幾種常見的頂管施工故障及對策

1、幾種常見的頂管施工故障及對策1、前言隨著我國非開挖技術(shù)的廣泛應(yīng)用， 機械頂管施工技術(shù)亦日趨成熟， 特別是泥水平衡式頂管和土壓平衡式頂管工藝已成為較為常用的頂管施工方法。然而,頂管施工本身就是一項受地下不確定因素和外界困擾較多的高風險作業(yè)， 成功率并非十分圓滿。 從以往的頂管施工情況來看 ,各種如糾編失控、管道軸線或標高嚴重偏位、管壁摩阻力過大、頂管無法向前推進、 機械故障導致掘進機中途停頓、 機頭遇不明障礙物難以穿越等等現(xiàn)象, 比比皆是。在這里，我們故且把由于技術(shù)人員操作不當而引起的管道上翹、下沉、左右大幅偏位等現(xiàn)象稱作為 “頂管人為事故” （這里不再討論）。而把由于受地質(zhì)變化、障礙物、管材破

2、損等造成的頂管失敗現(xiàn)象,稱作為 “頂管施工故障” 。 對于長期從事頂管施工的工程技術(shù)人員來說， “施工故障 ”其實很難避免。這就象我們?nèi)粘Ｉ钪猩∫粯樱昧瞬?，如何對針下藥才是關(guān)鍵。頂管施工也如此。出現(xiàn)故障， 如何既快又省地解決問題，才是我們所必須關(guān)注的重要議題 .2、故障類型及對策我們通常把頂管掘進機頭不能最終到達接收井的現(xiàn)象，均稱作為 :頂管失敗或頂管故障.其實 ,在實際施工過程中 ,頂管掘進機頭頂進途中停止不前原因較多，歸納起來有以下幾種情況:1）由于設(shè)計或施工前對地質(zhì)情況估計不足, 造成頂進過程中摩阻力過大；2）由于施工中注漿減阻不理想，或因某原因中間停頓時間過長,造成管壁阻力過大；

3、 3）由于管道自身強度缺陷,頂進過程中造成管身碎裂； 4）由于工作井井身或后壁強度不足，造成工作井后座嚴重開裂或變位；5）由于掘進機頭自身機械傳動出現(xiàn)問題;6）由于管位處出現(xiàn)難以逾越的障阻物等。處理以上幾種類型的故障， 其對策往往與該管道所處理地質(zhì)情況、 地表狀況、 施工條件及故障起因有很大關(guān)聯(lián)。 在確定一個理想的處理方案時，需仔細加以分析比較，才能對癥下藥，從而水到渠成.這里提供幾種處理對策供大家參考：1）開天窗法：在掘進機頭上方地面通過開挖而解決問題的方法； 2 ）逆套管法：在接收井反向頂進內(nèi)徑大于機頭外徑的鋼管或其它管道，然后把機頭從接收井拉出；3 ）順套管法： 在工作井頂進內(nèi)徑大于管道

4、外徑的鋼管， 從而確保土體不坍塌或設(shè)法減小管壁摩阻力的方法；4）內(nèi)套管法：在原來的管道內(nèi)頂入一支直徑稍小的鋼管，并與機頭連接，從而達到重啟機頭的目的；5 ）引導洞法：在接收井中，逆向頂入同口徑管道,使兩機頭對接,然后此頂彼拉，達到預(yù)期目標的一種解決方法。3、工程實例1）開天窗法：此法常用于故障機頭上方地面符合施工條件, 且該處地質(zhì)狀況亦利于開挖或進行開窗作業(yè)，它可分為大開挖法、鋼板支護開挖法、沉井開窗法和鋼護筒開挖法等.實例一：無錫312國道（100舲F管）頂管工程，日本ISEKI TCC-1000泥水平衡偏心破碎型掘進機頭。癥狀：頂段長142米，機頭位于離工作井101米處時，發(fā)現(xiàn)操作臺扭矩表

