頂管施工中常遇到的問題及防治

頂管施工中常遇到的問題及防治

頂管施工是繼盾構(gòu)施工之后發(fā)展起來的一種地下管道施工方

法，它不需要開挖面層，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用越來越廣泛。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)一些問題，影響施工質(zhì)

量。本文以泥水平衡法頂管施工為例，對頂管施工中常遇到的問題

及原因進行分析，并提出一些防治措施。

一、頂管施工的特點及工藝

1、頂管施工特點

（1）先進頂管施工時不用封路施工，選用的工作井與接受井又

位于閑置之處，頂進過程中路上交通照常通行。

（2）不需要開挖、回填和路面修復，所以與大開挖施工對比，

能降低工程總造價。

（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）先進頂管方法是全自動搖控，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，對工人安全也有了足夠的保

證。

(5)先進頂管推進過程中挖進機及管道周圍處于主動土壓力與

被動土壓力之間，故對原土干擾極少，所以不會導致路面沉降以至

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)，無需開挖地面，有具大推

力的液壓千斤頂可用在有遙控裝置的頂管掘進機的后方，使掘進機

及緊隨其后的管道穿越土層，達到預先設(shè)計的位置上，這就稱為頂

管工程。挖掘發(fā)生在頂管機的前方，被挖掘物質(zhì)通過泥漿循環(huán)系統(tǒng)

用泵排出，到達地表。頂管施工的基本原理為：從地面開挖兩個基

坑井，然后管節(jié)從工作井安放，通過主頂千斤頂或中繼間的頂推機

械的頂進，推動管節(jié)從工作井預留口穿出，穿越土層到達接收井的

預留口邊，然后通過接收井的預留口穿出，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人工手掘式和密封

機械式頂管施工方法，其中機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砂管、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：

通過導向頭的刀削轉(zhuǎn)動功能將泥土、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，再將干土卸到斗車內(nèi)運去棄土的地方，分離出的水又回到

儲水箱內(nèi)重復循環(huán)使用。施工所采用的主要設(shè)備為信息化及全自動

化泥水平衡頂管機。

二、頂管施工中常遇到的問題及防治措施

1、管道軸線偏差過大

管道頂進軸線與設(shè)計軸線偏差過大，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，或千斤頂問頂力相差較大，或安裝精度

不夠，造成頂力合力線偏差。

(2)預防措施。

①頂管施工前應對管道通過地帶的地質(zhì)情況認真調(diào)查，設(shè)置測

力裝置，指導糾偏。糾偏應按照勤測量、勤糾偏、小量糾的操作方

法進行。

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加強頂管后背施工質(zhì)量的控制，確保后背不發(fā)生位移，并應

使后背平整，以保證頂進設(shè)備的安裝精度。

④頂進過程中應隨時繪制頂進曲線，指導頂進糾偏工作。

2、地面沉降與隆起

頂管施工過程中或施工后，在管道軸線兩側(cè)一定范圍內(nèi)發(fā)生地

面沉降或隆起，使管道周圍建筑物和道路交通及管道等公用設(shè)施受

到影響，甚至危及到正常使用和安全。

(1)原因分析。

①掘進機正面土壓失衡引起的沉降與隆起。從土壓平衡掘進機

的原理來說，當掘進機通過充分的切削和溫拌，在進土倉內(nèi)形成具

有較大塑性和流動性的土體。當正面的土壓控制在被動土壓和主動

土壓之間時，地面才會下陷或隆起。實際上由于土質(zhì)變化較大，完

全按理論計算進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，由于有些土壓平衡堀進機對土的適應性不夠

完善，如刀盤切削面積過小，推進速度或螺旋輸送機轉(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機

糾偏或曲線推進造成的，因為在糾偏和曲線推進時形成的管道截面

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)，掘進機外徑較管道外徑大2?3no,

以便形成漿套，若注漿不及時就會引起沉降。

③管道與周圍土體摩擦引起的沉降與隆起。管道在推進時與周

圍土體存在摩擦，這種摩擦往往使土體發(fā)生剪切擾動，造成土體移

動而導致地面沉降。在管節(jié)外型不整、接口不平或管道不直順的情

況下，這種剪切擾動就會加劇，增大地面沉降與隆起。

④管道接口滲漏引起的沉降與隆起。當管道接口密封圈安置不

當或管端受力不勻而破壞，以及管道接口彎折過度造成密封不良

時，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施工前應對工程地質(zhì)條件和環(huán)境情況進行周密細致的調(diào)查，

