曲线顶管技术是为解决城市地下空间建设中复杂环境与管线铺设需求而发展的一种非开挖施工方法。其核心由来在于城市地下工程面临既有建筑避让、复杂地质条件穿越以及地下空间资源受限等挑战，促使传统直线顶管向曲线化方向演进，从而实现地下管线的灵活布局与精准施工。通过特殊的管节接口设计（如双承口管）、导向控制技术（如刀盘偏心超挖与液压纠偏系统）以及中继间辅助顶推等手段，曲线顶管能够使管道沿预先设计的曲线路径推进，有效规避地面障碍物，减少对周边环境的干扰，同时满足长距离、大口径和复杂地层条件下的施工需求，成为现代城市地下管网建设的重要技术支撑。

通常多由于地面条件复杂，无法采用明挖施工，且接收端位置受限，需要采用曲线顶管技术。

曲线顶管施工是指在非直线方向上顶进管道的施工方法，常用于避开地下障碍物、穿越建筑物或满足特定线位要求。曲线顶管施工的核心是在不改变管路直径和现有设备限制的情况下，通过控制顶管机头自身参数的变化，引导机头沿着预设的曲线轨迹前进。

二、如何实现“曲线”顶进呢？

这主要依靠机头姿态的精确控制。当需要转弯时，操作人员会指令机头进行连续、小角度的纠偏。通过不断调整纠偏油缸，使机头头部偏离轴线，强制机头走出一条曲线。这个过程需要缓慢、均匀地进行，避免过大的偏转角度导致机头“啃土”或损坏管节。机头连续的、微小的姿态调整累积起来，就形成了设计的曲线轨迹。

三、曲线顶管的“核心难点”

曲线顶管的核心难点在于掘进机头姿态的控制。现代顶管机头通常配备有先进的导向系统（如激光导向或惯性导航系统）。操作人员在控制室，根据实时接收到的机头姿态数据和测量数据，通过调整机头底部或侧面的纠偏油缸的伸出长度，改变机头的掘进方向。这是一个连续、动态的调整过程，需要操作人员具备丰富的经验和精准的判断力，才能引导机头沿着设计的曲线轨迹前进。

四、曲线顶管施工的测量与纠偏

在施工过程中，由于地质条件变化、顶力控制不当、纠偏操作失误或测量误差等原因，会使管道的实际轴线偏离设计曲线。这时就需要采取调整措施，调整的依据主要来源于施工过程中的监测和每一个顶程结束后的精确测量，通过测量得出的数据计算顶管机头实时的位置、姿态（高程和方位）相对于设计曲线的偏差。

而调整曲线的方法主要依赖于纠偏技术，核心是利用纠偏千斤顶来改变管道前端的推进方向。这个过程主要依赖于机头自身的导向系统和操作人员的精确控制。具体方法和步骤如下：

1、实时监测与测量 :

1.1监测目的: 准确掌握管道的实际位置和姿态（高程和方位）相对于设计曲线的偏差。

1.2测量方法: 使用激光导向系统（如激光经纬仪、全站仪配合棱镜或反射片、倾斜仪、方位仪）或专门的顶管测量系统，定期或连续对管道前端掘进机头和已安装管道的特定点进行测量。

机头内部测量: 机头内部通常安装有多种传感器，用于实时监测其姿态和位置。

倾斜仪: 测量机头在前后、左右两个方向上的俯仰角和滚动角。

方位仪: 测量机头的绝对或相对方位角（航向角）。

1.3测量结果: 获得偏差数据（水平偏差、高程偏差、扭转角度等），为纠偏决策提供依据；偏差计算: 根据测量数据，控制系统将机头的实时姿态和位置数据与预设的曲线轨迹进行比较，计算出当前的偏差（高程偏差、平面偏差、姿态角偏差）。

2、分析偏差与确定调整策略 :

2.1目的: 根据测量数据，判断偏差的大小、方向和发展趋势，制定合理的纠偏方案。

2.2方法:

计算偏差量: 确定当前点位在设计曲线上的理论坐标与实际坐标的差值。

判断趋势: 分析偏差是持续增大、减小还是保持稳定，预测如果不纠偏可能导致的后果。

2.3确定调整量: 计算需要通过纠偏千斤顶产生的偏转角度或位移量，以使管道回到设计曲线上或按预定曲线推进。

2.4考虑影响: 评估纠偏操作对后续顶进、顶力分布、管节接口及地表沉降可能产生的影响。

3、操作纠偏千斤顶:

核心工具: 安装在管道前端掘进机头或工具管上布置的液压千斤顶。

工作原理: 通过控制不同方向上纠偏千斤顶的伸缩，产生一个偏转力矩，改变其推进方向。

操作方式:

