1、泥水平衡式顶管技术在污水处理厂的应用中图分类号：U664.9+2 文献标识码： A 文章编号： 摘要:顶管技术是一种非开挖的地下管道敷设施工技术，具有施工污染小，交通干扰小和减少工期等优势。结合某污水处理厂顶管施工，详细介绍了泥水平衡式顶管施工技术，重点阐述了止水装置和导轨的安装、出洞及进洞技术方案、机头偏转纠正和施工监测措施等方面，确保工程的顺利进行和质量。 关键词：污水处理厂；顶管技术；泥水平衡式顶管；监测措施 Abstract: the pipe jacking technology is a kind of underground excavation of pipe laying c
2、onstruction technology, with construction pollution small, little interference and reduce traffic advantage and the time. Combined with a sewage treatment plant pipe jacking construction, detailed introduces the type slurry balance pipe jacking technology, this paper focuses on the water device and
3、guide rail installation, the hole and into the hole technical scheme, head deflection and construction monitoring corrective measures, to ensure the smooth progress of the project and quality. Keywords: sewage treatment plants; Pipe jacking technology; Type slurry balance pipe jacking; Monitoring me
4、asures 随着城市建设的发展和环境保护意识的加强，顶管施工技术作为一种非开挖地下管道敷设技术，很好解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护等方面凸显其优势。特别是顶管施工技术之一的泥水平衡顶管技术，以其对环境干扰小、不污染环境和安全性高等优点，被广泛应用。本文结合应用实例，介绍泥水平衡式顶管施工技术，分析了施工中的一些难点，有效保证施工的质量。 1 工程概况 佛山市镇安污水处理厂三期扩建工程为佛山市世界银行贷款项目，其配套污水收集系统高新片区污水管道工程需要在已建道路下敷设工艺排水管道，其管道需穿越条已经通水的箱涵，箱涵的标高内底标高为-5.40m
5、，采用顶管施工技术。管节采用 DN1200 钢管，内衬 HDPE 塑料管，管内底标高相对于路面为-8.580m，总长度约 168m。 2 顶管机选型 根据现场条件、工程特点和作业环境，本工程选用日本伊势机公司MEP 型泥水平衡式顶管机，该机型具有沉降控制精度高、顶进速度快、便于操作和维修、施工可靠性好等特点，是目前平衡土压力最准确的顶管机，可保证最小的地面沉降量。其全断面的大刀盘能自动平衡顶进正面土体的土压力，同时，通过对泥水室进行泥水加压，又能平衡地下水压力，这种具有双重平衡功能的顶管机除了安全可靠外，还对地表隆沉控制精度比较高。 2.1 注浆设备系统 本工程共设置 2 根总管，2 套管路系
