市政顶管工程施工风险及应对措施-文摘2.doc

文摘二：市政顶管工程施工风险分析及应对措施-刘加宇1孙辉2王少雄3摘要：市政顶管工程在城市建设中承担着日益重要的作用，本论文针对给排水管道顶管工程施工中存在的风险进行了分析，并提出了相应的预防和处理措施，对于进一步推动给排水管道的顶管施工应用具有一定的借鉴意义。关键词：顶管、给排水管道、风险分析、应对措施随着城市建设的大规模发展，人们对生活环境的质量提出更高的要求。各级政府都致力于新区开发和老城区改造。而城区水污染的治理和水资源的保护又是重中之重。但在繁华的城市施工中，如遇管道纵横交错，技术复杂，施工条件苛刻等情况时，采用普通的施工方法，很难完成预期的目标，还可能会给周围建筑、道路带来危害。此时采用非开挖技术的顶管方案必能解决以上众多不利因素所带来的影响。但是伴随着顶管技术的投入使用，在运用中也经常出现一些问题，本文主要提出在顶管技术施工中容易出现的技术问题和相应的预防和处理措施，值得施工技术人员重视，并以此和同行共享。1沉井下沉施工风险分析及处理措施沉井在下沉过程中，时常出现井筒倾斜，沉井位置偏移等情况时，应立即分析原因，进行纠偏。（1）沉井倾斜，这是沉井下沉中出现频率最高的问题，原因分析：（1）沉井四周土质软硬不均；（2）没有均匀挖土，使沉井内土面高差悬殊；（3）刃脚一侧被障碍物拦值；沉井外面有弃土或堆物，井上附加荷重分布不均造成对井壁的偏压。纠正倾斜的方法a、挖土纠偏，即通过调整挖土的高差，及调整沉井刃脚处保留土台的宽度，进行纠偏。在下沉较慢的一侧多挖土，逐步挖掉刃脚处的土台，使量脚悬空，其高度控制在20cm，沿刃脚四周长度宜为沉井直径的1/2，促使该侧下沉。同时下沉较快的一侧沿刃脚四周长度宜为直径的1/2多保留刃脚处土台的宽度；如该处土体松软时，应夯实或填碎石作为加固处理；并在该处井筒外部地面推土夯实，以增加其抗力和摩阻力。采用上述方法，如果一次不能全部纠正偏斜，可按上述的方法重复进行至符合规定误差为止。而后按正常下沉挖土。b、射水纠偏。沉井在下沉过程中发生偏斜而用挖土纠偏仍不见效时，采用向下沉较慢一侧沉井井筒外部沿外壁四周注射压力水，使该处的土成为泥浆，以减小土的抗力；泥浆还起润滑作用，减少沉井外壁与土之间的摩阻力，促使沉井较高的一侧迅速下沉。当纠偏到接近正常位置时应停止射水，并应将沉井外壁与土之间的空隙用细土或砂填充。c、局部增加荷载纠偏。当井筒在下沉过程中出现倾斜时，可在井筒较高一侧增加荷载，（一般采用铁块、砂石袋加压力）或用震动机震动，促使井筒较高一侧较快下沉。（2）沉井旋转，园沉井因土质不够均匀或受到切向力作用（如在切线方向安装梯子等）而发生旋转的情况时有发生，而沉井上的顶管进出洞口是事先预留的，过多的旋转将直接影响顶管进出洞口的方向，故应避免。沉井旋转的预防措施是使沉井不受切向力或切向所受的力矩基本平衡。已发生旋转的处理方法是在下沉过程中施加一个与旋转方向相反的扭矩，如切向的牵引力。该力不需要很大就足以使已旋转的沉井转回来。（3）不沉，沉井内泥土已挖到刃脚以下而沉井不沉，则可能是地质情况的变化或刃脚遇到了障碍，应采取井顶压载增加下沉重量，井外壁注入膨润土泥浆或压缩空气减小下沉摩阻力等措施。不宜采用井内大量抽水以减小水对沉井的浮力，从而增加下沉系数的方法，因井内水位降低会使地下水夹带泥砂从井底涌入，造成井周地面沉降，建筑物破坏。（4）突沉，突沉是指沉井在瞬间突然下沉，如在几秒或几十秒内下沉数十公分或更多。突沉往往发生在下沉中断后又重新开始挖土下沉或刃脚下遇到障碍物时，预防措施一是连续挖土下沉，二是刃脚遇到障碍物时，挖土要更强调均匀，且放慢挖土速度。采用井顶压载、井壁外注膨润土泥浆等措施时，要逐步实施，不可一次加载、注浆过多过猛。