摘要：以某工程排水系統改造工程為實例，就整個曲線頂管施工過程，曲線頂管軌跡控制與糾偏技術，曲線頂管施工沉降分析及沉降控制，以及對道路、構筑物和公用管線的保護措施等做了詳細闡述。
　　關鍵詞：市政給排水，頂管控制與糾偏，沉降控制，頂管施工
　　1工程概況
　　該排水系統改造遺留工程位于市區繁華地段，污水管道走向主要沿著交通繁忙道路，沿線建筑物密集，地下管線錯綜復雜。污水管為Φ2400鋼筋混凝土管，“F”型接口，采用頂管施工，管道全長約718.2m。工程分7段頂進，其中3段為直線頂管；4段為曲線頂管，包括：汾陽路曲線頂管149.6m（R=600，α=7.4°），桃江路曲線頂管87.6m（R=300，α=11.6°），寶慶路曲線頂管77.9m（R=300，α=11.6°）和復興西路曲線頂管197.8m（R=600，α=8.0°），如圖1所示。
　　
　　
　　工程所處地質情況：該工程管線所經地域，埋管底標高為-4.0m～-6.0m，管道基本位于④1層淤泥質粘土層內，局部可能涉及有③1層灰色淤泥質粉質粘土或③2層粉土層。
　　2曲線頂管施工
　　整個曲線頂管過程分為四個階段：出洞前準備階段、正常頂進階段、曲線段頂進、出洞及后期收尾階段。
　　2.1出洞前準備階段
　　該階段工作包括：起重設備就位，頂管設備進場，洞口止水裝置安裝，軸線放樣，立后靠，機坑導軌、主頂油缸組成及測量安裝就位，泥水系統機坑旁通閥組及管道系統安裝就位，操縱平臺搭建，電氣控制線路布置，儲水箱及泥水泵安裝就位、壓漿系統及其管道安裝就位、頂管機頭下井就位，各部分設備調試運行，聯機總調試，觸變泥漿攪拌儲存等。
　　2.2正常頂進階段
　　鑿除水泥土或混凝土，割除型鋼或鋼筋，打開洞門，機頭頂入洞口后下設備段。轉接油管、電纜及泥水管后繼續頂進。油缸頂到位后，拆除泥水管和電纜，第一節管下井，設備段與第一節混凝土管合攏，接通泥水管和電纜繼續頂進。重復上述過程。在頂至預定長度后，下中繼環并聯機調試一次。在頂進過程中每頂一節管就要對頂進軸線作1~2次測量，確定糾偏的方向和時機，并對機頭前10m，后20m的地面沉降監測點作測量，以便當班施工人員能及時采取相應措施，控制沉降幅度。整個頂進過程中從機頭后設備段、即后續管每隔兩只管節設置一圈壓漿孔向管壁外注入觸變泥漿，進行頂進中的定點壓漿和中間補漿，用以減小頂進時管外壁阻力，填充土中空隙，減小地面沉降。
　　2.3曲線段頂進
　　管道頂進進入曲線段時，利用機頭糾偏油缸作(管道)機頭一側“伸展”形成曲線。這種“伸展”所產生的曲線穩定可靠，但后續接口易產生張開量不均勻的問題，嚴重時會造成接口破壞。為確保每個管節的接口張開量均勻，須用液壓千斤頂來調整接口張開量。當接口張開后，用特制的厚木墊嵌入開口處而使接口張開量保持恒定。
　　2.4出洞及后期收尾工作
　　該部分工程包括：接收導軌就位，安裝洞口止水裝置，機頭偏差復測，井位復測，打開洞門，機頭進洞并吊運，管道內清理，洞口井壁與混凝土管節間連接處理，機坑內設備拆除和吊運,管道清洗，管節偏差測量記錄。
　　3曲線頂管軌跡控制與糾偏技術
　　3.1頂管自動測量引導系統
　　測量對曲線頂管的軌跡控制至關重要。由于在曲線頂管管內，測量儀器不能與機頭通視，而且在頂進過程中，整體管道都是處在無規則動態，還會發生旋轉現象。若采用人工地下導線測量方法，不僅測量時頂管必須停止，而且工作量大，影響頂管進度。在二次測量之間，只能盲目頂進，頂管質量難以得到可靠保證。為此，引進了國內先進的頂管自動測量引導系統[3]，實現了機頭的跟蹤測量，做到“隨測隨糾”，有效地保證了頂管的質量并大大提高整體施工進度，效果特別明顯。
　　3.2曲線頂管的糾偏技術
