摘要：本文基于城市电力隧道长距离大直径曲线硬岩顶管施工，从地质、顶管机适应性分析及选型、顶进施工测量、顶进施工参数及施工管理5个方面，分析顶管隧道姿态的影响因数及相应控制措施，并举例具体说明顶管纠偏的方法。
关键词：大直径顶管施工；长距离；硬岩；纠偏；顶进参数
1、工程概况
1.1工程地质
（1）地貌特征
拟建电缆隧道沿线地貌形态为广花盆地，下伏基岩为北东条带状分布石炭系（C）、三叠系（T3x）、二叠系（P1、P2）沉积岩。
（2）地层岩性
本标段范围内自上而下分布有：人工填土层、冲积～洪积土层、残积土层、基岩全风化带、基岩强风化带、基岩中风化带、基岩微风化带。
顶管隧道穿越主要地层为：中风化炭质灰岩
2、顶管机适应性分析及选型
2.1顶管机适应性分析
1、泥水平衡顶管机泥水出渣适用于多种地质，使施工作业连续性更好，施工精度高，施工后地面沉降小，最大纠偏角度达3°，可用于长距离顶进。
2、刀盘选择：根据地质报告，主要顶进的地质为灰岩，刀盘要选择合适的开口率，选择准面板式刀盘，既保证了足够的开口率，又可以安装足够的滚刀，有利于充分破碎岩面降低掘进时的推力，同时在富水砂层段也有良好的安全性，同时能够布置较多的刀具以应对561.25m长距离顶进。
3、刀具选择：根据地质情况，选择滚刀，保证在岩层中顺利掘进，保证刀盘遇岩时的工作性能和耐久性，以适应全断面岩层，保证局部地质情况有变化时也能顺利顶进。
4、采用地面集中控制，安全、直观、方便。
5、施工掘进时噪音及震动都很小，对周围的土体扰动小。
6、机型结构紧凑，使用维修保养简单。
3、顶进施工参数
3.1顶进顶力及中继间设置的确认
推顶力不仅受设备的制约，而且受工作井后靠土体稳定的允许反力和管材轴向允许承压力的限制，因此顶管施工中允许推顶力受诸多因素中的最小允许承载力来决定。
中继站的设置：顶管施工中，顶管中继站的设置与顶管允许推顶力有关。管道的顶进总阻力，由掘进机的正面阻力和管道外壁的摩阻力组成。
3.1.1管道的顶进总阻力
顶管段：
取值D1=3.6m；L=560.5m；fk=5KN/m2（因注浆减阻，经验值）；Hs=5.5m；
γs=25.0KN/m3；Dg =3.64m
NF=π/4×（3.64）2×25.0×5.5 =1430.85 KN
则 Fo=π×3.6×560.5×5+1430.85=33126.4KN
钢筋混凝土管顶管传力面允许最大顶力：
根据管材厂家提供钢筋混凝土管顶管传力面允许最大顶力为：Fdc =16000KN
钢筋混凝土管最大顶力的验算：
Fmax=π×[（D1/2）2-（D/2）2] ×P
D1---管道的外径（m）（3.6m）
D---管道的内径（m）（3m）
P—管材生产所有混凝土的抗压强度（MPa）（50 MPa）
Fmax=3.14×[（3.6/2）2-（3/2）2] ×50
=155430KN
Fmax=155430KN＞ Fdc =16000KN
故管材厂家提供的钢筋混凝土管顶管传力面允许最大顶力满足要求。
中继站安放位置和需要数量的计算
顶管施工中，顶管中继站位置的设置与顶管允许推顶力有关。管道的总顶力由顶管机的迎面阻力和管道外围的摩阻力组成。
经前面计算：
Fo=33126.4KN，而钢筋混凝土管允许最大顶力Fdc=16000KN
根据计算结果可知：Fdc（16000KN）< Fo（33126.4KN），且工作井设计允许顶力为16000KN；由此可知工作井和钢筋混凝土管都满足不了顶进的需要，必须安装中继间（中继间实际顶力为14000KN）分段顶进，以保证顶力满足要求。
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①中继间计算：
第一个中继间安装位置：[中继间具体位置根据现场顶进顶力等参数进行调整确定】
第一个中继间安装位置计算：
Ld=（P“- NF）×K1/f2
式中Ld-1号中继间安装位置（m）：
P“—中继间设计顶力（14000KN，额定工作压力31.5MPa）
NF—顶管机的迎面阻力（KN，前面计算得1430.85KN）