6、统。1 根专门用于掘进机尾部的同步注浆，另 1 根用于补浆。 本工程触变泥浆采用膨润土，并将配置好的泥浆，通过 2 台液压注浆泵分别压入同步注浆系统和补浆系统总管。 地面储浆箱外形尺寸 LBH2m1.5m1m=3m3，机内储浆箱外形尺寸 LBH2m0.8m1m=1.6m3。膨润土泥浆搅拌时间必须大于30min，经过充分搅拌的泥浆先抽入储浆箱进行发酵，发酵时间大于 6h，再通过液压注浆泵压入管内。为减少压浆管道内的摩阻力，在膨润土泥浆压浆开始之前，应对储浆箱内径发酵的泥浆再一次搅拌。注浆泵站由单缸液压注浆泵和液压动力站组成，输浆总管由 20mm 镀锌钢管和球阀、水暖管件等组成，与管节上各压浆孔接
7、通的环形管，采用 10mm 高压软管。 2.2 泥水设备选用 泥水系统利用 Telemole 管路系统，选用 2 台 4/3C-AH 型渣浆泵作为动力，1 台放在地面上为送泥泵，另 1 台放在基坑下为排泥泵。地面安放8 只沉泥箱，管路采用 40mm 无缝钢管，管节接头为卡箍式活络接头。基坑内设有旁通装置等。 2.3 顶管工作井设施 工作井底板为钢筋混凝土基础，浇筑之前先设置预埋钢板，预埋钢板的定位应与基坑导轨的位置相匹配，便于预埋钢板和导轨焊接。预埋钢板必须保证足够的锚固强度，在以后的使用中不能出现位移，必要时可采取加固措施。导轨安放好之后也应再做加固措施，防止使用过程因碰撞而导致移位。主顶油
8、缸架采用拼装式结构，拼装时要保证受力可靠、定位准确，油缸架高程和平面安装误差均不得大于 5mm。承压壁是工作井的后背墙，承受顶管顶进的全部反力，其必须具有足够的强度和刚度，并保证足够的安全度。 3 顶管施工技术要点 3.1 止水装置安装 因顶管施工过程中对洞口止水装置的密封性能要求较高，所以在施工中应严格按照设计要求进行止水装置安装（图 1） 。 图 1 洞口止水装置示意 3.2 导轨安装 顶管导轨的定位准确与否，将直接关系到今后顶管的顶进轴线，故顶管导轨位置需按设计轴线进行准确放样，避免顶管出洞出现的“磕头”现象。 3.3 顶铁的选择、安装和使用 本工程在顶管施工时，将采用 U 形顶铁及环形
9、顶铁。其在安装和使用时要注意： （1）顶铁轴线应与管道轴线平行、对称，顶铁、导轨表面不得沾染泥土、油污；顶铁拼装后应锁定。 （2）顶铁截面为 20cm30cm，因此单行顺向顶铁长度不大于1.5m；双行使用的长度不得大于 2.5m，且应在中间加横向顶铁相联。 （3）当顶管顶力逐渐接近管节材料的允许抗压强度时，顶铁与管端连接部位应增加 U 形或环形缓冲材料衬垫，并应时刻注意顶铁工作状态。3.4 最大顶力及其限制 以最长距离段顶管，长度 80m，管径为 1000mm。据计算可知，总推力需 1100kN，工作井所能承受的最大顶力为 3500kN，因顶管的总推力小于设计工作井所能承受的最大顶力，故无须设
10、置中继间。 3.5 出洞、进洞技术方案 1）出洞技术方案 （1）在工作井进洞口处安装橡胶止水法兰，工作井壁外 20cm 处砌筑 1 道 30cm50cm 的砖墙，并在砖墙距井外壁 20cm 范围内采用黏土水泥浆“抹面” ，砖墙内侧采用钢板封堵，型钢支撑； （2）先将洞口处型钢切割掉，然后破除洞口砖墙，并抓紧处理洞口泥浆和洞口封门止水，以确保顶管顺利出洞。在机头推进至距钢板桩10cm 处时，暂停推进，从一侧向另一侧顺序拔除洞口钢封门； （3）为防止机头出洞以后发生“磕头”现象，可以采用延伸导轨，并将前 6 节钢管与机头做成可调节钢性联接； （4）当机头推进完毕，安放第 1 节管时，应将机头与导轨
11、焊接牢固，防止主顶缩回以后，由于正面土压力的影响使机头弹回； （5）为了减小机头及管子出洞时的阻力，在进行洞口封门施工时应设置注浆管，以供正常顶管施工时注入触变泥浆，从而减小管子与土体之间的摩阻力。 2）进洞技术方案 （1）当机头距接收井还有 30m 左右时，应加强轴线复测力度，并将机头确切位置测放于接收井内，从而确保安全进洞； （2）为了防止掘进机进洞时，接收井洞口处出现土体流失、管子沉降等现象，接收井洞口封门施工应采用与工作井相同的封堵办法。即当机头进入黏土水泥层后，先将接收井洞口处砖墙、封堵钢板及型钢拆除，再将机头徐徐推进接收井内； （3）机头进洞后，应迅速将与机头连接的管子分离，机头及
