1、泥水平衡顶管施工工法泥水平衡顶管施工工法是机械化顶管施工的主要方法之一，属于机械化、长距离顶进施工技术，该工法在我国沿海富水地区近年来逐步得到推广应用，而在贫水的西北地区，此项技术应用尚属空白，本工法对施工技术管理有较高的要求，主要体现在对顶管设备操作的严谨性、对施工工艺参数计算和选择的准确性和合理性等。为了规范施工管理，提高施工技术水平，促进本地区非开挖管道机械化施工技术的应用和发展，在分析西北地区土质、总结成功施工经验的基础上，将泥水平衡顶管施工工法予以推广应用。一、工法特点泥水平衡顶管施工工法采用机械掘进技术，其特征为：刀盘将切削的土壤送入泥水仓，然后由送水泵将具有一定浓度的泥水送至挖掘
2、面，通过刀盘充分搅拌后由排泥泵经排泥管道将泥水送至地面泥浆池，经沉淀或分离后泥水可重复利用，残渣外运；掘进过程通过刀盘以及顶速平衡正面土压力，调节循环水压力用以平衡地下水压力；采用流体输送切削入泥仓的土体，顶进过程中不间断，施工速度快；无需土质改良或降水处理，施工后地表沉降小。通常泥水平衡顶管的主要设备有：掘进机、主顶设备、测量设备、井内旁通、控制系统等；辅助设备包括：泥水处理设备、注浆设备、中继间等。泥水平衡顶管工法示意图二、适用范围泥水平衡顶管施工工法适用于各种粘土、粉土、砂土和渗透系数较大的砂卵石，也适应强风化岩等恶劣地质条件下的室外给水、排水、电力及其它适用于顶管施工的管道工程。泥水平
3、衡顶管一般适用于管径 D4002400mm 的管道施工，由于泥水平衡顶管顶距长、不需降水、能很好控制地面隆沉、施工安全等特点，并可适用于各类复杂地质条件，因此像穿越重要公路、铁路、建筑物等特殊工程地段、穿越砂层、淤泥质土等特殊地质构造地段应用泥水平衡顶管施工工法，可达到良好的效果。三、工艺原理泥水平衡顶管施工技术是利用泥水压力来平衡土压力和地下水压力的一种顶管施工方法。其基本原理是由送水泵将具有一定浓度的泥水送至挖掘面，再经井内旁通压力调整阀及调整排泥泵转速来调整进水压力大小，使其平衡地下水压及挖掘面土压力，尽量使掘进机刀盘在平衡压力下工作，从而可防止由于挖掘面的失稳，造成地面沉降和隆起。四、
4、工艺流程及操作要点一） 、基本工艺流程工程开始测量放样放样复核基坑构筑工作坑设备安装 地面设备安装进洞准备 注浆材料准备机头出洞加中继间 顶进推进 注浆减摩下管、接口安装不合格水平顶进机头入洞结束二） 、操作要点1施工准备泥水平衡顶管施工前应编制详细的施工组织设计，其中施工方案应包括以下内容：（1）施工依据、内容、范围施工方案应依据经过批准的工程文件，按照经过批准的地堪资料进行工艺设计；施工方案应明确施工内容和范围并绘制施工现场平面布置图。（2）顶管设备选择泥水平衡顶管机有多种类型，应根据不同的地质条件选择适用的机型，以达到良好的顶进效果。我公司与扬州广鑫机械设备有限公司合作开发的 NPD-B
5、 多边形偏心破碎泥水平衡顶管机可适用于西北地区复杂地质条件，是一种全土质顶管机。NPD-B 型泥水平衡顶管机可用于用通常意义上的泥水平衡，也可用于全岩石顶管机。NPD-B 泥水平衡顶管机的关键是如何保住泥水仓内的泥水不让其流失。为此该设备采取三个保水措施：第一、在刀盘上加两块面板，减小刀盘的开口率，隔断大部份泥水流失的通道以保水；第二、在面板上设计注浆孔，向挖掘面上注入粘土泥浆，让泥土仓内的把透水性好的粗砂变成不透水性的泥沙以保水；第三、施工过程中把进水泥水的比重设定在 1.151.20 之间，漏斗粘度在 4555 秒之间（到施工时视情况经试验确定一个最佳值） ，让它形成较结实的泥膜以保水。N
6、PD-B 偏心破碎泥水平衡顶管机构造图改进设计的 NPD-B 型泥水平衡顶管机仍然可用于粘土等其他土质。采用泥水平衡顶管施工的进度快、顶进阻力也小。这种顶管机的刀盘是由一组十字形刀排和安装在刀排后的多边形锥体组成。泥土仓则是由一个多边形喇叭状的壳体和刀排后的多边形锥体组成。两个多边形的边数是不等的，且多边形锥体与主轴之间有一固定的偏心量。多边形锥体的后部安装有一块隔栅板和刮泥板，它们都在泥水仓中随刀盘一起转动。只有当破碎后的泥土、石块小于隔栅板栅孔的间隙时才能进入泥水仓，尔后通过排泥管被排出。如果泥水仓内粘聚或沉积有土砂时，就会被刮泥板刮起，通过排泥管排出。每当刀盘作偏心转动时，它就对泥土、石
