn)。
⑥刀盤(pán)單方向旋轉(zhuǎn)，使管道反方向扭轉(zhuǎn)。
⑦管道內(nèi)施工設(shè)備布置不對(duì)稱(chēng)，構(gòu)成一個(gè)固定方向的扭矩，使管道按某一方向扭轉(zhuǎn)。
（2）預(yù)防措施。
①遇前端土層軟硬不均勻，應(yīng)采取多挖硬、少挖軟的方法。
②頂進(jìn)前應(yīng)逐臺(tái)調(diào)試千斤頂，應(yīng)采用同種規(guī)格，并使液壓泵到各千斤頂之間的距離相等、管徑一致。
③在頂進(jìn)過(guò)程中,要時(shí)刻留意偏差發(fā)展的趨勢(shì),以勤測(cè)、勤糾為原則,多進(jìn)行小幅度糾偏和預(yù)見(jiàn)性糾偏,使偏差只在小幅度范圍內(nèi)波動(dòng)、盡量避免大角度糾偏。
④工具管設(shè)置測(cè)力裝置，以便測(cè)定平衡力的大小指導(dǎo)糾偏。
⑤管內(nèi)設(shè)備布置重量要對(duì)稱(chēng)；主油缸安裝要平穩(wěn)，并且與管軸線平行；刀盤(pán)要經(jīng)常變換方向；盡量采用小角度糾偏，其次是糾扭。可采用壓重的辦法糾扭，即管道單邊壓重，使管道相反扭轉(zhuǎn)。
采用反向扭轉(zhuǎn)方法，應(yīng)注意軸線的控制，以免造成軸線偏差過(guò)大形成彎曲，給以后的施工造成困難。
頂管施工中常遇到的問(wèn)題及防治辦法_2
5、鋼筋混凝土管道接口滲漏
（1）原因分析。
①管節(jié)和密封材料質(zhì)量不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或在運(yùn)輸、裝卸、安裝過(guò)程中管節(jié)被損壞。
②管道軸線偏差過(guò)大、造成接口錯(cuò)位、間隙不均勻、填充材料不密實(shí)。
③接口或止水裝置選型不當(dāng)。
（2）治理方法。
可采用環(huán)氧水泥砂漿或化學(xué)注漿的方法進(jìn)行處理。
6、鋼筋混凝土管節(jié)裂縫
管節(jié)縱向和環(huán)向有明顯裂縫，造成管道滲水、漏水。
（1）原因分析。
①管節(jié)質(zhì)量不合格。
②頂進(jìn)過(guò)程中頂力超過(guò)管節(jié)的承壓強(qiáng)度，或軸線偏差過(guò)大，致使管節(jié)應(yīng)力集中而損壞。
③運(yùn)輸、裝卸、碼放安裝方法不當(dāng)，造成管節(jié)損壞。
（2）治理方法。
認(rèn)真分析裂縫產(chǎn)生的原因和性質(zhì)，根據(jù)不同受力情況，分別采取不同的治理方法，處理后應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)原有的承載能力和整體性。
7、頂管前端正面上體坍塌
頂管施工中實(shí)際出土量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論出土量，地面有明顯塌陷。
（1）原因分析。
①前端土層性質(zhì)發(fā)生變化，頂進(jìn)量過(guò)小，沒(méi)有起到防護(hù)和平衡的作用。
②敞開(kāi)式頂進(jìn)時(shí)挖土量過(guò)大，或封閉式頂進(jìn)時(shí)推進(jìn)力小于上體壓力。
③遇有流砂情況。
（2）預(yù)防措施。
①頂進(jìn)施工中應(yīng)采取短開(kāi)挖、勤頂進(jìn)的方法，嚴(yán)禁超挖，并隨時(shí)注意到土質(zhì)的變化情況，以便采取相應(yīng)措施防止坍塌。
②認(rèn)真做好土體的降水工作。
三、結(jié)束語(yǔ)
以上根據(jù)工程實(shí)踐，對(duì)泥水平衡法頂管施工常見(jiàn)的問(wèn)題和防治措施談?wù)勛约阂稽c(diǎn)膚淺的看法。隨著頂管工程的普及，頂管施工技術(shù)和施工質(zhì)量需要更一步得到提高。