泥水平衡式顶管施工

泥水平衡式顶管施工

李慧

中国建筑第四工程局有限公司贵阳550002

摘要：顶管施工是非开挖施工方法其中一种，是借助主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内，将工具管或掘进机吊出井外，并把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间的方法。

关键词：钢筋混凝土管；工作井；接收井；顶进；纠偏。

1.工程概况

（1）本工程尾水管采用复合型管道，管径为DN2600，采用“F”型钢承口式钢筋混凝土管，“F”型钢套环，楔形橡胶圈密封，管道埋深6.68～16.15m，全长923.3m。整个尾水管道沿贵黄公路地下布设，经过康瑞苑小区繁华区域人口密集地段并穿花溪大道；经过贵阳艺校旁及万科工地基坑挡墙侧，最后管道沿中环路旁布设进入南明河。本工程地质情况非常复杂，有人工回填土层、红粘土层、中风化白云岩层。

2.特点及应用范围

（1）土方开挖量少，安全，对交通影响小，开挖部分仅仅是工作坑及接收坑；

（2）施工噪音少，影响范围小，文明施工程度高；

（3）施工工期短；

（4）可以穿越铁路、河流等不允许开挖或没有开挖条件的地方；

（5）可以完成埋深大的地下管道敷设。

（6）顶管施工技术被广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等不允许或不能开挖条件下进行各种管道的铺设、更换和修复，由于顶管施工技术具有综合成本低、施工周期短、环境影响小、不影响交通、施工安全性好等优点，在市政给排水、通信电缆、燃气管道、电力电缆等地下管线中广泛的应用。

3.施工工艺原理

（1）岩石顶管机被主顶油缸向前推进，电动机提供能量，转动切削刀盘，通过切削刀盘进入土层。挖掘的土质，石块等在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱，在那里与泥浆混合，最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上。

（2）掘进机在掘进过程中，采用了激光导向控制系统。位于工作后方的激光经纬仪发出激光束，调整好所需的标高及方向位置后，对准掘进机内的定位光靶上，激光靶的影像被捕捉到机内摄像机的影像内，并输送到挖掘系统的电脑显示屏内。

4.顶管构筑物与设备

5.施工方法

5.1工作井或接收井施工

根据设计要求，工作井为方形或圆形，接收井采用圆形制作，首先开挖井里土体，分层挖深为1m，并修整外壁的土模，然后在井的四周绑扎钢筋，立模板，浇筑混凝土，待砼强度达到75%，而后接着挖土、绑扎钢筋、立模板、浇筑混凝土制作第二节护壁，如此反复做第三、四……节护壁，直到设计井底。本工程逆作法护壁支护结构井采用人工挖土的方法进行挖取土。

5.2机型选择

采用可适应岩石顶管施工的大刀盘泥水平衡全断面带滚刀的岩石和粘土顶进二用YD2600型顶管机。泥水平衡顶管机除了具有二种平衡机理、自动化程度高、质量容易控制等特点外，还可以在通过含砂量比较大的土层时可适当增加泥浆浓度，在刀盘与前方土体之间形成一层泥膜，可达到稳定前方土体的效果可使顶进面始终处于平衡的最佳状态，有效地控制地表沉降。

5.3顶管机顶进

（1）初始顶进速度控制

顶进用工作井顶进设备进行速度控制，分为两个部分，机头入洞阶段速度控制在3~5mm/min，此阶段重点是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之内，所以速度不要太快。

（2）初始顶进泥水控制

顶进时泥水流量控制在1.4~1.5m3/min，泥水容重γ=1.2。泥水作用润滑刀、切削杂物泥水带出，此时泥水分两部分流出，一部分由机头外流入集水井，集水井设4吋泥浆泵排入泥水分离装置；另一部分由机头出泥管排入泥水分离装置。

（3）顶管机正常顶进

泥浆在整个顶管过程中起着关键作用，泥浆的压力、浓度影响挖掘面的稳定性。泥浆浓度流量影响到切削下土体能否正常送到地面。泥浆配比要在优选货源的前提下优化配比，并能根据土质变化及时变化。

