复杂地下管线区域曲线顶管的施工技术分析

顶管施工适于修建穿过已成建筑物、地下管线复杂区域，是一种非开挖的管道埋设施工技术。尤其在已建成区，由于前期规划不能满足现状排水需要，但开挖排管受限于交通、建筑物障碍等问题，勘探的地下管线复杂，因此采用对周边影响破坏较小、施工精度较好的顶管法进行排管施工，广泛适用于城市管道工程，有效减小对施工点周边的生活影响，保障区域安全稳定。

在顶管施工中，常选择采用曲线穿行绕开一些地下管线或障碍物，可以避免在不可开挖处设置工作井，节约投资。曲线顶管有S 形曲线、水平与垂直兼有曲线、小曲率半径曲线。在地下顶进过程中，通过人为精确控制，科学手段控制顶管管道轴线按设计的曲线行进，完成管道贯通。通过减小对管道沿线的建筑物稳定影响，避免了地面建筑物拆迁，并且减少新建顶管工作井，经济性大大提高。

本文以具体的工程实践为例，对顶管机在复杂地下管线区域曲线顶管顶进的技术措施进行探讨。

1．工程概况

莘庄综合交通枢纽南广场雨水系统总管工程，沿莘朱路新建雨水总管，采用顶管施工，设计总管管径为φ 1800～Lφ2700. 。顶管全长 821 米，管材采用钢筋混凝土 F 型顶管承插接口，包括2 座工作坑、2 座接收坑。

因避让顶管轴线两侧电线杆基础和地下管线障碍，1#井 ～2# 井段采用曲线顶管施工，管径 2.7m ，曲线曲率半径 5632.81m∘

2．技术质量影响因素分析

通过近年公司在几个地区参与的项目统计，每个曲线顶管工程都会有顶管曲线轴线偏差过大的情况发生，为追求先进性，需要降低顶管轴线偏差率。

曲线顶管工程，直接采用一般曲线顶管工程技法都受到了诸多阻碍，轴线控制不理想，顶管水平轴线与高程偏差部分超过允许范围，为后续顶进的轴线控制带来影响。

通过现状调查，摸清现状及发现问题如下：现状工况复杂，目前轴线控制不理想25% 超过规范允许偏差范围。根据头脑风暴分析、深入施工现场调查总结归纳，对其进行了原因分析，从人员、设备、材料、方法、环境、测量 6 个方面，影响曲线顶管轴线控制的主要因数有4 个主要因素：辅助设备欠缺、纠偏方法不当、周边管线影响、土层地质影响。

3．技术质量影响因素控制

3.1 辅助设备

曲线顶管施工，常常单靠纠偏油缸进行顶管轴线控制调整，辅助设备欠缺，对于曲线顶管轴线控制不足。

当机头进入曲线段的时候，使机头纠偏油缸顶出的形成与管接缝的理论张开值相同，与此同时，向曲线外侧的管子缝隙内塞进楔形垫块。机头后的几节管节使用拉杆固定，使得机头和后续的管节按照起曲形成的弧度向前顶进，避免管节的接缝张开值发生忽大忽小的波动，尤其要防止管节接缝的突然增大，引起管接口的密封失效。

顶管作业施工前，派专人检查并制作其施工辅助设备，施工过程中对辅助设备实行经常性检查制度，确保其有效的投入施工中进而控制曲线顶管水平轴线偏差。改进制作辅助纠偏工具，保障曲线顶管管节的位置准确，正确将管节引正设计轴线。

3.2 施工纠偏技术方法

曲线顶管施工当出现轴线偏离时，若纠偏方法不当，则容易进一步加剧顶管轴线偏差，尤其是曲线顶管可能造成机头失控。当机头即将进入曲线段之前，根据曲率半径的大小，单纯采用纠偏油缸的方法使管道顶进轴线产生弯曲。

根据施工工艺图，通过计算得出以下曲线参数：

当机头即将进入曲线段之前，根据曲率半径的大小，确定采用纠偏油缸的方法使管道顶进轴线产生弯曲，利用后面紧跟的辅助纠偏装置，用多组纠偏装置形成整体弯曲弧度达到起曲的目的。

当机头离开曲线段进入直线段的时候，及时将曲线外侧的油缸顶出，同时安排专人逐步抽出垫片。这样机头就能按照设计的轴线继续推进了。

在进行曲线顶管施工时，顶管向某侧偏时加大这一侧油缸千斤顶的顶力。由于在曲线段的外侧对土体扰动和摩阻力较大，需要增加这一侧的注浆量，以形成完整的泥浆套。

3.3 管线影响因素控制

周边管线影响大。通过查看周边管线综合物探书，此段曲线顶管区域管线错综复杂，高程不一，顶管距离周边管线较近，且有废弃管线与顶管轴线相碰，严重影响顶管轴线控制。

使用 BIM 技术对整个曲线顶管段范围建立三维管线立体模型，分析曲线顶管施工管线影响。并对各种影响管线进行搬迁或者变更顶管设计轴线，以避开影响管线。

通过安排物探队管线再次进行详细探测、邀请设计对现状顶管轴线的变更进行确认，有效避开各种影响管线，减少外部客观影响因素对曲线顶管轴线偏差的影响。

3.4 土层影响因素控制

土层地质变化大。曲线顶管段管底标高为- 2.04～1.7m ，覆土厚度为 4.28m～3.34m ，穿越的土层为②褐黄\~灰黄色粉质粘土 ③1 灰色淤泥质粘土 ③1T 灰色砂质粉土 ③1 灰色淤泥质粘土。穿过土层情况复杂，顶管轴线控制难度大。

通过钻芯取样分析土层，注浆压力控制在 0.3～0.5Mpa 之间，不同土层顶进过程调整泥浆比重，进行针对性分析，采用大比重“厚浆”，减少沉降。

压浆遵守“全线、平均、及时”的原则，尽量使顶管管节周围能均匀的形成泥浆套，杜绝局部超量超压。当顶管管节下沉，可以加强顶管通道内向下注浆。加强对顶管周围环境和土体内应力的监测，用信息化指导施工。

4. 结语

通过严格落实以上技术质量控制措施，在曲线顶管施工过程中重点把控 4 项重点因素，顶管贯通后，此段曲线顶管轴线偏差控制在允许范围内。所有曲线顶管管节水平轴线和内底高程的偏差数据均在规范允许范围内，针对曲线顶管轴线控制研究，并取得显著效果，134 根管节水平轴线和内底高程均在规范允许范围内，保障了整个工程的质量。

进一步研究方向：曲线顶管纠偏失败的技术处理措施，通过技术创新进一步提高施工质量和安全。

参考文献：

[1] 蒙 新 宇 . 曲 线 顶 管 施 工 在 市 政 给 排 水 工 程 中 的 应 用 [J]. 门 窗 ,2014.DOI:CNKI:SUN:MENC.0.2014-01-040.

[2] 宋勇. 曲线顶管施工技术在市政工程中的应用[J]. 城市道桥与防洪,2009(9):6.DOI:10.3969/j.issn.1009-4563.2014.27.124.

[3]梁极,康卫国,颜佩君,et al.大直径雨水管顶管及曲线顶管施工技术[J].城市道桥与 防洪, 2005(6):4.DOI:10.3969/j.issn.1009-7716.2005.06.035.

[4] 韩石忠. 市污水治理工程长距离曲线顶管施工[J]. 中国市政工程,2007(2):2.DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2007.02.016.