5、異狀波動，同時機內(nèi)發(fā)出金屬間摩擦的刺耳聲音，觀察排泥口，發(fā)現(xiàn)大量漂浮油漬。疹斷：偏心齒輪動密封件磨損，齒輪油外溢，部分泥漿水壓入齒輪油箱，造成主軸承損壞。對策：該段處于路緣綠化帶上，為黃褐色粘土層，適合于開挖施工處理，且故障發(fā)生時,頂力僅為102噸,減摩注漿情況良好,建議大開挖取故障機頭，然后換新機頭與機頭管重新銜接，再啟動油站開頂，控制時間12小時。施工注意事項 :處理動作要迅捷，新機頭必須滿足調(diào)運條件，開挖面不宜過大，起吊故障機頭時盡量不要破壞機下土層,在確?，F(xiàn)機頭標高與原機頭一致情況下 ,方可回填土方。處理過程中，為保證觸變泥漿壓力，需定期進行補漿。實例二：無錫珠江路（80暗F管）污水頂

6、管工程，PSD80C©泥水平衡式頂管機頭癥狀：管線穿越鐵路原下行立交匝道邊，刀盤扭矩超限波動，前有異狀物跡象，退回主頂液壓油缸，異動消失。診斷:刀盤處遇較大障礙物，疑為砼基礎(chǔ)。對策：由于該處正在新建跨鐵路立交，機頭位置地面均為回填土方，建議采用鋼板樁支護開挖，用鎬頭挖機破碎砼塊后作清障處理。施工注意事項： 鋼樁圍護時應(yīng)注意避開機頭位置。 砼塊破碎時切忽損壞掘進機刀盤。處理期間，需保證觸變泥漿壓力 .實例三：無錫新區(qū)312國道（0 800F管）污水頂管工程，日本 ISEKITCC-800型泥水平衡式頂管機癥狀：本管道地面埋深8。5m穿越河道，管道頂至離河口 1米左右發(fā)現(xiàn)刀盤扭矩超載，頂

7、力突然增大,機頭有迅速左偏趨勢，機內(nèi)無雜聲出現(xiàn)；繼續(xù)頂進20m,癥狀減輕，20分鐘后被電訊部門告知，蘇寧長途通訊光纜被切斷。診斷： 刀盤被光纜纖維物纏住， 由于原定向鉆施工之實際標高與竣工圖標高嚴重不符， （相差3m） ，造成設(shè)計原始資料失真。對策：因配合通訊光纜搶修，以及事故調(diào)查分析，停頓時間在一周以上。故需作開窗處理，考慮到機頭已近河邊，開挖難以施工,決定采用沉井法加以處理,在機頭管NO1 處作為沉井外壁位置，完成沉井作業(yè)后，回拔機頭.調(diào)整管位標高，以該井為工作井重新開啟頂管施工，施工時間1個月左右。施工注意事項：準確測量管位，注意沉井施工時刃腳與 NO1管的交割,回拔前要在機頭周圍進行壓

8、密注漿處理.實例四：杭州富陽正泰污水0 100領(lǐng)管工程，PSD-1000型泥水平衡式 頂管機頭。癥狀：管線穿越宕渣回填層，行進30m至公路邊緣擋墻位置時，發(fā)現(xiàn)刀盤扭矩超限警報，機內(nèi)有沉悶異狀響聲。診斷 :疑遇較大回填塊石。對策： 雖然該管道埋置不深， 但由于機頭位于公路與排水渠交接邊緣，開挖施工勢必導致公路填筑宕渣坍塌,影響行車安全.采用鋼護筒護壁，人工采挖法加以處理，結(jié)果在吊出直徑約80cm塊石后，回填部分土方，穿越成功.處理時間為20小時 .施工注意事項：準確測定機頭位置,上層用挖機開挖，然后埋設(shè)護筒.處理塊石后，即進行粘土回填，及時拔除鋼護筒?！伴_天窗法 ”通常是頂管施工技術(shù)人員首先所考