5.4管道纠偏

本工程使用的顶管机带自动纠偏功能，纠偏原理是：全站仪发出不可见光，到机头中心光靶，光靶把偏移反应到控制台，控制台控制纠偏千斤顶工作。全站仪测量高程、中心误差百万分之二，顶管机纠偏误差2cm之间。就顶管机本身而言，高程、中心控制在±30mm是没问题的，但我们以往的经验是，机头走机头线路，管子走管子线路，即机头与前进方向倾斜前进，这种现象更为严重。当机头纠偏时，机头前进产生的侧向压力N的分力要克服土体对管子的约束力，如土体是原状土，约束力会很大，土体被触变泥浆置换，触变泥浆是胶体，约束力很小，管子比较容易纠偏。若发现管道有错口或变形现象，立即加设厚16mm宽50cm的钢制内胀圈，以防止错口和变形加大，内胀圈为可调结构，其与管子接触面设置柔性垫层，保护管材不受磨损。

5.5触变泥浆减阻

顶管机尾部设置一节注浆特殊管，管内设置三道注浆孔，每道断面上布置5个注浆孔，孔相互交错，确保浆液能均匀分布，形成完整有效的触变泥浆套。同时机头紧后3节混凝土管节均设有触变泥浆注入孔，再往后每隔4节（即每8m）设置一道注浆孔，每道设置3个注浆孔，沿管道断面均布，注浆孔采用预埋钢管制作，有效孔径为φ50mm，钢管壁厚3.5mm，内设丝扣，便于安装注浆管，孔内安装单向阀，防止外部泥砂进入注浆管，注浆孔端部设有丝堵，注浆孔未开启时，用丝堵封孔，顶管完成后采用石棉水泥封孔。

5.6进出洞口的措施

（1）管节顶进

掘进机头进洞后的轴线方向与姿态的正确与否，对以后管节的顶进将起关键的作用，因此在顶进时，机头与前5节管子应连在一起，用拉杆将前5节管子与机头固定，防止机头重量大而下沉。实现管节按顶进设计轴线顶进，做好顶进轴线偏差的控制和纠偏量的控制是关键。根据控制台显示屏激光点及时调节纠偏油缸，使其能持续控制在轴线范围内。严格控制机头大幅度纠偏造成顶进困难、管节碎裂。在穿越道路时，应放慢顶速，并严格控制注浆压力，防止道路起拱或下陷。

（2）顶管机出洞前洞口土体加固

根据顶管进展情况，为保证掘进机能顺利进入接收井，防止掘进机出洞后水土沿工具管与井圈之间的建筑空隙涌入接收井内，保证井内接头能顺利施工。如果发现地质较差，在掘进机到达接收井前，可对洞口土体进行注浆加固，加固范围洞口前5m范围内，洞口四周距管道外侧2～3m。

5.7顶管施工过程中应注意的问题

（1）当掘进机停止工作时，一定要防止泥水从土层或洞口及其它地方流失。不然，挖掘面就会失稳，尤其是在进洞这一段时间内更应防止洞口止水圈漏水。

（2）在掘进过程中，应注意观察地下水压力、泥水仓水压力的变化，并及时采取相应的措施和对策，只有这样才能保持挖掘面的平衡稳定。

（3）在顶进过程中，随时要注意挖掘面是否稳定，要不时检查泥水的浓度和相对密度是否正常，还要注意进排泥泵的流量及压力是否正常。应防止排泥泵的排量过小而造成排泥管的淤泥和堵塞现象。

（4）压浆孔的处理，顶管顶进完成后，对管节上的压浆孔进行封堵措施。

结束语：泥水平衡式顶管施工牵涉面广，在技术上有一点的难度。但是在施工中只要把握好顶力、顶进速度、纠偏以及触变泥浆减模、泥水处理等关键技术环节，就能保证施工质量和安全，使施工得以顺利进行，并创造出良好的经济效益和社会效益。