1、浅埋大直径顶管施工纠偏研究【摘 要】本文结合太原市汾东商务区人民路工程中双孔三米顶管的施工，进行对顶管工程中纠偏的控制的分析，通过监测机头的位置、角度偏差及纠偏力矩，拟合出以纠偏系数为控制参数的定量化表达式，在此基础上调整纠偏油缸压力设定值，控制机头姿态与设计轴线的偏差，实现顶进过程中纠偏操作的定量化控制。 【关键词】顶管纠偏研究 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 顶管在顶进过程中的纠偏是决定顶管工程成败的关键因素，而目前，国内顶管工程中的纠偏方面的文献甚少，施工中主要依靠顶管操作人员的经验，由于土质条件的复杂多变，操作人员的熟练程度不同，实际的纠偏操作效果也相差很大。特别是对
2、太原市汾东商务区人民路项目中的顶管工程，具有大直径（内径达 3m） 、浅覆土（覆土 3-5m）等工程特点，纠偏难度较大。为此，有必要突破现有依靠经验的定性纠偏操作过程，建立以纠偏系数为控制参数的定量化模型，填补国内在该类方面研究的空白，作为日后同类施工中的经验数据。 1 纠偏原理 1.1 纠偏的概念 顶管纠偏是指管道偏离设计轴线，利用顶管机的纠偏机构减少这一偏差的过程。 具备纠偏性能的顶管机分为纠偏段和机身段两节结构。现行顶管机的纠偏主要是依靠纠偏千斤顶油缸拼装成的液压纠偏系统来实现的。对于长距离、大直径顶管施工，一般采用 4 组纠偏油缸组成的系统，根据纠偏需要通过调整纠偏千斤顶的伸缩量，使纠
3、偏千斤顶的合力推动纠偏段向机身段偏移的相反方向转动一定角度，这时纠偏段和机身段之间的环形超挖间隙发生变化，机头的顶进阻力便失去原有的平衡，在后方顶推力和土压力的共同作用下，迫使机身段和后续管道向纠偏段偏转的方向前进。 1.2 理论纠偏的过程 图 1.2-1 纠偏示意图 1.2.1 图(a)为假设管道在顶进过程中向上偏离了轴线需要纠偏； 1.2.2 图(b)中顶管机开始纠偏，此时顶管机纠偏段的前端向下，后端上抬，同时带动顶管机机身段前端上抬。顶管机机身段上抬致使其与第一节管段间的下部间隙增大。通常顶管机偏差的标尺设在顶管机纠偏段的后部，结果造成偏差不减反增的假象。假设此时顶管机的纠偏角是，纠偏段
4、与原管道轴线间偏差角为； 1.2.3 图(c)中管道继续顶进，顶管机与第一节管段之间的下部间隙会变小，随着顶进，慢慢消失。这时顶管机纠偏段与原管道轴线的夹角变大为，并且有。此时管道偏差不再发展，并随着随后的顶进过程开始减少； 1.2.4 图(d)中管道继续顶进，顶管机前端慢慢向设计轴线靠拢，后续管段进入弯曲段，顶管机与第一节管段之间的上部间隙增加，第一节管段与第二节管段间的间隙一旦进入弯曲段，上部间隙也会增加，顶管机纠偏段与后续管道轴线的夹角增大到，并有，即与设计轴线间的夹角逐渐减小，从而实现纠偏的目的。 2 纠偏控制措施 2.1 纠偏原则的确定 纠偏原则是指当偏差偏离设计轴线多少开始纠偏，实
5、际施工中无法做到刚出现很小偏差就立即开始纠偏，规范给出的偏差值允许范围在100mm 以内，但在浅覆土、大直径的顶管施工中，所受土压力较小，而管材较重等多种因素下，偏差值往往超出允许值，此时需采取一定措施以保证偏差值在允许范围内。 一般施工中当偏差值超过 30mm 时即开始纠偏，为减少纠偏次数，避免出现反复纠偏，一般小于 30mm 时候施工中可无需考虑纠偏，正常顶进。2.2 纠偏的措施 纠偏措施主要指针对不同的偏差值范围制定不同的纠偏控制参数，达到纠偏的目的，施工中必须将水平偏差和竖向偏差区别对待，采取不同的纠偏措施。 2.2.1 水平偏差 纠偏相对容易，一旦纠偏开始，采取纠偏措施偏差值立即缩小
