幾種常見的頂管施工故障及對策學(xué)習(xí)資料

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(jī)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(xiàng)受地下不確定因素和外界困 擾較多的高風(fēng)險(xiǎn)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(biāo)高嚴(yán)重偏位、管壁摩阻力過大、 頂管無法向前推進(jìn)、機(jī)械故障導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)中途停頓、機(jī)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(dāng)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 破損等

2、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(shí)很難避免。這就象我們?nèi)粘Ｉ钪猩∫粯?，得了病，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(jìn)機(jī)頭不能最終到達(dá)接收井的現(xiàn)象，均稱作為：頂管失敗或頂管故障。其實(shí)，在實(shí)際施工過程中，頂管掘進(jìn)機(jī)頭頂進(jìn)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(jì)或施工前對地質(zhì)情況估計(jì)不足，造成頂進(jìn)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(shí)間過 長，造成管壁阻力過大；3）由于管道自身

3、強(qiáng)度缺陷，頂進(jìn)過程中造 成管身碎裂；4）由于工作井井身或后壁強(qiáng)度不足，造成工作井后座 嚴(yán)重開裂或變位；5）由于掘進(jìn)機(jī)頭自身機(jī)械傳動(dòng)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(gè)理想的處理方 案時(shí)，需仔細(xì)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(jìn)機(jī)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(jìn)內(nèi)徑大 于機(jī)頭外徑的鋼管或其它管道，然后把機(jī)頭從接收井拉出；3）順套管法：在工作井頂進(jìn)內(nèi)徑大于管道外徑的鋼管， 從而

4、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(jī)頭連接，從而達(dá)到重啟機(jī)頭的目的；5）引導(dǎo)洞法：在接收井中，逆向頂入同口徑管道，使兩機(jī)頭對接，然后 此頂彼拉，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的一種解決方法。3、工程實(shí)例1）開天窗法：此法常用于故障機(jī)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(jìn)行開窗作業(yè)，它可分為大開挖法、鋼板支護(hù) 開挖法、沉井開窗法和鋼護(hù)筒開挖法等。實(shí)例一：無錫312國道（100（砼F管）頂管工程，日本ISEKI TCC-1000 泥水平衡偏心破碎型掘進(jìn)機(jī)頭。癥狀：頂段長142米，機(jī)頭位于離工作井101米處時(shí)，發(fā)現(xiàn)操作臺(tái)扭矩 表異狀波

5、動(dòng)，同時(shí)機(jī)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(dòng)密圭寸件磨損，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(shí)，頂力僅為102噸，減摩注漿情況良好，建議大開 挖取故障機(jī)頭，然后換新機(jī)頭與機(jī)頭管重新銜接，再啟動(dòng)油站開頂， 控制時(shí)間12小時(shí)。施工注意事項(xiàng)：處理動(dòng)作要迅捷，新機(jī)頭必須滿足調(diào)運(yùn)條件，開挖面 不宜過大，起吊故障機(jī)頭時(shí)盡量不要破壞機(jī)下土層， 在確保現(xiàn)機(jī)頭標(biāo) 高與原機(jī)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(jìn)行補(bǔ)漿。實(shí)例二：無錫珠江路（80（砼F

6、管）污水頂管工程，PSD800型泥水 平衡式頂管機(jī)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(dòng)，前有異狀物跡象，退回主頂液壓油缸，異動(dòng)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(jī)頭位置地面均為回填土方， 建議采用鋼板樁支護(hù)開挖，用鎬頭挖機(jī)破碎砼塊后作清障處理。施工注意事項(xiàng)：鋼樁圍護(hù)時(shí)應(yīng)注意避開機(jī)頭位置。砼塊破碎時(shí)切忽損 壞掘進(jìn)機(jī)刀盤。處理期間，需保證觸變泥漿壓力。實(shí)例三：無錫新區(qū)312國道（© 80砼F管）污水頂管工程，日本ISEKI TCC-800型泥水平衡式頂管機(jī)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

