黎詠泉（中鐵四局南京分公司）

城市地下通道頂管偏轉(zhuǎn)控制技術(shù)初探

黎詠泉（中鐵四局南京分公司）

本文通過對我公司施工的南京江東門地下人行過街通道工程的施工中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的主要原因，探討了調(diào)整側(cè)向偏轉(zhuǎn)的常用方法。但是這些方法，有的時候，效果也不是很理想。所以通過“泥墊式的防側(cè)轉(zhuǎn)裝置”，就是從矩形頂管機(jī)的下底面或者上頂面噴出渣泥來對矩形頂管機(jī)進(jìn)行糾偏。泥墊式的防側(cè)轉(zhuǎn)裝置在已經(jīng)成功的運(yùn)用到了實(shí)際的工程當(dāng)中。

矩形頂管；防側(cè)轉(zhuǎn)；泥墊式

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，城鎮(zhèn)化的不斷蔓延。城市的地下空間開發(fā)也在快速的發(fā)展著。矩形斷面結(jié)構(gòu)因?yàn)榭梢猿浞值氖褂脭嗝妫岣邤嗝娴睦寐?，降低工程造價，縮減地下的掘進(jìn)面積，因?yàn)樵诔鞘械叵率┕ぎ?dāng)中，使用的越來越廣泛了，矩形頂管機(jī)也越來越多的應(yīng)用在了矩形地下工程當(dāng)中。

矩形頂管的施工過程當(dāng)中，由于地面的超載變化，不均勻的土質(zhì)，不合理的施工布置，操作不當(dāng)，頂管機(jī)制造的誤差等原因，矩形頂管機(jī)很容易發(fā)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。雖然在圓形頂管的施工當(dāng)中也會出現(xiàn)側(cè)向偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，但是圓形頂管的側(cè)轉(zhuǎn)，一定范圍之內(nèi)不會對通道的施工和之后通道的使用產(chǎn)生較大的影響。但是在矩形通道當(dāng)中，矩形頂管機(jī)如果發(fā)生側(cè)轉(zhuǎn)會直接影響到矩形管片的拼裝，同時還會使矩形管的底平面發(fā)生傾斜，會對通道的正常使用造成影響。因此，矩形頂管在施工的過程當(dāng)中要及時的進(jìn)行糾偏，避免發(fā)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)。

2 矩形頂管機(jī)出現(xiàn)側(cè)向偏轉(zhuǎn)的原因

2.1 地面超載的變化

由于刀盤的所處位置地面超載的不同，或者因?yàn)榈匦蔚脑蛟斐善暮芍?，比如在急傾斜的地形或者懸崖等左右兩邊覆土厚度的不同，都會使作用在刀盤上的外力出現(xiàn)左右偏差，從而使矩形頂管機(jī)出現(xiàn)側(cè)向偏轉(zhuǎn)。

2.2 土質(zhì)的不均勻

在推進(jìn)的過程當(dāng)中，矩形頂管機(jī)會受到一下幾方面的力的作用：頂管殼體和頂管四周的土體之間的摩擦阻力，頂管的正面阻力以及挖面的土體對刀盤的反力等。由于開挖面的土質(zhì)不盡相同，土層的軟硬不均以及土倉內(nèi)的攪拌不均，這些外力就會不均勻的作用在矩形頂管上面，從而使矩形頂管機(jī)推進(jìn)的過程當(dāng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。另外，由于矩形頂管機(jī)的左右兩側(cè)的支持地基的土質(zhì)的不均，也會出現(xiàn)不均勻的沉降。

2.3 矩形頂管機(jī)的制造誤差

矩形頂管機(jī)的斷面是一個矩形，是一個中心對稱的結(jié)構(gòu)。但是可能由于制造的誤差使矩形頂管機(jī)的斷面不對稱，造成兩側(cè)的重量不一致，都會使矩形頂管機(jī)發(fā)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

2.4 操作不當(dāng)或者施工布置不合理

操作不當(dāng)或者不合理的施工布置都會導(dǎo)致矩形頂管機(jī)出現(xiàn)側(cè)向偏轉(zhuǎn)。比如，千斤頂和頂管機(jī)的軸線不是平行的或者頂管機(jī)后靠不穩(wěn)，使千斤頂對矩形頂管機(jī)形成扭矩，就會導(dǎo)致矩形頂管機(jī)發(fā)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)；油壓波動，油路和主力千斤頂?shù)牟贾貌缓侠恚骨Ы镯旈g有頂進(jìn)的時間差，造成頂進(jìn)合力線的偏移，導(dǎo)致頂管機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；頂管的軸線出現(xiàn)偏差的時候，糾正量如果過大，就會導(dǎo)致工具管出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)；矩形頂管的刀盤如果單方向的旋轉(zhuǎn)，就會使矩形頂管機(jī)出現(xiàn)反方向的偏轉(zhuǎn)；皮帶傳送機(jī)支架的支持點(diǎn)位置偏移，頂管單側(cè)漿液流失等原因都會使矩形頂管機(jī)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。