9、慮到的一種簡單、 節(jié)省而又行之有效的補救方法。然而，往往由于地理條件,土質(zhì)情況的限制，采用其它的處理對策有時會變得更有利 .2）逆套管法:在故障機頭離接收井較近，且地面無法開挖的情況下,采用比機頭外徑大20cm左右的鋼管（或其它管道），從接收井洞口利用人工反向頂進，套住機頭后,把機頭從接收井拉出，再接順管道的一種方法。實例五：溫州湯家橋北路 0 100過河污水頂管，PSD-1000型泥水平 衡式機頭。癥狀：該頂段長124m,地面覆土深度8m左右，?面寬85m,接收井 離河岸9m。在頂至離接收井洞口 7m時，機頭刀盤突然扭矩超限，隨之 頂力增大，主油缸退壓后 ,扭矩表恢復正常。診斷： 機頭前方遇

10、較大障礙物， 經(jīng)揭開地表土層， 發(fā)現(xiàn)一顆直徑80cm的鉆孔灌注樁,疑為河坎施工時旁邊高層建筑的圍護樁。對策： 由于該管位處在粉質(zhì)粘土層， 地下水位較高， 且北臨12層高樓，東靠湯家橋橋臺，南邊為主河道河岸，經(jīng)探測鉆孔樁深度達20m以上，“開天窗 ”施工難度極大?，F(xiàn)場無法再布置沉井位置，采用鋼護筒法鑿除灌注樁需歷時半月以上，在已完成 117m頂管的情況下，長時間的停頓再次啟頂成功希望更小，因此建議采用 “逆套管 ”法進行處理，步驟如下：由于管位地層地質(zhì)狀況較差 ,為保證逆向人工頂管時的施工安全,必須進行壓密注漿處理,以改善該地塊的土質(zhì)狀況。根據(jù)原有軸線及標高， 在接收井處安裝導軌及澆注砼后靠墻，

11、 安裝止水圈。采用內(nèi)徑為0 140的鋼管反向頂進，到達鉆孔樁位置時停止作業(yè).采用砼取孔機切除影響管道部分的砼和鋼筋。鋼管套入機頭至NO1管1m位置.從接收井處拉出機頭，反向套入0 100瞼F管。該故障處理時間為20天。施工注意事項：故障機頭具體位置，軸線走向,標高等數(shù)據(jù)的測定十分重要，是處理問題的成功關(guān)鍵。同時，正確判斷該地層是否適用于人工挖土頂管,否則需進行土壤改良處理。3）順套管法：此方法在二種情況下進行采用.掘進機頭在剛開頂不久， 離工作井不遠處出現(xiàn)故障， 且地面為道路或不允許開挖沉降的情況。頂管進行到一定長度，發(fā)現(xiàn)由于管壁摩阻過大，管身受載能力不足。 經(jīng)計算減少部分管節(jié)的摩阻可以使機頭

12、順利到達接收井的情況下 .第二種情況由于補救投入較大，同時成功概率亦不很高,故較少采用。實例六：蘇州某0135艇F管污水頂管，采用PSD1350型泥水平衡式 頂管機頭。癥狀：開頂后至第一節(jié)機頭管NO1剛頂進，機頭出現(xiàn)扭矩波動異狀，機內(nèi)發(fā)出金屬碰擊聲，再頂進20cm,機頭卡死。診斷：刀盤或泥水艙內(nèi)有金屬異物卡住，或主軸軸承損壞.對策 :鑒于工作井臨近公路主干道,機頭位于通車路基下，開挖或拉機頭會造成公路坍塌， 影響正常交通。 因此建議使用直徑稍大于機頭外徑的鋼套筒，頂至機頭前大于1m,然后回拉機頭及NO1管，檢查機頭故障情況， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)刀盤內(nèi)被沉井施工時遺留的鋼管軋頭卡死， 取出后重新開頂。施工