7、扭矩超載，頂力突然增大，機(jī)頭有迅速左偏趨勢，機(jī)內(nèi)無雜聲出 現(xiàn)；繼續(xù)頂進(jìn)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(shí)際標(biāo)高與竣工 圖標(biāo)高嚴(yán)重不符，（相差3m）,造成設(shè)計(jì)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(shí)間在一周以 上。故需作開窗處理，考慮到機(jī)頭已近河邊，開挖難以施工，決定采 用沉井法加以處理，在機(jī)頭管NO1處作為沉井外壁位置，完成沉井作 業(yè)后，回拔機(jī)頭。調(diào)整管位標(biāo)高，以該井為工作井重新開啟頂管施工， 施工時(shí)間1個(gè)月左右。施工注意事項(xiàng)：準(zhǔn)確測量管位，注意沉井施工時(shí)刃腳與NO1管的交割, 回拔前要

8、在機(jī)頭周圍進(jìn)行壓密注漿處理。實(shí)例四：杭州富陽正泰污水© 100頂管工程，PSD-1000型泥水平衡式 頂管機(jī)頭。癥狀：管線穿越宕渣回填層，行進(jìn)30m至公路邊緣擋墻位置時(shí)，發(fā)現(xiàn) 刀盤扭矩超限警報(bào)，機(jī)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(jī)頭位于公路與排水渠交接邊緣， 開挖施工勢必導(dǎo)致公路填筑宕渣坍塌， 影響行車安全。采用鋼護(hù)筒護(hù) 壁，人工采挖法加以處理，結(jié)果在吊出直徑約 80c m塊石后，回填部 分土方，穿越成功。處理時(shí)間為20小時(shí)。施工注意事項(xiàng)：準(zhǔn)確測定機(jī)頭位置，上層用挖機(jī)開挖，然后埋設(shè)護(hù)筒。 處理塊石后，即進(jìn)行粘土回填，及時(shí)拔除鋼護(hù)筒。開天窗法”

9、通常是頂管施工技術(shù)人員首先所考慮到的一種簡單、節(jié)省 而又行之有效的補(bǔ)救方法。然而，往往由于地理?xiàng)l件，土質(zhì)情況的限 制，采用其它的處理對策有時(shí)會(huì)變得更有利。2）逆套管法：在故障機(jī)頭離接收井較近，且地面無法開挖的情況下， 采用比機(jī)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(jìn)，套住機(jī)頭后，把機(jī)頭從接收井拉出，再接順管道的 一種方法。實(shí)例五：溫州湯家橋北路© 100過河污水頂管，PSD-1000型泥水平衡 式機(jī)頭。癥狀：該頂段長124m,地面覆土深度8m左右，河面寬85m,接收井 離河岸9m。在頂至離接收井洞口 7m時(shí)，機(jī)頭刀盤突然扭矩超限，隨 之頂力增大，主油缸

10、退壓后，扭矩表恢復(fù)正常。診斷：機(jī)頭前方遇較大障礙物，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(shí)旁邊高層建筑的圍護(hù)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(tái)，南邊為主河道河岸，經(jīng)探測鉆孔樁深度達(dá)20m以上， 開天窗”施工難度極大。現(xiàn)場無法再布置沉井位置，采用鋼護(hù)筒法鑿 除灌注樁需歷時(shí)半月以上，在已完成 117m頂管的情況下，長時(shí)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(jìn)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(shí)的施工安全， 必須進(jìn)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(biāo)高

11、，在接收井處安裝導(dǎo)軌及澆注砼后靠墻， 安裝 止水圈。 采用內(nèi)徑為© 140的鋼管反向頂進(jìn)，到達(dá)鉆孔樁位置時(shí)停止作業(yè)。 采用砼取孔機(jī)切除影響管道部分的砼和鋼筋。 鋼管套入機(jī)頭至N01管1m位置。 從接收井處拉出機(jī)頭，反向套入 © 100砼F管。該故障處理時(shí)間為20天。施工注意事項(xiàng)：故障機(jī)頭具體位置，軸線走向，標(biāo)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(shí)，正確判斷該地層是否適用于 人工挖土頂管，否則需進(jìn)行土壤改良處理。3）順套管法：此方法在二種情況下進(jìn)行采用。掘進(jìn)機(jī)頭在剛開頂 不久，離工作井不遠(yuǎn)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(jìn)行到一定長度，發(fā)現(xiàn)