3 糾正矩形頂管機(jī)發(fā)生側(cè)轉(zhuǎn)主要的方法

3.1 使用糾偏千斤頂

矩形頂管機(jī)在掘進(jìn)的過程當(dāng)中，可以通過矩形頂管機(jī)來糾偏千斤頂來自周圍的分力，調(diào)整矩形頂管機(jī)的偏轉(zhuǎn)。

3.2 改變刀盤的轉(zhuǎn)動方向

可以通過調(diào)整和改變刀盤切削的方向，利用反扭矩，調(diào)整側(cè)轉(zhuǎn)。

3.3 改變減摩漿液注入的位置

接入管的減摩漿液管的出漿口都是串聯(lián)的，漿液總管入漿口的位置一側(cè)非常容易出現(xiàn)相應(yīng)位置機(jī)身的抬高，比如漿液總管在左下側(cè)位置接入，會出現(xiàn)順時針的側(cè)轉(zhuǎn)，漿液總管在右下側(cè)位置接入就會出現(xiàn)逆時針的側(cè)轉(zhuǎn)。所以，通過調(diào)整注入位置，可以有效地糾偏。

3.4 采用單側(cè)壓重

矩形頂管機(jī)施工過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的時候，可以在矩形頂管機(jī)的一側(cè)添加鉛塊等重物，進(jìn)行糾偏。這種方法操作比較簡單，是一種比較常用的方法。

3.5 使用平衡翼

矩形頂管機(jī)的上下和左右兩側(cè)有兩組平衡翼。平衡翼裝置是由油缸驅(qū)動的，能180°旋轉(zhuǎn)，也可以伸縮。最大伸出的長度為500mm。在盾構(gòu)推進(jìn)的時候縮回，盾構(gòu)姿態(tài)需要糾正的時候伸出。通過調(diào)節(jié)平衡翼的旋轉(zhuǎn)角度和伸出量來控制側(cè)轉(zhuǎn)現(xiàn)象?？梢杂行Э朔头乐咕匦雾敼軝C(jī)側(cè)轉(zhuǎn)量的增大。

3.6 信息化施工

矩形頂管機(jī)頂進(jìn)的過程當(dāng)中，要及時注意偏差的發(fā)展趨勢，勤加觀察，使用高精度的測量儀器設(shè)備進(jìn)行測量。施工當(dāng)中，矩形頂管機(jī)前進(jìn)一段，就進(jìn)行一次兩側(cè)高程的對比，按照測量的結(jié)果進(jìn)行預(yù)見性的糾偏或者小幅度的糾偏，使偏差始終在小范圍內(nèi)波動，防止大幅度的側(cè)轉(zhuǎn)。

在實(shí)際的工程作業(yè)當(dāng)中，使用以上糾偏方法的時候，經(jīng)常會有糾偏效果不理想，糾偏效果比較慢的現(xiàn)象。所以，我們使用了一種新的防側(cè)轉(zhuǎn)方法，通過從頂管機(jī)的下底面或者上頂面噴出渣泥實(shí)現(xiàn)矩形頂管機(jī)的糾偏，我們稱之為泥墊式防側(cè)轉(zhuǎn)裝置。

4 泥墊式防側(cè)轉(zhuǎn)技術(shù)

4.1 泥墊式防側(cè)轉(zhuǎn)裝置

這種裝置通過利用頂管機(jī)內(nèi)的排泥輸送機(jī)所產(chǎn)生的壓力渣泥，再通過控制器的控制，排到頂管機(jī)上下兩面，來控制矩形頂管機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)。它是把焊成喇叭形的鋼管安裝在頂管機(jī)的頂面和底面，形成壓泥口，其中另一端和管路連接，在連接的部位安裝壓力控制閥或者單向閥來調(diào)節(jié)壓力。在頂管機(jī)的底面和頂面的左右兩側(cè)各有一個泥墊壓泥口，上下對稱分布。管路通向渣土的注入泵，注入泵和頂管機(jī)內(nèi)的排泥機(jī)相連。

