城市地下通道顶管偏转控制技术初探

黎咏泉（中铁四局南京分公司）

城市地下通道顶管偏转控制技术初探

黎咏泉（中铁四局南京分公司）

本文通过对我公司施工的南京江东门地下人行过街通道工程的施工中发生偏转的主要原因，探讨了调整侧向偏转的常用方法。但是这些方法，有的时候，效果也不是很理想。所以通过“泥垫式的防侧转装置”，就是从矩形顶管机的下底面或者上顶面喷出渣泥来对矩形顶管机进行纠偏。泥垫式的防侧转装置在已经成功的运用到了实际的工程当中。

矩形顶管；防侧转；泥垫式

1 前言

随着经济快速的发展，城镇化的不断蔓延。城市的地下空间开发也在快速的发展着。矩形断面结构因为可以充分的使用断面，提高断面的利用率，降低工程造价，缩减地下的掘进面积，因为在城市地下施工当中，使用的越来越广泛了，矩形顶管机也越来越多的应用在了矩形地下工程当中。

矩形顶管的施工过程当中，由于地面的超载变化，不均匀的土质，不合理的施工布置，操作不当，顶管机制造的误差等原因，矩形顶管机很容易发生侧向偏转的现象。虽然在圆形顶管的施工当中也会出现侧向偏转的现象，但是圆形顶管的侧转，一定范围之内不会对通道的施工和之后通道的使用产生较大的影响。但是在矩形通道当中，矩形顶管机如果发生侧转会直接影响到矩形管片的拼装，同时还会使矩形管的底平面发生倾斜，会对通道的正常使用造成影响。因此，矩形顶管在施工的过程当中要及时的进行纠偏，避免发生侧向偏转。

2 矩形顶管机出现侧向偏转的原因

2.1 地面超载的变化

由于刀盘的所处位置地面超载的不同，或者因为地形的原因造成偏心荷重，比如在急倾斜的地形或者悬崖等左右两边覆土厚度的不同，都会使作用在刀盘上的外力出现左右偏差，从而使矩形顶管机出现侧向偏转。

2.2 土质的不均匀

在推进的过程当中，矩形顶管机会受到一下几方面的力的作用：顶管壳体和顶管四周的土体之间的摩擦阻力，顶管的正面阻力以及挖面的土体对刀盘的反力等。由于开挖面的土质不尽相同，土层的软硬不均以及土仓内的搅拌不均，这些外力就会不均匀的作用在矩形顶管上面，从而使矩形顶管机推进的过程当中发生偏转。另外，由于矩形顶管机的左右两侧的支持地基的土质的不均，也会出现不均匀的沉降。

2.3 矩形顶管机的制造误差

矩形顶管机的断面是一个矩形，是一个中心对称的结构。但是可能由于制造的误差使矩形顶管机的断面不对称，造成两侧的重量不一致，都会使矩形顶管机发生侧向偏转的现象。

2.4 操作不当或者施工布置不合理

操作不当或者不合理的施工布置都会导致矩形顶管机出现侧向偏转。比如，千斤顶和顶管机的轴线不是平行的或者顶管机后靠不稳，使千斤顶对矩形顶管机形成扭矩，就会导致矩形顶管机发生侧向偏转；油压波动，油路和主力千斤顶的布置不合理，使千斤顶间有顶进的时间差，造成顶进合力线的偏移，导致顶管机发生偏转；顶管的轴线出现偏差的时候，纠正量如果过大，就会导致工具管出现偏转；矩形顶管的刀盘如果单方向的旋转，就会使矩形顶管机出现反方向的偏转；皮带传送机支架的支持点位置偏移，顶管单侧浆液流失等原因都会使矩形顶管机出现偏转。

3 纠正矩形顶管机发生侧转主要的方法

3.1 使用纠偏千斤顶

矩形顶管机在掘进的过程当中，可以通过矩形顶管机来纠偏千斤顶来自周围的分力，调整矩形顶管机的偏转。

3.2 改变刀盘的转动方向

可以通过调整和改变刀盘切削的方向，利用反扭矩，调整侧转。

3.3 改变减摩浆液注入的位置

接入管的减摩浆液管的出浆口都是串联的，浆液总管入浆口的位置一侧非常容易出现相应位置机身的抬高，比如浆液总管在左下侧位置接入，会出现顺时针的侧转，浆液总管在右下侧位置接入就会出现逆时针的侧转。所以，通过调整注入位置，可以有效地纠偏。

3.4 采用单侧压重

矩形顶管机施工过程中发生偏转的时候，可以在矩形顶管机的一侧添加铅块等重物，进行纠偏。这种方法操作比较简单，是一种比较常用的方法。

3.5 使用平衡翼

矩形顶管机的上下和左右两侧有两组平衡翼。平衡翼装置是由油缸驱动的，能180°旋转，也可以伸缩。最大伸出的长度为500mm。在盾构推进的时候缩回，盾构姿态需要纠正的时候伸出。通过调节平衡翼的旋转角度和伸出量来控制侧转现象。可以有效克服和防止矩形顶管机侧转量的增大。