12、由于管壁摩阻過大，管身受載能 力不足。經(jīng)計(jì)算減少部分管節(jié)的摩阻可以使機(jī)頭順利到達(dá)接收井的情 況下。第二種情況由于補(bǔ)救投入較大，同時(shí)成功概率亦不很高，故較少采用。實(shí)例六：蘇州某© 135砼F管污水頂管，采用PSD-1350型泥水平衡式 頂管機(jī)頭。癥狀：開頂后至第一節(jié)機(jī)頭管N01剛頂進(jìn)，機(jī)頭出現(xiàn)扭矩波動(dòng)異狀， 機(jī)內(nèi)發(fā)出金屬碰擊聲，再頂進(jìn)20cm,機(jī)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(jī)頭位于通車路基下，開挖或拉 機(jī)頭會(huì)造成公路坍塌，影響正常交通。因此建議使用直徑稍大于機(jī)頭 外徑的鋼套筒，頂至機(jī)頭前大于1m，然后回拉機(jī)頭及NO1管，檢

13、查 機(jī)頭故障情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)刀盤內(nèi)被沉井施工時(shí)遺留的鋼管軋頭卡死， 取出后重新開頂。施工注意事項(xiàng)：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(shí)，注意防止洞口止水圈拆卸時(shí)的井壁周圍水土流 失。4）內(nèi)套管法（此方法會(huì)引起沉降）：這是一種經(jīng)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較后， 不得已采用的補(bǔ)救辦法。將原先管道作報(bào)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(jī)頭銜接，從而達(dá)到機(jī)頭頂入接收 井的目的。實(shí)例七：常州戚墅堰（© 120砼F管）污水頂管工程，日本TCC-1200泥水平衡式頂管機(jī)型。癥狀：頂段長168m，右臨11萬伏電網(wǎng)鐵塔，計(jì)劃穿越高速公路接線，后經(jīng)寬30m河床到達(dá)接

14、收井。在頂至110m時(shí)，由于管外壁摩阻力過大,頂進(jìn)時(shí)48#, 49#F管管壁砼破碎，無法繼續(xù)頂進(jìn)。（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(shí)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© 120砼管報(bào)廢，內(nèi)套外徑為© 115壁厚12mm的 鋼管，頂至機(jī)頭位置，使之與機(jī)頭焊接。在洞口重新設(shè)置止水圈。在 與

15、機(jī)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(dāng)減小 排泥數(shù)量，完成頂進(jìn)后，進(jìn)行換漿，即補(bǔ)壓水泥漿工作。施工注意事項(xiàng)：需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(shí)施時(shí)，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(jìn)行補(bǔ)漿（水泥漿）處 理，必要時(shí)，在注漿時(shí)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(dǎo)洞法：由于掘進(jìn)機(jī)頭發(fā)生故障，但刀盤尚可轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，外部條件限制，很難用其它辦法來解決該

16、問題，在接收井處用同型號 掘進(jìn)機(jī)逆向頂進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對接后，此推彼拉，完成頂進(jìn)工作的一種方法。實(shí)例八：無錫新區(qū)高浪路© 80砼污水頂管，日本ISEKI TCC-800型泥 水平衡式頂管掘進(jìn)機(jī)。癥狀：在W29-W30段施工中，頂段長140m,頂至90m處時(shí)，機(jī)內(nèi)發(fā) 出類似金屬卡殼聲，刀盤扭矩表出現(xiàn)波動(dòng)。同時(shí)，泥水箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量 漂浮油漬。此時(shí)主頂油缸頂力為60T。診斷：機(jī)內(nèi)動(dòng)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(jìn)。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(yán)重。分析目前機(jī)械運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)機(jī)頭刀盤在無重負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行尚 屬正常。因此，采用同型號機(jī)頭在接收井 W30按同軸線逆向頂進(jìn)，實(shí) 現(xiàn)對接后，W29#井繼續(xù)頂進(jìn)，W30#井處機(jī)頭回拉。施工