第２期８８２０１２年４月
非開挖技術
ｎｏ．２
ａｐｒ．，２０１２
市政頂管工程施工風險分析及應對措施
劉加宇孫輝王少雄
（１．長春城市開發（集團）****；２．武漢地網非開挖科技****；３．武漢地網非開挖科技****）
摘要：市政頂管工程在城市建設中承擔著日益重要的作用，本**針對給排水管道頂管工程施工中
存在的風險進行了分析，並提出了相應的預防和處理措施，對於進一步推動給排水管道的頂管施工應用具有一定的借鑑意義。
關鍵詞：頂管、給排水管道、風險分析、應對措施
隨著城市建設的大規模發展，人們對生活環境在下沉較慢的一側多挖土，逐步挖掉刃腳處的
的質量提出更高的要求。各級**都致力於新區開發和老城區改造。而城區水汙染的治理和水資源的
保護又是重中之重。但在繁華的城市施工中，如遇管道縱橫交錯，技術複雜，施工條件苛刻等情況時，
採用普通的施工方法，很難完成預期的目標，還可
土台，使量腳懸空，其高度控制在２０ｃｍ，沿刃腳四周長度宜為沉井直徑的１／２，促使該側下沉。同時下沉較快的一側沿刃腳四周長度宜為直徑的１／２多保留刃腳處土台的寬度；如該處土體鬆軟時，應夯實或填碎石作為加固處理；並在該處井筒外部地面推
能會給周圍建築、道路帶來危害。此時採用非開挖技術的頂管方案必能解決以上眾多不利因素所帶來的影響。但是伴隨著頂管技術的投入使用，在運
用中也經常出現一些問題，本文主要提出在頂管
土夯實，以增加其抗力和摩阻力。採用上述方法，如果一次不能全部糾正偏斜，可按上述的方法重複進
行至符合規定誤差為止。而後按正常下沉挖土。
ｂ、射水糾偏。沉井在下沉過程中發生偏斜而用挖土糾偏仍不見效時，採用向下沉較慢一側沉井井
技術施工中容易出現的技術問題和相應的預防和處理措施，值得施工技術人員重視，並以此和同行
共享。筒外部沿外壁四周注射壓力水，使該處的土成為泥漿，以減小土的抗力；泥漿還起潤滑作用，減少沉井
１沉井下沉施工風險分析及處理措施
沉井在下沉過程中，時常出現井筒傾斜，沉井位置偏移等情況時，應立即分析原因，進行糾偏。
外壁與土之間的摩阻力，促使沉井較高的一側迅速下沉。當糾偏到接近正常位置時應停止射水，並應將沉井外壁與土之問的空隙用細土或砂填充。
ｃ、區域性增加荷載糾偏。當井筒在下沉過程**
（１）沉井傾斜，這是沉井下沉**現頻率最高
的問題，
現傾斜時，可在井筒較高一側增加荷載，（一般採用
鐵塊、砂石袋加壓力）或用震動機震動，促使井筒較高一側較快下沉。
（２）沉井旋轉，園沉井因土質不夠均勻或受到切向力作用（如在切線方向安裝梯子等）而發生旋轉的情況時有發生，而沉井上的頂管進出洞口是事先預留的，過多的旋轉將直接影響頂管進出洞口的
原因分析：（１）沉井四周土質軟硬不均；（２）沒有均勻挖土，使沉井內土面高差懸殊；（３）刃腳一側被障礙物攔值；沉井外面有棄土或堆物，井上附加荷重分布不均造成對井壁的偏壓。
糾正傾斜的方法
ａ、挖土糾偏，即通過調整挖土的高差，及調整
方向，故應避免。沉井旋轉的預防措施是使沉井不受切向力或切向所受的力矩基本平衡。已發生旋轉
沉井刃腳處保留土台的寬度，進行糾偏。
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的處理方法是在下沉過程中施加乙個與旋轉方向相反的扭矩，如切向的牽引力。該力不需要很大就足以使已旋轉的沉井轉回來。
（３）不沉，沉井內泥土已挖到刃腳以下而沉井
不沉，則可能是地質情況的變化或刃腳遇到了障
礙，應採取井頂壓載增加下沉重量，井外壁注入膨潤土泥漿或壓縮空氣減小下沉摩阻力等措施。不宜採用井內大量抽水以減小水對沉井的浮力，從而增加下沉係數的方法，因井內水位降低會使地
下水夾帶泥砂從井底湧人，造成井周地面沉降，建
築物破壞。
（４）突沉，突沉是指沉井在瞬間突然下沉，如在幾秒或幾十秒內下沉數十公分或更多。突沉往往發生在下沉中斷後又重新開始挖土下沉或刃腳下遇到障礙物時，預防措施一是連續挖土下沉，二是刃腳遇到障礙物時，挖土要更強調均勻，且放慢挖土速度。採用井頂壓載、井壁外註膨潤土泥漿等措施時，要逐步實施，不可一次載入、注漿過多過猛。
２頂管掘進過程風險分析及處理措施