3.6 信息化施工

矩形顶管机顶进的过程当中，要及时注意偏差的发展趋势，勤加观察，使用高精度的测量仪器设备进行测量。施工当中，矩形顶管机前进一段，就进行一次两侧高程的对比，按照测量的结果进行预见性的纠偏或者小幅度的纠偏，使偏差始终在小范围内波动，防止大幅度的侧转。

在实际的工程作业当中，使用以上纠偏方法的时候，经常会有纠偏效果不理想，纠偏效果比较慢的现象。所以，我们使用了一种新的防侧转方法，通过从顶管机的下底面或者上顶面喷出渣泥实现矩形顶管机的纠偏，我们称之为泥垫式防侧转装置。

4 泥垫式防侧转技术

4.1 泥垫式防侧转装置

这种装置通过利用顶管机内的排泥输送机所产生的压力渣泥，再通过控制器的控制，排到顶管机上下两面，来控制矩形顶管机侧转。它是把焊成喇叭形的钢管安装在顶管机的顶面和底面，形成压泥口，其中另一端和管路连接，在连接的部位安装压力控制阀或者单向阀来调节压力。在顶管机的底面和顶面的左右两侧各有一个泥垫压泥口，上下对称分布。管路通向渣土的注入泵，注入泵和顶管机内的排泥机相连。

这种装置纠偏的原理是，顶管机在施工的过程当中，当顶管机出现侧向偏转的时候，渣土的注入泵把来自顶管机的排泥机的压力渣泥，输送到顶管机底面和底部的压泥口。然后根据顶管机偏转的程度，通过泥垫压泥口的压力控制阀，把渣泥从相应的压泥口进行压出，对顶管机作用一个力，而分别的控制压泥口的渣泥压出，能够形成一个力偶，来控制顶管机侧向偏转。

4.2 施工控制方法

矩形顶管顶进中，防侧转的施工控制：要根据设计好的坡度，轴线进行施工，咋施工的过程当中国，要勤测勤纠，即时小角度的纠偏，避免大起大落。施工控制的具体方法是：每向前一段距离，需要测量一次高程和轴线的偏差，并把各个千斤顶油压值，机头的纠偏角度，轴线偏差传到中控室输入微机，等微机计算好纠偏的数据后，根据数据进行纠偏；每次进行纠偏的时候，角度一定要小，一般要控制在0.5°以内；在纠偏过程当中，要避免大起大落，如果在某处出现的偏差比较大，这个时候要逐步的返回到轴线上，避免由于猛纠使相邻两段出现大的夹角。

为了防止矩形顶管机出现偏转，要做好如下的控制措施：顶进前要对每一台千斤顶进行调整，要使用同一种规格，使每个千斤顶到液压泵间的管径一致，距离相等；把管内的设备按照重量对称进行分部，主油缸的安装要平稳，还要平行于管轴线，要经常改变刀盘的方向，尽量小角度纠偏，注意纠扭；采用反向的扭转方法时，要注意控制轴线，避免轴线的偏差过大，以致形成弯曲，给后续施工带来不便。

4.3 案例分析

江东门地下人行过街通道工程项目位于南京市建邺区江东中路与江东门北街交叉口，项目下穿江东中路呈东西走向，由东、西的地下空间部分及一个联络东、西两侧的地下人行过街通道组成。通道采用矩形顶管施工工艺，为了防止矩形顶管在顶进中出现侧转，运用了泥垫式的防侧转技术，先测量管节平面的偏差，找出每个管节的中心点，把经纬仪对准管节的中心点，测出角度，根据测出的角度和计算好的角度的差值，计算该环左右的偏差；根据所测量的偏差值，计算出偏转的角度，按照压力的计算公式计算出需要纠偏的压力值；把注入泵和顶管机的拍你就相连，启动渣土注入泵；调整压力控制阀，输送渣泥到压泥口，逐步的纠正顶管机偏转的角度；根据纠偏的效果，及时的对压力控制阀进行调整，调节压泥口的渣泥，避免纠偏过头。

5 结束语

顶管技术给解决城市管道施工当中带来了很多便利。本文主要介绍了矩形顶管顶进中防侧转的一些方法。顶管技术还需要不断的工艺优化和技术更新，给城市管道的施工带来便利，使城市的基础建设更加完善，促进经济发展，社会进步。

[1]贺昆海.顶管的关键技术和实施的应用与风险分析[D].湖南大学，2012.

[2]彭福泉.长距离大口径钢管顶管施工关键技术的研究与应用[D].西安建筑科技大学，2012.

TU94

A

2095-2066（2016）05-0183-02

2016-1-20