2顶管掘进过程风险分析及处理措施2.1顶管机失控2.1.1顶管机旋转机头向顺时针或逆时针方向旋转一个角度，有时后续管道也随之旋转。顶管机在顶进过程发生旋转几乎在每条顶管中都会出现，将影响管内设备的使用，甚至使液体外溢等。原因分析：（1）工具管前端土层软硬不均匀，使工具管受力不均匀，造成工具管向土层软的方向旋转。（2）顶进千斤顶及油路布置不合理，千斤顶之间存在着顶进时间差，使顶进合力线偏移，造成工具管旋转。（3）纠偏量过大，纠偏频繁，往往也使管节产生偏转力矩，引起管节偏转。处理方法：（1）出洞时，在顶管机及其后续管节上，焊方偏转铁板，卡在导轨两边，也可用其它防偏转的措施阻止顶管机出洞时偏转。（2）顶进时控制刀盘的旋转方向，将刀盘向机体旋转的反向转动，使顶管机受反向扭矩，从而纠正机体，顶进过程中，不断正、反转刀盘，顶管机的旋转就可得到有效控制。（3）采取配重法，顶管机内的设备布置注意了重量对称分布，以防顶管机旋转，但顶进中的机体旋转仍常有发生，处理方法是在顶头内摆放配重，若顶管机左旋，即在机内右侧摆放配重，若右旋，配重就摆左边，效果良好，因顶管机内设备已考虑了重量对称分布，故所用配重的数量较小，配重一般用废铁板、钢筋等。但是采用此方法，应注意轴线的控制，以免造成轴线偏差过大形成弯曲，给以后的施工造成困难。2.1.2机头出洞时磕头顶管机出洞时机头往下偏差较大。原因分析：由于土体承载力较小，且机头本身较重，出洞时容易产生磕头（即机头前倾）。防治措施：（1）千斤顶安装时，将其合力作用点下降510cm，也可视实际情况，灵活采用千斤顶个数。（2）机头出洞时，将机头预抬一个数值（23cm）。（3）将出洞口导轨接长至井外壁，或在洞口止水圈下部用混凝土浇筑一个弧形托块。（4）第一节管与机头拼装时，尽量加长机头在导轨上的长度。（5）在工作井外洞口下部注浆加固土体。2.2管节漏水钢筋混凝土管节裂缝现象，管节纵向和环向有明显裂缝，造成管道渗水、漏水。原因分析：（1）管节质量不合格。（2）顶进过程中顶力超过管节的承压强度使管节损坏。或轴线偏差过大，致使管节应力集中而损坏。（3）运输、装卸、码放安装方法不当，造成管节损坏。预防措施：（1）严格执行各管节质量验收标准。（2）顶进时应严格控制管道轴线偏差，控制顶力在管节允许的承压范围以内。（3）在管节运输过程中应采取管垫等保护措施，并应做到吊（支）点正确，轻装轻卸。处理方法：应认真分析裂缝产生的原因和性质，根据不同受力情况，分别采取不同的治理方法，比如可采用环氧水泥砂浆或化学注浆的方法进行处理，处理后应能保证结构原有的承载能力、整体性。2.3后背开裂、位移、变形原因分析：由于后背承载力过小，或顶进顶力过大，超过沉井后背的极限荷载。后靠背可能被主顶油缸顶得严重变形或损坏，或与后座墙一起产生位移，无法承受主顶油缸的推力，顶管被迫中止。应对措施：顶进时必须对后背加强观测，及时了解后背位移、开裂情况，以便及早采取措施。发现后靠背有变形或开裂的预兆或顶力即将达到后靠极限顶力时及时加设中继间，避免后靠损坏。如果后靠背已经出现位移或开裂现象，应立即停止顶进，采取以下措施：（1）加大后靠钢板，增加后靠受力面积。（2）在后座墙后的土体采用压密注浆加固土体。2.4地层沉降或隆起地面沉降与隆起现象，顶管施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生地面沉降或隆起，使管道周围建筑物和道路交通及管道等公用设施受到影响，甚至危及到正常使用和安全。原因分析：（1）开挖端面的取土量过多或过少，使工具管推进压力与开挖士体压力不平衡，造成地面沉降或隆起。（2）管道轴线偏差，或纠偏不当造成的地层土体损失。（3）管道外围环形空隙（工具管外径与管外径之差）引起的地层上体损失，或顶管完成后未置换泥浆造成的全体损失。