f2—单位长度管道摩阻力（56.52KN/M）
K1—工作系数 取K1=0.60
经计算得：Ld=133米
考虑到硬岩顶管刀具有一定的贯入量才能切屑破碎岩石，且在顶进过程中推力的的损耗，为了顶管顺利顶进，根据计算和经验经验第一个中继间直接设置在约40m位置。
②中继环间距计算：
L0=P“×K2/f2
式中L0--中继间间距（m）：
P“—中继间设计顶力（14000KN，额定工作压力31.5MPa）
f2—单位长度管道摩阻力（56.52KN/M）
K2—工作系数，组合密封中继间取K2=0.70
经计算，取：L0=170m
③主站顶进长度计算：
Lm=P/×K3/f2
式中Lm--主站顶推管道最大长度（m）：
P/—主站的最大允许顶力（取16000KN）
f2—单位长度管道摩阻力（56.52KN/M）
K3—工作系数 取K3=0.90
经计算得：Lm=254.7米，取250m
④中继间数量：
n=（L- Ld- Lm）/ L0＋1
经计算得：n=3个
根据以上计算结果，顶管段需要设3个中继间，但在实际顶进过程中顶管隧道顶进至430m处总顶力才超出16000 KN，后续行进至520m处顶力下降，结合现场渣土取样分析的地质情况表明：实际顶管施工顶力变化主要受地质变化影响，主要阻力来源于刀盘前方切削阻力。
5、施工技术和管理
施工技术和管理是顶管施工的根本，只有事前充分考虑和准备，事中加强管理和控制，事后及时反馈及处理，才能顶管隧道姿态达到规范要求内。
事前依据地质报告情况与过往顶管施工经验总结，选用最适合的顶管机类型和刀盘配置，提出顶管顶进方案，针对风险性较大的区域提出专项技术措施，对参与顶管施工人员进行详细的技术交底，保证顶管施工的顺利进行。
事中对顶管顶进过程中各项参数及时记录，发现异常及时反馈，保证信息的畅通。在盾构掘进过程中，顶管操作手必须依据技术交底和现场测量成果来调整顶管姿态。测量人员按要求进行控制测量及对顶管姿态进行人工复测，同时及时对已成型的管节姿态进行测量，将成果反馈，以指导下一步顶管施工。
在顶管掘进时，顶管水平姿态控制在±100mm为最佳，垂直姿态可以控制在－80mm～－100mm。测量标靶系统的报警值为±250mm，建议以
±150mm为预警值，尽量避免顶管姿态超过±150mm。
事后控制主要是指当顶管姿态偏差较大时，如何进行纠偏。纠偏的方法包含千斤顶各区推力调整、铰接油缸的调节等。在纠偏过程中不能过急，应根据地质条件和线路方向调整掘进参数，以调整掘进方向，顶管姿态每环的差值最好在±5mm之内，避免成型管片产生大的错台和破损。
6、结语
本文主要是依据电力隧道工程建设中所采用的顶管机，分析影响顶管隧道姿态各种因素及相应控制措施，在顶管具体施工过程中，应注意结合以下要点控制顶管施工各项参数：
1、现阶段顶管施工单位因节约成本，现场施工测量均未采用自动测量系统，仍采用全站仪手动测量，造成顶管施工精度控制不足，现场若要确保施工精度应在条件允许的情况下采用全自动测量系统；
2、现阶段顶管作业，因规范不明，未有准确规范确认，现场验收标准仅能以非开挖技术协会制定的《顶管施工技术及验收规范》试行版进行验收，现场管理人员应根据现有规范严格验收管理；
3、现场施工技术人员流动性大，顶管施工目前测量，纠偏仍需人工手动控制，因此稳定作业班组及操作手水平在现阶段施工的控制重点。
就目前顶管施工而言，顶管施工目前控制要点仍为人为控制，现场控制先要控制好管理技术人员，才能保证后续顶管工程有序开展。
参考文献：
[1]马保松，D.Stein，蒋国盛等．顶管和微型隧道技术[M]．北京：人民交通出版社，2004
[2]马保松，张雅春．曲线顶管技术及顶进力分析计算[J]．岩土工程技术，2006 05-0229-04
论文作者:王寅1,吴维斌2,刘延帅3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：顶管论文; 阻力论文; 隧道论文; 测量论文; 管道论文; 地质论文; 姿态论文; 《基层建设》2019年第1期论文;