6、，不会继续发展。即便如此，施工中也必须严格控制偏差值，主要是由于偏差值过大会对土体产生较大的横向力，以影响临近构筑物。 2.2.2 竖向上偏差 竖向上偏差即掘进机中心位置偏离设计轴线中心偏上，施工中当机头偏差在 100mm 以内时纠偏较容易，按照正常顶进速度 4-8cm/min ，在10-15m 即可完成纠偏工作；当机头偏差超过 100mm 时，由于管顶覆土浅，管顶土压力小，按正常顶进掘进机易上浮，偏差值继续增大，需立即采取降低顶进速度至 1-4cm/min，增大纠偏力矩的措施将管道偏差控制在允许范围内。 2.2.3 竖向下偏差 竖向下偏差即掘进机中心位置偏离设计中心偏下，施工中当机头偏差在
7、100mm 以内时纠偏较容易，按照正常顶进速度 4-8cm/min ，10-15m即可完成纠偏工作；当机头偏差超过 100mm 时，由于掘进机施工扰动引起土体液化，掘进机下部土体承载力降低，按正常顶进掘进机易下沉，偏差值继续增大，需立即采取加快顶进速度至 8-12cm/min，增大纠偏力矩的措施将管道偏差控制在允许范围内。 2.2.4 力矩 纠偏工作中纠偏力矩大小对纠偏效果起着至关重要作用，纠偏力矩过大可能产生过纠和损坏管材钢承口的现象；力矩过小纠偏工作时间过长，可能引起偏差继续发展。根据实际经验纠偏力矩大于 600kNm时易引起钢承口损坏脱节的安全质量问题，在偏差小于 100mm 时，对于竖
8、向上偏差，力矩超过 300kNm 易出现过纠现象；对于竖向下偏差，力矩超过 350kNm 易出现过纠现象。 3 纠偏的实现 前述的经验公式给出了水平与竖直偏差变化率与纠偏力矩的关系，通过施工中记录的数据，按回归方程以计算纠偏值所需要达到的力矩，而实际纠偏过程中，纠偏力矩需要调节四组纠偏油缸的压力值来实现。根据施工中采用的掘进机纠偏油缸的布置方式(如下图所示，左上、左下、右上、右下 45配置，纠偏油缸半径 7.16cm，离掘进机中心 1.6m)，如要实现 M=600kNm 的向左纠偏力矩，则联动调节右上及右下的纠偏油缸，纠偏油缸压力值为：,则 p=16.5MPa。其余向右、向上及向下纠偏的情况与
9、此类似，选择纠偏方向另一侧的两组油缸，按上述公式调节油缸压力后，可实现需达到的纠偏力矩，即达到纠偏效果，避免了少纠及过纠现象。 图 3-1 纠偏油缸布置图 4 控制参数 在纠偏的过程中，为防止偏差继续增大，一般先对竖向偏差进行纠偏，再对水平偏差进行纠偏。根据大量的监测数据，并加以研究分析，一般在大直径顶管工程中，纠偏控制参数可按以下范围确定： 表 4-1 纠偏控制参数 5 结束语 顶管纠偏是一个高度复杂、动态变化的变化过程，并且由于施工条件、地质多变等多种因素，给纠偏带来一定的困难，本文从理论上并结合实际施工经验，总结出了顶管施工中的纠偏流程、控制参数以达到对纠偏工作的定量化的控制，实践证明采用的纠偏原则正确、措施有效可靠。 作者介绍 姓名：赵振华性别：男 出生年月：1978.03 学历：本科职称：工程师