超挖与欠挖配合: 在需要转向的一侧进行适当超挖（去除更多土体），在另一侧保持或进行欠挖，配合纠偏千斤顶的作用，有效地引导管道转向。

分级、微量纠偏: 通常不进行大幅度的单次纠偏，而是采用“小角度、勤纠偏”的原则。每次顶进循环（一个顶程）后，根据测量的偏差情况，小幅度调整纠偏千斤顶的行程差，进行微调。这样可以避免管道过度弯曲或产生过大的顶力。

对称与不对称操作: 通过控制不同组（上、下、左、右）纠偏千斤顶的伸缩量，实现向上、向下、向左、向右或任意组合方向的调整。

调整顶力控制:

目的: 在进行曲线调整时，合理分配顶力，确保主顶千斤顶和纠偏千斤顶协同工作，避免因顶力过大或不均导致管节损坏或顶进困难。

方法: 根据纠偏需要，可能需要调整主顶千斤顶的编组顶力，或者控制总顶进速度，以配合纠偏操作。

4、控制出土量:

目的: 保持开挖面的土压力平衡，防止因超挖或欠挖过多导致地层失稳或地面沉降，同时配合纠偏。

方法: 根据地质情况和纠偏需要，精确控制螺旋出土器的出土量。在需要转向的一侧，可能需要适当增加该侧的出土量（配合超挖）。

5、循环监测与调整:

目的: 纠偏是一个动态过程，需要持续监测、分析、调整。

方法: 每次顶进循环后，再次进行测量，评估上一次纠偏操作的效果，根据新的偏差数据，继续进行下一轮的分析和调整，直至管道回到设计曲线或按预定曲线稳定推进。

6、注意事项:

地质适应性: 不同地质条件下，纠偏的难易程度和效果不同。软弱土层中更容易调整，但在硬岩或密实砂层中调整难度大。

设备性能: 纠偏千斤顶的推力、行程以及测量系统的精度直接影响调整效果。

操作经验: 顶管操作手和工程师的经验对于判断偏差、制定策略和精细操作纠偏千斤顶至关重要。

避免过度纠偏: 过度或频繁的大角度纠偏会导致管道过度弯曲、增加顶力、磨损管节接口、甚至损坏管道。

五、曲线顶管中继间施工

在曲线顶管工程中，由于需要克服管道沿曲线方向顶进产生的附加阻力（主要是转向阻力），以及克服长距离顶进时主顶推力不足的问题，通常需要设置中继间。中继间是安装在顶管机头和后部管节之间的接力顶进装置，内部也包含油缸、控制阀组等。当中继间启动时，它顶住前方的管节，自身被后方的管节顶进，将推力传递下去。随着顶进距离的增加，可以依次启动多个中继间，分段克服摩阻力。在顶进结束后，中继间会停止工作并被拆除。

中继间作为独立的顶进动力单元，能够接力传递顶力，将长距离顶进分解为若干段短距离顶进，从而实现曲线顶管的顺利施工。

1、中继间的作用与组成

作用：

接力顶进：克服主顶站的顶力限制，实现长距离或超长距离顶管。

减小顶力：将总顶力分散到多个中继间和主顶站，降低单个顶进单元的顶力，保护管道和设备。

适应曲线：在曲线段，中继间可以帮助调整管道姿态，配合千斤顶的偏心顶进，实现转向。

控制姿态：通过控制不同中继间的启停和顶进速度，可以微调管道的顶进方向。

组成：

主油缸（千斤顶）：提供顶进动力的核心部件，通常对称布置。

油缸支架：固定主油缸的结构。

前后隔板：将中继间所在管节与前后管节密封隔开，形成独立的顶进空间。

承压板：承受和传递顶力的刚性板，通常安装在尾端隔板上。

液压系统接口：连接主站液压系统，包括油管接头、控制阀等。

密封装置：确保前后隔板的密封性，防止泥水、土体或注浆浆液进入顶进空间。

控制系统：控制中继间启停、顶进速度和压力的电气或液压控制部分。

2、中继间的安装过程

中继间的安装通常在需要设置中继间的特定管节（中继间管节）预制完成或运至工作井后，在顶进前或顶进到预定位置后进行。以下是主要的安装步骤：

2.1中继间管节准备：

选择或预制带有中继间安装接口（如预埋件、预留槽口）的专用管节。

清理管节内壁，确保安装区域干净、无杂物。

2.2中继间本体检查与准备：

对中继间本体进行外观检查，确认无损伤、变形。进行液压系统试压，确保油缸、管路、密封完好，无泄漏。按照设计图纸和技术要求，将主油缸、支架、承压板等部件组装到中继间本体框架上。

