1、1泥水平衡法顶管施工技术实例分析【摘要】：随着经济的不断发展以及城市化进程的加快，市政工程的施工量越来越大，顶管施工已越来越普及，其应用的领域也越来越广泛。对于小直径管道或地下水位较高的地区，泥水平衡式顶管施工技术优势明显。结合工程实例，探讨了泥水平衡顶管法的施工工艺，对顶进过程的测量纠偏措施做了简单介绍。 【关键词】:泥水平衡法；顶管施工技术；实例 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1.泥水平衡式顶管工作原理 泥水平衡顶管是通过泥水压力来平衡管周土体和地下水压力，通过改变泥水仓的送、排泥水量以及顶进速度来控制排土量，使泥水仓内的泥水压力值稳定，使开挖面和周边土体保持稳定。 2
2、泥水平衡式顶管的工艺流程 顶管施工准备工具头刀盘转动顶进调整泥浆制作砂土沉淀、外运测量纠偏整体顶进、调节顶块管路拆安一个循环借结束，重复顶进一个行程。 3.泥水平衡顶管法的设备 具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机具有多种形式。刀盘由设在主轴左右两侧的电动机驱动，其刀盘正面的开口比较大，开口的面积约占顶管机断面的 15%20%。便于大块的卵石能进入顶管机。在掘进机工作2时，刀盘一边转动、一边偏心运动把石块轧碎，被轧碎的石块通过与泥水仓联接的间隙进入掘进机的泥水仓，然后从排泥孔排出。此外，在刀盘运动过程中，泥土仓和泥水中的间隙不断循环变化着，因此，除了能轧碎土块，还能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达
3、土仓中，从而保证了掘进机不仅在砂土中，即使在粘土中也能正常工作。 4.工程实例 4.1 工程概况 国内某城市的一段排污管道采用泥水平衡式顶管施工技术，该管道管径为 800mm，平均埋深 67m，顶管长度 110m。该地段地势北高南低，地形起伏不大，场地地层自上而下依次为杂填土、粉土、粉质粘土和泥质粉砂岩。管道穿越的土质主要有杂填土、粉土和中细砂层，地下水在地表以下 2m 左右，管道处于地下水位以下。 4.2 施工部署 4.2.1 机头选型 本工程由于一次顶进距离较长，为确保工程安全，决定采用日 LEMOL型 TCZ600 具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机。该掘进机的优点是：（1）顶管机、主千斤
4、顶、泥水循环系统和泥水分离装置成套化；（2）带锥形破碎机的条幅刀盘，能破碎小于外径 30%，强度 2000kg/cm2 的砾石；（3）该机能适用各种土壤条件，如粘质土，砂土，砂砾混合卵石土和软岩上；（4）使用安装在轨道上的升顶油缸，一次顶进长度超过100m；（5）由一人在地面遥控操作即可。 4.2.2 顶进工艺 3（1）顶力计算： FF1F2 (1) 式中：F-总推力；F1-迎面推力；F2-顶进推力。 F1=D2P/4 (2) F2DfL(3) P=K0H0(4) 式中：0-静止土压力系数，取 0.55；-土的湿重度，取1.9t/m3；H0-地面至掘进机中心的厚度，取最大值 6m；F-管外表面
5、平均综合摩阻力，取 0.8t/m2；-管外径，取 0.86m；-顶距，取 110m。 通过上述公式计算得到总推力 F3.64237.6241（t） 。在总推力、工作井所能提供的最大顶力及管材的轴向允许推力中取最小值。已知工作井能承受的最大顶力为 400t，管材的轴向允许推力为 300t，所以主顶油缸选用 2 台 200t 的油缸，千斤顶总推力达到 360t。无需增加额外的顶进系统即可满足施工要求。 （2）顶进调试及土体取样 顶管下井前应作一次安装调试，油管安装前先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试保证各系统无泄漏。机头下井后，刀盘应离开封门 1m 左右，放置平稳后
6、重测导轨标高，高程误差不超过 5mm。凿除砖封门，并留块状物，同时进行土体取样工作，使用 100mm，500mm 的两根钢管在洞口上下部各取长 400mm 的土样，取样工作完成后随即将盘贴住前方土体。 TCZ 机头属于刀盘不可伸缩型，土压力表所显示的土压力为泥仓土压，4显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差，由于进泥口是衡定的，TCZ 机头的土压控制主要通过顶速来调节，每次初顶时先调节好送水压力，然后打开机内止水阀，待流量达到额定值的 80%时即可开始顶进，送水压力可通过机内压力调节即可完成。 （3）触变泥浆系统 顶进过程中，需要经常调节压触变泥浆，以减少顶进的阻力，触变泥浆系统由拌浆、
