浅析长距离顶管施工顶管机在加固区脱困方法

浅析长距离顶管施工顶管机在加固区脱困方法

毛文祺

上海市机械施工集团有限公司

摘要：以上海某污水管道工程长距离顶管施工为例，长距离顶管施工时，顶进压力较大，顶进速度难以控制，刀盘顶上加固区后，其刮刀卡在加固区土体中，同时因本次采用的顶管机刀盘系统为电力驱动系统，瞬时扭力较小，刀盘多次启动，仍未有效转动。通过采用双向顶进及凿除管节间的多层复合板两种办法，分别实现顶管机脱困，保证工程的进一步实施，此案例可供同类工程参考借鉴。

关键字：长距离顶管；双向顶进；顶管机脱困； 

1工程概况

上海某污水管道工程中含有两段长距离顶管：9#井~7#井顶管段（长度为1026m）和11#井~9#井顶管段（长度为1740m）。顶管机在接收过程中，刀盘磨加固区时卡在加固土中。9#井~7#井接收时刀盘距离洞门位置约2.46m时刀盘卡住，11#井~9#井接收时刀盘距离洞门位置约1.61m时刀盘卡住。以下为上述两段管道概况及设备概况。

1.1管道概况

（1）9#井~7#井顶管段概况

9#顶管工作井出洞土层位于④淤泥质黏土层，7#顶管接收井进洞土层位于④淤泥质黏土层，区间坡度为1‰下坡，覆土深度14.79~15.85米，区间在主要位于④淤泥质黏土层，坡度为1‰，最小转弯半径850m。顶管标准管节长度2.5m，管节外径4.14m，管壁厚320mm。

（2）11#井~9#井顶管段概况

11#顶管工作井出洞土层位于③淤泥质粉质黏土层、④淤泥质黏土层，9#顶管接收井进洞土层位于④淤泥质黏土层，区间坡度为1‰下坡，覆土深度13.1~14.79米，区间在③淤泥质粉质黏土层、④淤泥质黏土层。坡度为1‰，最小转弯半径1200m。顶管标准管节长度2.5m，管节外径4.14m，管壁厚320mm。

③淤泥质粉质黏土层：饱和，流塑状，高等压缩性，含云母、有机质，局部夹薄层粉性土较多，无摇振反应，韧性中等，干强度中等，稍有光泽，普遍分布。

④淤泥质黏土层：饱和，流塑状，高等压缩性，含云母、有机质，夹少量极薄层状粉性土，无摇振反应，韧性高等，干强度高等，有光泽，普遍分布。

1.2加固区概况

因两次均在顶管接收处，磨加固区期间，刀盘卡住在加固区中，两个接收洞门概况如下：

（1）9#井~7#井顶管段接收洞门概况

7#井接收洞门加固采用三轴搅拌桩3φ850@1800，宽度为3.45m，长度为10.65m，深度为12.1m，水泥掺量≥20%；

图1 7#井洞口加固剖面图              图2 7#井洞口加固平面图

（2）11#井~9#井顶管段接收洞门概况

9#井接收洞门加固采用三轴搅拌桩3φ850@1800，宽度为3.5m，长度为7.26m，深度为12.2m，水泥掺量≥20%。

图3 9#井洞口加固剖面图              图4 9#井洞口加固平面图

1.3设备概况

该工程顶管机设备相关参数如表1所示。该顶管机刀盘采用电机驱动，当刀盘卡在加固区中，瞬时扭矩较低，曾多次启动刀盘，但刀盘电流始终过高，且刀盘转动范围很小，均无松动迹象。

表1顶管机设备参数表

2 顶管机脱困办法

本次顶管机采用两种脱困办法，9#井~7#井采用的是在7#井内新布置一台顶管机，由7#井洞门往接收加固区慢速顶进，两刀盘距离为15cm左右时停止顶进，启动始发井推进油缸或者开启中继间逐级顶进，从加固区顶向接收洞门，整个顶进过程不宜过快。11#井~9#井采用的为凿除管节间部分多层复合板，通过压缩管节间间距，利用纠偏盒和顶管机内的纠偏油缸将顶管机头往后移动，使顶管机刀盘与加固区间产生间隙，再启动刀盘，使刀盘旋转起来后，利用中继间油缸慢速推进，直至顶管机出洞门，完成顶管接收。