　　除了機頭一套糾偏裝置以外，把最前3節管子設計成糾偏特殊管。即：在普通管的尾部預留油缸槽，放置起曲油缸，以便頂管進入曲線段時，可以同時啟用機頭糾偏油缸和起曲油缸，并把松木墊逐步墊到設計厚度，形成整體彎曲弧度開始起曲。只要機頭及前幾節管子已經開始起曲，后面的管節一旦到達起曲段，也會自行起曲。為了保持曲線，必須在管節開口后，逐步塞入木墊，直到設計厚度為止。同時在前8節管子上設置拉桿，以便控制管節縫隙的變化，以防線型失控。當頂進從曲線段恢復到直線段時，也是通過機頭糾偏油缸和起曲油缸實現的。這時可把原來壓實的木墊抽出，或在反方向塞人木墊，逐步達到設計厚度。曲線頂管從直線段到曲線段和曲線段恢復到直線段，應經過一段過渡曲線。施工前可根據設計曲線制定實際控制曲線，實際控制曲線宜保持在設計曲線的內側。該工程復興西路段曲線頂管高程和中心偏差如圖2所示。
　　
　　4曲線頂管施工沉降分析及沉降控制
　　4.1沉降分析
　　頂管施工引起地層沉降而破壞環境的原因往往是綜合性的，涉及到施工的方方面面，歸納起來，主要有以下一些因素。
　�。�1）膨潤土泥漿制備質量差，減摩性能不好，頂進摩阻力大；注漿工藝不合理，頂管密封性不好，不能形成完整的泥漿套，泥漿減阻作用不能有效發揮甚至產生“背土”現象；糾偏措施不力，軸線偏差過大。這些因素都會使管周土體擾動范圍過大而引起較大沉降。如果頂管機選型不合理，開挖面土體因卸荷作用大量向外擠出甚至坍塌也會引起較大地層沉降。
　�。�2）中繼環或頂管接頭因曲線頂進而張開或局部應力集中而破損，密封失效，使膨潤土泥漿大量滲漏到管內，以至漿套無法形成，從而導致一系列嚴重后果如泥漿套收縮，摩阻力增大，地層強烈擾動，從而引起地層沉降。
　　（3）泥漿配比不當，泥漿套支撐作用難以有效發揮，導致上覆土體特別是非粘性土垮塌，或者施工完畢，未及時徹底地置換掉膨潤土泥漿而因其失水收縮引起較大沉降。在頂管掘進機進出洞時，洞口土體強度不夠，或是非粘性土層不進行加固和密封處理，大量土體和地下水通過洞口涌人工作井，導致大面積地表沉陷。
　　4.2沉降控制措施
　　在頂管施工過程中，難免會擾動周圍的地層而引起一定的沉降，但制定良好的施工預案和采取合理的應對措施，將沉降控制在周圍環境(特別是商業繁華和交通繁忙的鬧市區)能夠承受的范圍內卻是非常必要的。針對沉降原因的分析，就泥漿制備和注漿工藝、進出洞技術和中繼環密封技術等幾個方面系統地討論一下相應的施工控制措施。
　　4.2.1泥漿制備和注漿工藝
　�。�1）配置觸變泥漿要選用優質膨潤土，根據經驗和試驗采用合適的配比，以保證泥漿的減摩效果和支承能力。漿液必須攪拌充分，在膨潤土泥漿壓入以前，對儲漿箱內的泥漿再進行一次攪拌。
　�。�2）嚴格控制注漿壓力，使其不能小于管體上部的靜止土壓力和水頭壓力。頂進時要根據地面變形、地下水位等因素適當調整壓力和壓漿量。在泥漿出口處裝單向閥，不使其回漿，以使觸變泥漿套的壓力在臨時停泵后仍基本不變。根據工程實際情況設置中繼壓漿泵，以抵消輸送管的壓力損失，穩定注漿壓力。
　�。�3）由于曲線段外側存在法向分力作用，對土體擾動和摩阻力都會增大，當掘進機進入曲線段時，要增加對曲線外側的注漿量，盡可能形成完整泥漿套。
　　（4）頂管貫通后，要及時利用觸變泥漿壓注孔對頂進時處于管道外的觸變泥漿進行純水泥漿置換，從而減少管道的后期沉降。
　　4.2.2進出洞技術
　　工作井洞口止水裝置密封采用橡膠止水法蘭。在橡膠止水法蘭之前預埋注漿孔，以便壓注膨潤土泥漿。洞外工作井土體密封加固采用SMW工法樁加壓密注漿等方案。在支護結構內預設鋼圈，使出洞更加快捷。在內襯的預留洞上安裝雙道橡膠法蘭止水裝置，確保止水可靠安全。頂管過程加強出洞口的觸變泥漿壓注，減小對出洞段土體的擾動。
　　4.2.3中繼環密封技術
　　結合該工程的情況設計一種新型的中繼間，用于接力頂進。這種中繼間采用雙道可調節橡膠密封圈進行密封，其中有一道密封圈是可更換的，密封圈內圈有環向壓板將密封圈壓緊，每塊壓板上有一個調節螺栓來調節密封圈的壓密量，如果密封效果不好，通過壓緊壓板可以改善密封狀況。兩道密封圈中有一道事先是壓緊的，另一道的壓板則是放松的，留作備用，若一道密封圈損壞，就使用另一道。