13、注意事項:應(yīng)根據(jù)土質(zhì)分析其流塑及滲水狀況，確定是否需要注漿或降水處理.同時 ,注意防止洞口止水圈拆卸時的井壁周圍水土流失。4）內(nèi)套管法（此方法會引起沉降） :這是一種經(jīng)經(jīng)濟、技術(shù)比較后 ,不得已采用的補救辦法.將原先管道作報廢處理，在原管道中頂入一根外徑小于原管道內(nèi)徑的鋼管， 與機頭銜接， 從而達到機頭頂入接收井的目的。實例七：常州戚墅堰（0 120瞼F管）污水頂管工程，日本TCC-1200 泥水平衡式頂管機型.癥狀:頂段長168m,右臨11萬伏電網(wǎng)鐵塔，計劃穿越高速公路接線， 后經(jīng)寬30m河床到達接收井.在頂至110m時，由于管外壁摩阻力過大，頂進時48#, 49#F管管壁硅破碎，無法繼續(xù)頂

14、進。（圖3）診斷：地質(zhì)狀況考慮欠周詳，該土層為粉質(zhì)土層，呈流塑狀，易出現(xiàn)“抬管 ”現(xiàn)象，且地下水位較高,施工時注漿效果差，難以形成漿套,亦是主要成因。對策 :綜合現(xiàn)場地理環(huán)境,既無開挖場地，又無沉井施工條件。查閱電網(wǎng)鐵塔及橋梁基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁基， 建議在頂管后續(xù)段允許產(chǎn)生部分沉降， 管道內(nèi)徑略微減小能滿足排污要求的情況下， 采用內(nèi)套管法予以解決。具體方法為：將原有0 120瞼管報廢，內(nèi)套外徑為0 115蟹厚12mm的鋼管，頂至機頭位置,使之與機頭焊接.在洞口重新設(shè)置止水圈.在與機頭連接處設(shè)置長約2m左右的止水帶，（鋼管外壁注水溶性聚胺酯，與水反應(yīng)發(fā)泡膨脹而成） 。啟頂后，觀測地面沉降量，適當

15、減小排泥數(shù)量 ,完成頂進后，進行換漿,即補壓水泥漿工作。施工注意事項： 需進行經(jīng)濟可行性分析比較， 論證地面的部分沉降對周圍構(gòu)筑的影響程度后方可作出以上處理方案.實施時，應(yīng)注意止水帶和洞口止水圈（含接收井洞口）的止水效果，發(fā)泡劑的注入量，以確保地下水的壓力。一經(jīng)完成即需對超挖部分進行補漿（水泥漿）處理，必要時，在注漿時摻入水玻璃，以加快凝結(jié)提高注漿效果 ,從而減小地表的后期沉降。5）引導洞法：由于掘進機頭發(fā)生故障，但刀盤尚可轉(zhuǎn)動的情況下，外部條件限制,很難用其它辦法來解決該問題,在接收井處用同型號掘進機逆向頂進，實現(xiàn)對接后 ,此推彼拉 ,完成頂進工作的一種方法。實例八：無錫新區(qū)高浪路0 80段污水頂管,日本ISEKI TCC-800型泥水平衡式頂管掘進機。癥狀：在W29-W30段施工中，頂段長140m,頂至90m處時，機內(nèi)發(fā)出類似金屬卡殼聲，刀盤扭矩表出現(xiàn)波動。同時，泥水箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量漂浮油漬。此時主頂油缸頂力為 60T.診斷 :機內(nèi)動密封件磨損,泥漿水混入軸體，造成主軸承損壞，應(yīng)立即停止頂進。對策 :鑒于地表無開挖的條件 ,且逆套管法施工距離較長，地下流沙嚴重。分析目前機械運行情況，發(fā)現(xiàn)機頭刀盤在無重負荷時，運行尚屬正常。因此，采用同型號機頭在接收井 W30按同軸線逆向頂進，實現(xiàn)對接后，W29#井繼續(xù)頂進,W30#井處機頭回拉.施工注意