2.3中继间吊装入管：

使用起重设备（如吊车）将组装好的中继间本体整体吊入中继间管节内，并初步定位。确保中继间的中心线与管道中心线对齐。

2.4精确安装与固定：

利用管节上的预埋件或预留接口，将中继间的支架、油缸等牢固地固定在管节内壁上。调整油缸的伸出长度和角度（如果需要配合曲线转向），确保其能顺利顶在下一管节的承压板上。安装前后隔板和密封装置，确保密封可靠，能够承受顶进压力和泥水压力。

2.5液压系统连接：

将中继间的液压油管接头与主站的液压系统管路连接，确保连接牢固、密封良好。连接控制电缆（如果需要电气控制）。进行液压系统排气和压力测试。

2.6调试：

在正式顶进前，进行中继间的空载调试，检查油缸动作是否平稳、同步，控制系统是否灵敏可靠。确认所有部件安装到位，无干涉，状态正常。

3、中继间的施工过程（顶进操作）

中继间安装完成后，其施工过程主要体现在顶进操作中：

3.1确定启动条件：

根据顶力计算、地质条件、管道摩阻力等因素，确定启动第一个中继间的位置和时机。通常是在主顶推力接近极限或管道前方阻力增大时启动。

在曲线段，可能需要根据测量数据，提前启动中继间以辅助转向。

3.2启动与顶进：

操作主站液压系统，启动预定位置的中继间。中继间的主油缸开始伸出，将中继间管节向前顶进，同时推动其前方的所有管节。

中继间的顶进行程通常有限（由油缸行程决定），达到行程后，油缸会缩回。

3.3接力顶进：

当第一个中继间完成一个工作循环或达到设定顶进长度后，根据需要启动后续的中继间，形成接力顶进。

通过控制不同中继间的启停顺序和顶进速度，可以实现对管道顶进姿态的微调，通过偏心顶进或差动顶进（不同中继间不同步）来实现转向。

3.4监控与调整：

顶力监控：实时监测主顶站和中继间的顶力，确保不超过设计允许值。

姿态监控：通过激光准直仪、经纬仪、全站仪等测量设备，定期测量管道的轴线位置和高程，判断是否偏离设计曲线。

3.5注浆减阻

在曲线顶管中，及时、足量地进行膨润土泥浆或减阻浆液的压注，在管道周围形成泥浆套，可以显著减小摩阻力，降低顶力，并有助于管道沿设计曲线滑行。

3.6土压平衡

控制开挖面土压，保持开挖面稳定，并配合排土量控制，避免因超挖或欠挖影响管道走向。

3.7循环进行：

重复上述顶进、监控、调整的过程，直至管道顶进完成。

4、注意事项：

设计与计算：中继间的数量、位置、间距必须经过精确计算确定，考虑最大顶力、摩阻力、曲线半径等因素。

设备选型：中继间的油缸吨位、行程、数量需与主顶站匹配，并满足曲线顶进的特殊要求。

安装精度：中继间的安装精度直接影响顶进效果和管道姿态控制，必须严格按规范操作。

液压系统可靠性：中继间的液压系统必须可靠，防止泄漏或故障导致顶进中断或事故。

密封性：前后隔板的密封至关重要，防止泥水或浆液进入顶进空间影响顶力和设备。

曲线控制：曲线顶进对中继间的同步性和可调性要求更高，操作需更加精细。

人员培训：操作人员必须经过专业培训，熟悉中继间的原理、操作和故障处理。

应急预案：制定中继间故障、顶力异常、姿态失控等情况的应急预案。

曲线顶管中继间的安装与施工是一个技术要求高、过程复杂的环节，需要精确的设计、可靠的设备、精湛的安装工艺和精细化的施工控制，才能确保曲线顶管工程的顺利实施。

六、结语

曲线顶管施工是一项集精密测量、先进设备、智能控制和复杂工艺于一体的综合性技术。通过精确的施工测量、有效的注浆减阻、精准的机头姿态控制、科学的起曲办法以及必要时的中继间接力，我们能够成功地在地下复杂环境中，完成曲线隧道的无开挖施工。
曲线顶管技术作为一种重要的非开挖施工方法，其核心由来在于城市地下空间建设中复杂环境与管线铺设需求的矛盾。通过特殊的管节接口设计、导向控制技术、中继间辅助顶推以及减阻技术的应用，曲线顶管能够使管道沿预先设计的曲线路径推进，有效解决地下空间受限、地质条件复杂等问题。与直线顶管相比，曲线顶管具有空间灵活性、环境干扰小、施工效率高、经济效益显著等优势，特别适用于城市核心区、既有设施密集区域以及复杂地质条件下的地下管道建设。

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