這種裝置糾偏的原理是，頂管機(jī)在施工的過程當(dāng)中，當(dāng)頂管機(jī)出現(xiàn)側(cè)向偏轉(zhuǎn)的時候，渣土的注入泵把來自頂管機(jī)的排泥機(jī)的壓力渣泥，輸送到頂管機(jī)底面和底部的壓泥口。然后根據(jù)頂管機(jī)偏轉(zhuǎn)的程度，通過泥墊壓泥口的壓力控制閥，把渣泥從相應(yīng)的壓泥口進(jìn)行壓出，對頂管機(jī)作用一個力，而分別的控制壓泥口的渣泥壓出，能夠形成一個力偶，來控制頂管機(jī)側(cè)向偏轉(zhuǎn)。

4.2 施工控制方法

矩形頂管頂進(jìn)中，防側(cè)轉(zhuǎn)的施工控制：要根據(jù)設(shè)計(jì)好的坡度，軸線進(jìn)行施工，咋施工的過程當(dāng)中國，要勤測勤糾，即時小角度的糾偏，避免大起大落。施工控制的具體方法是：每向前一段距離，需要測量一次高程和軸線的偏差，并把各個千斤頂油壓值，機(jī)頭的糾偏角度，軸線偏差傳到中控室輸入微機(jī)，等微機(jī)計(jì)算好糾偏的數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾偏；每次進(jìn)行糾偏的時候，角度一定要小，一般要控制在0.5°以內(nèi)；在糾偏過程當(dāng)中，要避免大起大落，如果在某處出現(xiàn)的偏差比較大，這個時候要逐步的返回到軸線上，避免由于猛糾使相鄰兩段出現(xiàn)大的夾角。

為了防止矩形頂管機(jī)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，要做好如下的控制措施：頂進(jìn)前要對每一臺千斤頂進(jìn)行調(diào)整，要使用同一種規(guī)格，使每個千斤頂?shù)揭簤罕瞄g的管徑一致，距離相等；把管內(nèi)的設(shè)備按照重量對稱進(jìn)行分部，主油缸的安裝要平穩(wěn)，還要平行于管軸線，要經(jīng)常改變刀盤的方向，盡量小角度糾偏，注意糾扭；采用反向的扭轉(zhuǎn)方法時，要注意控制軸線，避免軸線的偏差過大，以致形成彎曲，給后續(xù)施工帶來不便。

4.3 案例分析

江東門地下人行過街通道工程項(xiàng)目位于南京市建鄴區(qū)江東中路與江東門北街交叉口，項(xiàng)目下穿江東中路呈東西走向，由東、西的地下空間部分及一個聯(lián)絡(luò)東、西兩側(cè)的地下人行過街通道組成。通道采用矩形頂管施工工藝，為了防止矩形頂管在頂進(jìn)中出現(xiàn)側(cè)轉(zhuǎn)，運(yùn)用了泥墊式的防側(cè)轉(zhuǎn)技術(shù)，先測量管節(jié)平面的偏差，找出每個管節(jié)的中心點(diǎn)，把經(jīng)緯儀對準(zhǔn)管節(jié)的中心點(diǎn)，測出角度，根據(jù)測出的角度和計(jì)算好的角度的差值，計(jì)算該環(huán)左右的偏差；根據(jù)所測量的偏差值，計(jì)算出偏轉(zhuǎn)的角度，按照壓力的計(jì)算公式計(jì)算出需要糾偏的壓力值；把注入泵和頂管機(jī)的拍你就相連，啟動渣土注入泵；調(diào)整壓力控制閥，輸送渣泥到壓泥口，逐步的糾正頂管機(jī)偏轉(zhuǎn)的角度；根據(jù)糾偏的效果，及時的對壓力控制閥進(jìn)行調(diào)整，調(diào)節(jié)壓泥口的渣泥，避免糾偏過頭。

5 結(jié)束語

頂管技術(shù)給解決城市管道施工當(dāng)中帶來了很多便利。本文主要介紹了矩形頂管頂進(jìn)中防側(cè)轉(zhuǎn)的一些方法。頂管技術(shù)還需要不斷的工藝優(yōu)化和技術(shù)更新，給城市管道的施工帶來便利，使城市的基礎(chǔ)建設(shè)更加完善，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會進(jìn)步。

[1]賀昆海.頂管的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)施的應(yīng)用與風(fēng)險(xiǎn)分析[D].湖南大學(xué)，2012.

[2]彭福泉.長距離大口徑鋼管頂管施工關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].西安建筑科技大學(xué)，2012.

TU94

A

2095-2066（2016）05-0183-02

2016-1-20