7、注浆和管道 3 部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后搅拌成所需的浆液（造浆后应静置 24h 后方可使用） ；注浆是通过注浆泵进行的，根据压力表和流量表，它可以控制注浆的压力（压力控制在水深的 1.11.2 倍）和注浆量（计量桶控制） ；管道分总管和支管，总管安装在管道内一侧，支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔上去。注浆孔布置为：工具头一道、第 1 节混凝土管设一道、之后每间距 7.5m 设一道补浆孔。注浆流程为造浆静置注浆顶管推进（注浆）顶管停顶停止注浆。 （4）顶进过程中的方向控制 由于 TCZ 机头本身所具有的方向诱导装置，操作员只要通过纠偏动作，始终保证激光点测量与方向控制即可。
8、初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头方向；布设在工作井后方的基座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整；顶进纠偏的角度应保持在 1020 之间，不得大于 0.5，并设置偏差警戒线。 （5）出土方案 5泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机内搅拌和泥水形成泥浆，然后将泥浆抽出，在沉井上部砌 2 只沉淀池。沉淀的余土外运需按施工要求和渣土处理办法，运到永久堆土点，不得污染道路环境。 为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装一个单法兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈。由于顶进
9、距离长，造成管材表面及 F 型钢套环、砂等对橡胶止水圈不可避免的磨损，需经常更换橡胶止水圈，因此也应在洞口内侧面放置橡胶止水圈，当需要换外部橡胶止水法兰时，洞口内部的橡胶止水圈可防止地下水进入井内。 4.3 施工测量 4.3.1 顶进前的测量 顶进前要对工作井的方位、高程进行复测，并标定管道中心线，设立临时水准点，开始顶进的第一节管道必须平稳进洞，位置准确。 4.3.2 顶进过程中的测量 管道轴线和高程主要采用经纬仪进行测定，主要对首节管进行测量，每天不少于 2 次，每顶进一段要对整个顶进管段进行复测，判断管道前进趋势，检查中间管节有无下沉现象，当发现管道顶进有偏斜时，应及时采取纠偏措施。 4
10、.3.3 地面观察测量 为检查地面有无隆起或沉陷，开始顶进前应在路面选好基线，每隔一定的距离设置水准点，以保证顶进控制的精度，在管道通过地段的顶6端选点作为沉降观察点，工程竣工后还要进行 1 次或 2 次的稳定性测量，确定符合规定标准。 4.4 纠偏校正 4.4.1 偏差预防措施 顶管施工前应对地质情况进行认真调查，项目部派专门人员负责全过程的测量，顶进过程中确保后背不位移并随时绘制顶进曲线，采用同规格的油压千斤顶，保持顶力与管道中心线重合。 4.4.2 偏差纠正方法 顶管纠偏应在顶进过程中小角度逐渐进行纠正，其校正的方法主要有：（1）挖掘校正法：采用在不同部位调整挖土量，以达到纠偏的目的。这
11、种方法校正误差范围一般不大于 1020mm；（2）衬垫校正法：当局部地基软弱，地基承载力不足而使管头下沉，应在管底衬垫，换填砂石加木板等增加地基强度；（3）强制校正法：当偏差大于 20mm 时，应用千斤顶强制进行纠偏。 5.结束语 泥水平衡顶管施工在保证质量的前提下可缩短工期，且能有效保持挖掘面的稳定，对管体周围的土体扰动也小，因此适用于长距离的管道施工中。本工程的顶管施工，由于各个技术环节考虑充分、全面，质量措施得当、管理到位，施工任务圆满完成，可为类似工程提供一点参考。【参考文献】： 【1】方启超，罗星燕，钟显奇.泥水平衡顶管施工技术在珠江三角7洲地区的应用【J】.广东土木与建筑，2004. 【2】胡远辉，邓继华.两种顶管工法在市政工程中的应用【J】.重庆建筑，2008.