２．１頂管機失控２．１．１頂管機旋轉
機頭向順時針或逆時針方向旋轉乙個角度，有時後續管道也隨之旋轉。頂管機在頂進過程發生旋轉幾乎在每條頂管中都會出現，將影響管內裝置的
使用，甚至使液體外溢等。
原因分析：
（１）工具管前端土層軟硬不均勻，使工具管受
力不均勻，造成工具管向土層軟的方向旋轉。
（２）頂進千斤頂及油路布置不合理，千斤頂之間存在著頂進時間差，使頂進合力線偏移，造成工
具管旋轉。
（３）糾偏量過大，糾偏頻繁，往往也使管節產生偏轉力矩，引起管節偏轉。
處理方法：
（１）出洞時，在頂管機及其後續管節上，焊方偏
轉鐵板，卡在導軌兩邊，也可用其它防偏轉的措施阻止頂管機出洞時偏轉。
（２）頂進時控制刀盤的旋轉方向，將刀盤向機
體旋轉的反向轉動，使頂管機受反向扭矩，從而糾
正機體，頂進過程中，不斷正、反轉刀盤，頂管機的
旋轉就可得到有效控制。
（３）採取配重法，頂管機內的裝置布置注意了
重量對稱分布，以防頂管機旋轉，但頂進中的機體旋轉仍常有發生，處理方法是在頂頭內擺放配重，若頂管機左旋，即在機內右側擺放配重，若右旋，配重就擺左邊，效果良好，因頂管機內裝置已考慮了重量對稱分布，故所用配重的數量較小，配重一般用廢鐵板、鋼筋等。但是採用此方法，應注意軸線的
控制，以免造成軸線偏差過大形成彎曲，給以後的施工造成困難。
２．１．２機頭出洞時磕頭
頂管機出洞時機頭往下偏差較大。
原因分析：由於土體承載力較小，且機頭本身較重，出洞時容易產生磕頭（即機頭前傾）。
防治措施：
（１）千斤頂安裝時，將其合力作用點下降５～
ｌｏｃｍ，也可視實際情況，靈活採用千斤頂個數。
（２）機頭出洞時，將機頭預抬乙個數值（２—
３ｃｍ）。
（３）將出洞口導軌接長至井外壁，或在洞口止水圈下部用混凝土澆築乙個弧形託塊。
（４）第一節管與機頭拼裝時，盡量加長機頭在
導軌上的長度。
（５）在工作井外洞口下部注漿加固土體。
２．２管節漏水
鋼筋混凝土管節裂縫現象，管節縱向和環向有明顯裂縫，造成管道滲水、漏水。
原因分析：
（１）管節質量不合格。
（２）頂進過程中頂力超過管節的承壓強度使
管節損壞。或軸線偏差過大，致使管節應力集中而
損壞。（３）運輸、裝卸、碼放安裝方法不當，造成管節
損壞。預防措施：
（１）嚴格執行各管節質量驗收標準。
（２）頂進時應嚴格控制管道軸線偏差，控制頂力在管節允許的承壓範圍以內。
（３）在管節運輸過程中應採取管墊等保護措
非開挖技術年４月
施，並應做到吊（支）點正確，輕裝輕卸。
處理方法：
應認真分析裂縫產生的原因和性質，根據不同受力情況，分別採取不同的治理方法，比如可採用環氧水泥砂漿或化學注漿的方法進行處理，處理後應能保證結構原有的承載能力、整體性。
２．３後背開裂、位移、變形
原因分析：
由於後背承載力過小，或頂進頂力過大，超過
沉井後背的極限荷載。後靠背可能被主頂油缸頂得嚴重變形或損壞，或與後座牆一起產生位移，無法
承受主頂油缸的推力，頂管被迫中止。
應對措施：
頂進時必須對後背加強觀測，及時了解後背位
移、開裂情況，以便及早採取措施。發現後靠背有變形或開裂的預兆或頂力即將達到後靠極限頂力時
及時加設中繼間，避免後靠損壞。如果後靠背已經出現位移或開裂現象，應立即停止頂進，採取以下
措施：（１）加大後靠鋼板，增加後靠受力面積。（２）在後座牆後的土體採用壓密注漿加固土體。
２．４地層沉降或隆起
地面沉降與隆起現象，頂管施工過程中或施工後，在管道軸線兩側一定範圍內發生地面沉降或隆起，使管道周圍建築物和道路交通及管道等公用設
施受到影響，甚至危及到正常使用和安全。
原因分析：
（１）開挖端麵的取土量過多或過少，使工具管推進壓力與開挖士體壓力不平衡，造成地面沉降或隆起。（２）管道軸線偏差，或糾偏不當造成的地層土體損失。
（３）管道外圍環形空隙（工具管外徑與管外徑之差）引起的地層上體損失，或頂管完成後未置換
泥漿造成的全體損失。
（４）管道介面不嚴密，造成的水土流失。
防治措施：
（１）施工前應對工程地質條件和環境情況進行
周密細緻的調查，制定切實可行的施工方案，正確選用工具管，並對距離管道近的建築物和其它設施
採取相應的加固保護措施。