　　4.3管節止轉的技術措施
　　頂進時機頭在刀盤及螺旋機的作用下會發生旋轉，而機頭旋轉尤其是轉角偏大時會對頂進造成不利影響，因此對工具管要采取糾旋轉措施。在機頭前方筒的水平二側焊翼板，長1.8m，寬30mm，厚25mm，以防止機頭旋轉。對機頭的旋轉主要采用加壓重塊的方法。在機頭二側焊壓鐵支架，1號與6號管二側亦焊壓鐵支架。二側先平均放壓鐵，共20t。一旦發現機頭有微小偏轉，立即將壓鐵移到一側。
　　4.4泥水接力及泥漿排放措施
　　機頭所需用水采用消防用水排入泥漿箱，通過泥漿泵注入機頭泥水倉，泥水倉葉輪將機頭切削入倉的土與水攪拌成泥漿通過泥漿泵輸送至沉淀箱沉淀后，比重超過1.3后是為廢漿外排。廢漿外排采用罐裝泥漿運輸車外運，排放至渣土辦指定排放點。
　　4.5管內排風措施
　　該工程采用排風措施，雖然機頭屬封閉設備不受地下沼氣影響，但為保證測量的準確性及避免管內氣壓低缺氧，采用11kV•A風機接2inUPVC管將新鮮空氣送至機頭設備段。
　　4.6管道內照明措施
　　該工程管道內的照明采用36V安全電壓，照明電源由工作井內操作平臺上的配電箱供電。工具管和中繼間處均安裝1kV•A36V變壓器,管道內照明燈每3節管節上裝1只,功率為60W。管道內還設有應急照明系統，因故突然停電時，使用應急照明，保證施工人員安全撤離。
　　5對道路、構筑物和公用管線的保護措施
　　頂管施工會對沿線地面的道路、構筑物和公用管線產生一定影響。為確保其安全，在該工程施工前，對道路沿線的上水，上煤管線進行搬遷，對道路原雨水管道進行改排，待頂管結束后恢復。對道路沿線路口和構筑物采取以下措施。
　　5.1沉降監測
　　在頂管管位沿線路口和構筑物上布設沉降監測點。
　　（1）一般道路沿軸線布置5個斷面，每斷面布置9點，斷面間距為5.0m，點位間距5.0m；構筑物的沉降觀測點布置在四個角的位置，并在管道軸線附近處適當加密，確保沉降能夠及時得到反映，以便采取應急措施。
　　（2）檢測頻率：開始頂進施工時為2h測1次，穿越構筑物區域時每節管測1次。后期沉降，施工后15d內為每24h測1次。
　　5.2精心施工
　　（1）在出洞后的頂管過程中，根據地面沉降監測數據對頂管正面土壓力和泥水壓力調整到最佳值，防止因正面水土流失引起的沉降。
　　（2）頂進過程中，對頂管軸線要進行嚴格復核，做到勤測、勤糾偏，盡量減少由于頂進偏差大引起地面沉降。
　�。�3）頂進過程中，對機尾定點壓漿，中間長度補漿和局部地段的定點壓漿要嚴格管理，并通過沿線沉降監測和頂進測量數據及時反饋有關操作人員。
　　5.3水泥漿置換觸變泥漿
　　管道頂進時，管道周圍的土體內空隙已經壓入膨潤土觸變泥漿，當頂管結束后，在以上各路口和防汛墻的范圍內須從壓漿孔向管外壓注一定量的水泥漿，以置換觸變泥漿填充空隙，提高管道周圍土體的承載能力，控制、減少頂管后期地面構筑物沉降。
　　5.4頂管進出洞口注漿保護
　　為保證頂管井附近構筑物的安全，避免頂管進出洞口時，因開洞時間較長產生水土流失產生地面沉降而危及構筑物和公用管線，在頂管工作井洞口位置采取注漿加固措施。上述施工安全監測及保護措施，有效地保證了該工程各曲線段頂管施工的安全，為工程的順利開展提供了保證。
　　6結論與建議
　�。�1）機頭的糾編動作，將增加頂管糾偏附加摩阻力，在實際頂管中應減小大動作的糾偏。
　　（2）曲線頂管中，在確保注漿套完整的情況下，管外壁側向摩阻力與直線段相比不增加。
　�。�3）長距離頂管中，不論曲線與否，控制頂力的關鍵是應用減阻工藝。
　�。�4）曲線頂管應嚴密計算確定成品管管長、管縫及鋼套環接口長度，據此確定實際控制曲線。
　�。�5）曲線頂管技術為施工困難地區管道工程提供了新的施工途徑。特別是老城區，由于原有管線密布，道路彎曲，曲線頂管施工技術必將在市政工程建設中得到越來越廣泛的應用。