（4）管道接口不严密，造成的水土流失。防治措施：（1）施工前应对工程地质条件和环境情况进行周密细致的调查，制定切实可行的施工方案，正确选用工具管，并对距离管道近的建筑物和其它设施采取相应的加固保护措施。（2）设置测力装置，以便掌握顶进压力，保持顶进压力与前端土体压力的平衡。（3）严格控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法。（4）在顶进过程中应及时足量地注人符合技术标准的润滑支承介质填充管道外围环形空隙。施工结束及时用水泥或粉煤灰等置换润滑泥浆。（5）严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏。2.5泥水管产生沉淀、堵塞泥水管内泥水流动不通畅，顶管顶进不顺利。原因分析：（1）在泥水管内产生沉淀大多数发生在砂土层中。一是排泥泵效率低流量不足，在泥水管内的流速小于临界流速而使泥沙产生沉淀。如果是粉细砂，一旦沉淀在泥水管内，时间一长板结起来就比较难冲洗干净。（2）在含水量少的粘土中，粘土容易变成泥团，如果泥团过大，或者遇到回填土，而在回填土中有砖块等垃圾，它在管道弯头处或阀门处会把管道堵塞。防治措施：（1）如果排泥泵达不到所需的流量要求时，就应该更换。（2）停止推进前必须对排泥泵管道在旁路状态下进行较为彻底的清洗。（3）如果在含水量较少的粘土中推进，应减小刀口开闭量，减小刀盘每转一圈时所切削的泥土厚度，同时适当加大送水量。（4）在排泥管道与基坑旁通之间加一只沉淀箱，可让土块或卵石在该箱里沉淀下来，过一段时间只需打开箱底将其排出即可。（5）如果泥砂已经沉淀在泥浆管中，而冲洗又比较困难，此时，可将排泥管与进水管交换，反向冲洗。2.6地面冒水、冒浆顶进时泥水及压注的触变泥浆冒出地面，机头过后，地面产生沉降。原因分析：（1）遇到渗透系数较大的土层，泥浆及触变泥浆很容易冒出地面。（2）开挖面泥浆的粘滞度低，稳定性不好。防治措施：（1）控制泥水舱的泥水压力，保持在11.1倍正面静止土压力为宜。（2）要注意土层土质特性，施加性能适当的护壁浆液，增加进水的泥浆比例，提高泥水比重。2.7掘进机卡死在顶管施工过程中，无论在何种地层，都可能会出现掘进机无法正常启动、前方遇阻、顶力突然增大等问题，造成掘进机卡死。如果处理不当会造成后背墙破裂及管道破损，无法完成顶进工作。原因分析：（1）由于设计或施工前对地质情况认识不足造成顶进过程中摩阻力过大，或管道轴线偏差形成弯曲使摩阻力增大。（2）由于施工中注浆减阻效果不理想，或因中途停止顶进时间过长，润滑泥浆失水后造成管壁阻力过大。（3）由于管道自身强度缺陷，顶进过程中造成管身碎裂。（4）由于工作井井身或后背墙强度不足，造成工作井后座严重开裂或变形。（5）由于掘进机机头自身机械传动出现故障，造成掘进机无法正常启动。（6）由于管位处出现难以逾越的障碍物。解决方法：（1）开天窗法：若掘进机卡死位置上方无房屋、铁路、等不易拆迁性构筑物时，可在掘进机头上方地面通过开挖取出掘进机而解决问题。（2）逆套管法：在接收井反向顶进内径大于机头外径的钢管或其它管道，然后把机头从接收井拉出，管道接头处用混凝土和砖块进行修补、摸平。（3）顺套管法(拖管法)：在工作井顶进内径大于管道外径的钢管，从而确保土体不坍塌或管壁摩阻力降低，再将掘进机头回拖出来的方法。（4）内套管法：在原来的管道内顶入一支直径稍小的钢管并与机头连接，从而达到重启机头的目的。（5）引导洞法：在接收井中，逆向顶入同口径管道，使两机头对接，然后此顶彼拉，将掘进机取出。3结语顶管施工技术在市政工程中大量采用，避免了明挖技术受施工现场条件的大幅度影响，对穿越道路、河流、建（构）筑物的情况显示了极大的优越性，体现了良好的经济效益、社会效