（２）設定測力裝置，以便掌握頂進壓力，保持頂
進壓力與前端土體壓力的平衡。
（３）嚴格控制頂管軸線偏差，執行勤測量、勤糾偏、小量糾的操作方法。
（４）在頂進過程中應及時足量地註人符合技術標準的潤滑支承介質填充管道外圍環形空隙。施工結束及時用水泥或粉煤灰等置換潤滑泥漿。
（５）嚴格控制管道介面的密封質量，防止滲漏。２．５泥水管產生沉澱、堵塞
泥水管內泥水流動不通暢，頂管頂進不順利。
原因分析：
（１）在泥水管內產生沉澱大多數發生在砂土層中。一是排泥幫浦效率低流量不足，在泥水管內的流速小於臨界流速而使泥沙產生沉澱。如果是粉細砂，一旦沉澱在泥水管內，時問一長板結起來就比較難沖洗乾淨。
（２）在含水量少的粘土中，粘土容易變成泥團，如果泥團過大，或者遇到回填土，而在回填土中有磚塊等垃圾，它在管道彎頭處或閥門處會把管
道堵塞。
防治措施：
（１）如果排泥幫浦達不到所需的流量要求時，就應該更換。
（２）停止推進前必須對排泥幫浦管道在旁路狀態
下進行較為徹底的清洗。
（３）如果在含水量較少的粘土中推進，應減小
刀口開閉量，減小刀盤每轉一圈時所切削的泥土厚
度，同時適當加大送水量。
（４）在排泥管道與基坑旁通之間加乙隻沉澱
箱，可讓土塊或卵石在該箱裡沉澱下來，過一段時間只需開啟箱底將其排出即可。
（５）如果泥砂已經沉澱在泥漿管中，而沖洗又比
較困難，此時，可將排泥管與進水管交換，反向沖洗。
２．６地面冒水、冒漿
頂進時泥水及壓注的觸變泥漿冒出地面，機頭
過後，地面產生沉降。
原因分析：
（１）遇到滲透係數較大的土層，泥漿及觸變泥漿很容易冒出地面。
第２期劉加宇孫輝王少雄：市政頂管工程施工風險分析及應對措施９１
（２）開挖面泥漿的粘滯度低，穩定性不好。
防治措施：
（１）控制泥水艙的泥水壓力，保持在１～１．１倍
正面靜止土壓力為宜。
（２）要注意土層土質特性，施加效能適當的護壁漿液，增加進水的泥漿比例，提高泥水比重。
２．７掘進機卡死
在頂管施工過程中，無論在何種地層，都可能會出現掘進機無法正常啟動、前方遇阻、頂力突然增大等問題，造成掘進機卡死。如果處理不當會造成後背牆破裂及管道破損，無法完成頂進工作。
原因分析：
（１）由於設計或施工前對地質情況認識不足造
成頂進過程中摩阻力過大，或管道軸線偏差形成彎曲使摩阻力增大。
（２）由於施工中注漿減阻效果不理想，或因中途停止頂進時間過長，潤滑泥漿失水後造成管壁阻
力過大。
（３）由於管道自身強度缺陷，頂進過程中造成
管身碎裂。
（４）由於工作井井身或後背牆強度不足，造成工作井後座嚴重開裂或變形。
（５）由於掘進機機頭自身機械傳動出現故障，造成掘進機無法正常啟動。
（６）由於管位處出現難以逾越的障礙物。
解決方法：
．（１）開天窗法：若掘進機卡死位置上方無房屋、
鐵路、等不易拆遷性構築物時，可在掘進機頭上方地面通過開挖取出掘進機而解決問題。（２）逆套管法：在接收井反向頂進內徑大於機頭外徑的鋼管或其它管道，然後把機頭從接收井拉
出，管道接頭處用混凝土和磚塊進行修補、摸平。
（３）順套管法（拖管法）：在工作井頂進內徑大於
管道外徑的鋼管，從而確保土體不坍塌或管壁摩阻力降低，再將掘進機頭回拖出來的方法。
（４）內套管法：在原來的管道內頂人一支直徑稍小的鋼管並與機頭連線，從而達到重啟機頭的
目的。（５）引導洞法：在接收井中，逆向頂人同口徑管
道，使兩機頭對接，然後此頂彼拉，將掘進機取出。
３結語頂管施工技術在市政工程中大量採用，避免了
明挖技術受施工現場條件的大幅度影響，對穿越道路、河流、建（構）築物的情況顯示了極大的優越性，體現了良好的經濟效益、社會效益及環境效益。但頂管屬於地下工程，複雜程度較高，不確定因素多，
存在諸多風險。因此在工程施工前應該綜合了解工程地質情況、水文特徵，充分考慮可能出現的各種情況，並制定相應的應急預案和解決措施，以保證
工程施工的安全和順利進行。
參考文獻：
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頂管工程施工管理方案
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