制定切實可行的施工方案，正確選用工具管，并對距離管道較近的

建筑物和其他設(shè)施采取相應的加固保護措施。

②設(shè)置測力裝置，掌握頂進壓力，保持頂進力與前端土體壓力

的平衡。

③施工時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在頂進過程中應及時足量地注入符合技術(shù)標準的潤滑支承介

質(zhì)，填充管道外圍環(huán)形空隙。施工結(jié)束后及時用水泥或粉煤灰等置

換潤滑泥漿。

⑤嚴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)膨溝泥漿配比不當或注入不及時，或注入量不足，

減阻效果降低，使摩阻力增大。

④頂進設(shè)備油的泵、油缸或油路發(fā)生故障。

⑤頂進施工中因故停頂時間過久，潤滑泥漿失水使減阻效果降

低。

(2)防治措施。

①頂管在正常頂進施工過程中，必須密切注意頂進軸線的控

制，使管道軸線被控制在允許偏差范圍以內(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，

及時足量地注入泥漿。

③頂進施工前應對頂進設(shè)備進行認真的檢修保養(yǎng)。

④停頂時間不能過久，發(fā)生故障應及時加以排除。

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頂進千斤頂及油路布置不合理，千斤頂之間存在著頂進時間

差，使頂進合力線偏移，造成工具管旋轉(zhuǎn)。

③頂管軸線發(fā)生偏差時，糾偏量過大：使工具管發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

④管道向左、向下糾偏，管道反時針扭轉(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

時方向變化，對管道形成一個扭矩，使管道扭轉(zhuǎn)。

⑥刀盤單方向旋轉(zhuǎn)，使管道反方向扭轉(zhuǎn)。

⑦管道內(nèi)施工設(shè)備布置不對稱，構(gòu)成一個固定方向的扭矩，使

管道按某一方向扭轉(zhuǎn)。

(2)預防措施。

①遇前端土層軟硬不均勻，應采取多芝硬、少挖軟的方法。

②頂進前應逐臺調(diào)試千斤頂，應采用同種規(guī)格，并使液壓泵到

各千斤頂之間的距離相等、管徑一致。

③在頂進過程中，要時刻留意偏差發(fā)展的趨勢，以勤測、勤糾為

原則，多進行小幅度糾偏和預見性糾偏,使偏差只在小幅度范圍內(nèi)波

動、盡量避免大角度糾偏。

④工具管設(shè)置測力裝置，以便測定平衡力的大小指導糾偏。

⑤管內(nèi)設(shè)備布置重量要對稱；主油缸安裝要平穩(wěn)，并且與管軸

線平行；刀盤要經(jīng)常變換方向；盡量采用小角度糾偏，其次是糾

扭?？刹捎脡褐氐霓k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，應注意軸線的控制，以免造成軸線偏差過

大形成彎曲，給以后的施工造成困難。

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)標準或在運輸、裝卸、安裝

過程中管節(jié)被損壞。

②管道軸線偏差過大、造成接口錯位、間隙不均勻、填充材料

不密實。

③接口或止水裝置選型不當。

(2)治理方法。

可采用環(huán)氧水泥砂漿或化學注漿的方法進行處理。

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頂進過程中頂力超過管節(jié)的承壓強度，或軸線偏差過大，致

使管節(jié)應力集中而損壞。

③運輸、裝卸、碼放安裝方法不當，造成管節(jié)損壞。

(2)治理方法。

認真分析裂縫產(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

頂管施工中實際出土量遠遠大于理論出土量，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，頂進量過小，沒有起到防護和平衡

的作用。

②敞開式頂進時挖