12、时吊起，同时将预留孔和管壁之间的空隙用水泥砂浆填充密实。 3.6 通讯及监控摄像系统 为便于地下管道施工时，管道内与管道内、管道内与工作井、地下与地上随时联系，顶管施工中地下通讯采用对讲机，其设置位置：掘进机操作台 1 部，工作井顶进控制台 1 部，地面指挥部 1 部，以此协调指挥作业。同时，为便于地面指挥中心有效地监控地下顶管进行的状况，应及时对各种事故隐患做出处理，以预备在管道内安装监控摄像系统。 3.7 控制测量 1）轴线测量方法 为了使顶进轴线和设计轴线相吻合，在顶进过程中，要经常对顶进轴结进行测量。在正常情况下，每顶进 1 节管节测量 1 次，在出洞、纠偏、进洞时，适当增加测量的次数
13、，施工时要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。 顶进测量利用 J2 激光经纬仪置于顶进轴线上，跟踪顶管机内光靶测量，顶进时，施工人员随时可以直观地看出顶管机偏差情况及行进方向，同时每顶进 1 节管利用 J2 经纬仪二测回直接在井内观测顶管机内平面测尺偏差读数。 高程测量采用水准仪测量，测得顶管机中心标高，再与设计高程比得高程偏差。另外，指示轴线在顶进过程中，必须利用三角形法定期进行复测，以保证整个顶进轴线的一致性。 2）顶管姿态测量 为保证顶管机严格按设计轴线推进，必须随时统计分析顶管动态数据，及时调整顶管各施工参数，确保顶管按设定的姿态推进。 在机头进入土层过程中，每顶进 30cm，
14、测量不应少于一次；管道进入土层后正常顶进时，每顶进 100cm 测量不少于 1 次，纠偏时应增加测量次数。 3.8 机头偏转及纠正措施 1）原因分析 （1）在穿墙初期，因入土较少，机头仅由导轨和少量土体承担，由于机身与导轨之间的摩阻力不足以抵抗机头旋转的反力而使顶管机偏转；（2）在顶进过程中遇硬软不均土层，形成偏差，采取纠偏造成的，纠偏越频繁，偏转越大。 2）纠偏措施 （1）调整主顶油缸合力中心进行纠偏； （2）利用机头自身纠偏。 3.9 监测措施 1）地面监测 在初始推进阶段，要精心组织地表监测，应在轴线上方每隔 3m 布设1 个沉降控制桩，在穿箱涵的位置上布置 4 个监测点，并通过地表监测
15、得到隆起或沉降统计值与相对应的顶管机主参数（包括推进速度、开挖面土压力值，出土率等）进行对比研究，以调整优化掘进机参数，指导以后的顶管推进。 2）管线监测措施 （1）据本工程的规模和环境控制的要求，施工监控包括 2 项内容：沉降、隆起和水平位移。 （2）沉降控制：采用水准仪对事先设置的观测点进行观测记录，并将取得的数据与顶进前的原始值进行对比分析，绘制沉降速率表。沉降控制报警值：10mm。当发现沉降或隆起量接近报警值，必须立即停止推进。同时汇总沉降、位移监测数据，分析并采取相应措施。如任一项监测数据到达报警值须立刻停止顶进，并报告相关部门采取调整措施。 （3）监测频率：从顶管机头距离监测点 2
16、0m 处开始进行监测。各监测点初测值次数不少于 3 次，顶管进入监测点前后 20m 范围后，2h 测量1 次，当发现变化不规律时应加强监测，当机头到达监测对象底部时应连续观测。监测人员对每次的监测数据及累计数据进行统计分析，并及时将沉降、位移观测曲线图上报给项目部管理人员。 4 结语 本工程目前已竣工，施工安全、质量、工期均处于可控状态，丝毫未影响其它工程施工，取得了良好的经济效益和社会效益。实践证明，在充分掌握周围环境条件及顶管施工技术，保证施工质量的前提下，泥水平衡式顶管确是一种可行、有效的方法,值得推广应用。 参考文献 1 刘庆福 盛玉明，泥水平衡式顶管技术在污水管网工程施工中的应用J.水利水电施工,2008.01