2.1顶管机对接脱困方案

（1）测量定位

根据交桩点位和现场临时控制点，对始发井、接收井以及管道位置进行复核测量，获取顶管机位置、姿态等相关参数，对下一步布置对接顶管机的位置以及顶进距离提供相关数据支撑。

（2）对接设备布置

根据测量数据，首先摆放发射架。发射架的平面中心与被困顶管机的平面中心因在同一直线上，发射架的标高设置需按照对接顶管机中心与被困顶管机的中心在同一高度布置。发射架位置确定后，需对发射架进行加固，防止施工过程中，发射架发生偏移。本次对接设备主要包含采用两个2000KN的油缸，三节标准管节，一个环形顶铁。

图5 顶管机对顶平面布置图

（3）对接操作流程

①顶管机对接前，首先安装洞门止水装置，然后凿除洞门混凝土和剥除洞门钢筋。在顶管机上标注推进位置，可用于记录顶管机推进距离。

②采用布置的油缸进行慢速顶进，顶进速度宜控制在0.5cm/min。因为在加固区中顶进，其顶管机土压力可控制在0~0.5Mpa之间。当两台顶管机刀盘鼻尖距离为10cm~15cm左右时，可停止顶进，顶进的距离根据现场的测量及标注的顶进位置进行确定，切过多顶进，防止对被困顶管机造成损伤。

③因被困顶管机停止顶进时间较长，同时因管道外摩阻力较大，存在顶管管道无法从始发井用推进油缸顶进的情况。此时需开启中继间进行逐级顶进，将两台顶管机顶出后及时封堵洞门，避免因洞门暴露时间过长引起的渗漏水。

2.2凿除复合板脱困方案

（1）复合板凿除

顶管推进时，为防止顶管管节因相互接触导致管节边缘挤压碎裂，多会在管节间设置缓冲材料，本工程中采用3cm多层复合板。本次现场中采用手锯、锥子、锤子、电动钻等相关工具，将多层复合板整环凿除约1cm左右。本次月凿除10节管节的多层复合板。单次多层复合板不宜凿除过多，主要是为刀盘后退创造一定的距离，过凿除容易产生管节局部区域出现破损的情况。

图6 顶管管节多层复合板示意图                 图6 多层复合板详图

（2）顶管机脱困

本工程中此段顶管为曲线顶管，在顶管推进前考虑到需保证顶管管道的线形满足设计要求，故采用顶管机内配备纠偏油缸，以及顶管机机头后方三节管节采用特殊管节，含有纠偏盒。纠偏盒内设置纠偏油缸，其油缸行程为10cm。管节间的多层复合板被凿除后，开启纠偏盒内的油缸，使管节往后移动，将顶管节间的间隙闭合。管节间隙闭合后，利用顶管机机头内的纠偏油缸，向后顶进，将所有管节间隙及纠偏盒闭合。然后将顶管机机头后三节管节与顶管机采用钢筋进行连接，使顶管机机头和管节连为一体。然后收缩顶管机内纠偏油缸，使顶管机前段向后移动，此时刀盘将慢慢脱离加固区。待刀盘脱离加固区后，转动刀盘。

（3）顶管机顶进

刀盘脱离加固区后，因本段顶管距离较长且具有转弯段，顶管机停机时间较长，管节外侧摩阻力较大，从始发井处采用推进油缸顶进未能推动管道。于是开启中继间顶进，采用中继间顶进时速度宜控制在0.5cm/min左右。后续中继间顶进时，其顶进速度同样不宜过大，同时机头后方第一个中继间不能收缩至油缸全部闭合，一般留有10cm的油缸行程，防止刀盘再次卡在加固区中。按照此流程依次顶进，直至顶管机到达接收井洞门。

3 结论

本工程污水管道工程在上海软土地区且地下水丰富，为降低接收风险，未采取从洞门前直接破除接收。同时也考虑过在加固区上方垂直向下开孔，将刀盘前加固土破碎，使刀盘旋转起来，但考虑此种方式，容易在密闭的加固中形成渗水通道，接收时有渗漏水的风险。长距离顶管施工时，慢速顶进状态时其顶进速度较难控制。根据此次两段长距离顶管施工中针对刀盘卡住这问题，其采取措施的主要思路为从刀盘前方清除加固土体以及刀盘后退创造间隙后重新顶进的思路，使顶管机脱困。

参考文献：

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