7、块形成第一次压碎。由于多边形刀盘的每一个边与多边形泥土仓壳体的每一个边所构成的空间，在刀盘作偏心旋转的过程中，一会儿不断地增大，一会儿变小，这就对泥土、石块形成第二次更为功能更强大的破碎。当多边形刀盘的每一个边与多边形泥土仓壳体的每一个边所构成的空间在由小变大的一瞬间，即使是粘土，也会拽成一定的缝隙，泥水可通过这些缝隙送达到挖掘面上。加之我们在多边形泥土仓壳体上设有数个高压水喷嘴，一旦送入高压水就会对粘土进行切割、粉碎。因此，多边形偏心破碎泥水平衡顶管机能适用一般泥水平衡顶管机不能适用的内聚力很大的固结性粘土。（3）施工工艺施工工艺主要包括：顶管区间段长度的确定，是否使用中继间以及中继间的数量
8、和布置；初始顶进的方案及措施；测量及纠偏的方法；长距离顶进减阻的方案及措施；泥水的运输方案。（4）施工工艺参数的计算工艺参数计算主要包括：顶力的计算、后背承载力的计算、土压力和泥水压力控制值计算、泥水的稠度控制计算、注浆系统的相关计算等。（5）顶管工作井的设计和施工方法工作井的设计和施工方法主要包括以下内容：工作井的位置及断面形式的选择；工作井的尺寸；工作井的开挖及支撑方法；后背结构的设计及安装方法；洞口密封的设计；工作平台的支搭方法；工作井的降水措施等。（6）设备安装调试的技术措施施工设备的安装、调试的技术措施主要包括：施工设备的安装位置、安装精度和牢固要求、安装顺序、调试方法和要求等。（7
9、）施工过程控制的技术措施施工过程控制的技术措施主要包括以下内容：工作井内管子的吊运的安装、泥水处理、测量等作业的空间布置以及及平行或交叉作业的安排等；顶管入洞及出洞措施；施工过程中操作室与掘进机头、中继间的联络方式等。（8）质量安全技术措施质量及安全技术措施主要包括：控制顶进轴线、高程误差及其他质量因素的措施；顶进操作及设备维护的技术与安全措施；控制地面隆起、沉降的措施；穿越重要构筑物的技术与安全措施。（9）应对突发事件的预案进行施工过程中技术、质量、安全的风险分析，制订处理风险事件的应急措施。（10）顶管施工记录记录包括顶进过程中的顶进长度、顶力数值或油泵压力表数值、管位偏差及其校正情况、机
10、械运转情况、中继间使用情况、土质水位变化及出现的问题等。2工作井（1）工作井位置的选择应根据管道设计、地形、地层结构、施工环境条件等因素选定。（2）工作井的开挖深度应满足顶进设备轨道高程及基础厚度的要求。（3）工作井的结构及支撑应根据开挖断面、挖深、土质条件、地下水状况及总顶力等进行施工设计。（4）工作井前壁上应预留顶管入土洞口，洞口中心应与管道中心重合，洞口直径宜大于顶管机刀盘直径 25cm。（5）工作井应采用钢筋混凝土护壁，工作井内应设有集水坑。（6）根据施工设计搭建用于吊运和防护的工作平台，工作井上的平台孔口的尺寸满足管子及弃土吊运空间所需。依据管重及其他附加荷载计算选用工作平台承重主梁
11、。依据起吊设备能力及起吊物重量核算起重架。垂直运输设备必须按施工中最大起吊重量选型，且符合起重设备使用的有关规定。起重设备设专人检验、安装，并遵守安全操作规程。（7）工作井应设防雨棚，有良好的施工照明条件。（8）顶管完成任务后，应及时拆除、清理工作井，并进行井室等施工作业，经检验合格后及时回填。3设备安装及试运行设备安装前，根据设备的操作要求及施工方便的原则确定各设备的安装位置、各种管线和电缆的铺设位置及走向等。对设备的吊运、安装顺序进行计划和安排。（1）设备的安装主顶设备底盘的安装应支撑牢固，防止产生受力变形或位移。底盘的调整的定位宜在将顶管机吊运至底盘导轨上后进行。主顶设备液压系统宜设置在
12、主顶设备附近以便于操作，液压软管接头连接清洁无污染。吊运完成后，调整底盘及顶管机机头的位置、高程、中线、仰俯角、旋转角等。工作井总电源闸箱及用电设备必须执行三相五线制，且安装漏电保护装置，工作坑及管内使用 36V 以下的照明设备；总电源的匹配大于顶管施工过程中需同时运行的全部设备功耗之和；长距离顶管时须考虑电缆的电压降。顶管机头内应设有应急照明电源，顶管机机头、工作坑及地面设备之间设置通讯联络设备。工作井内测量仪器的基座不能固定在主顶装置底盘、工作井后背或其他可能在顶进受力时产生变形或位移的基础上，应安装在独立的固定基座上，以减少重复移动和调整次数；宜使用激光经纬仪或激光指向仪与安装在顶管机内
13、的激光目标靶共同组成方位误差测量系统，对顶进的高程的轴线误差进行全过程的监控。泥水分离系统及注浆系统应安装在地面上适当的位置，符合便投料和排放所需落差的工艺要求。顶进时应根据所顶管道的管径确定安装通风设备的位置的长度。通风设备结合管内的工作环境条件选定，保证管内有足够的氧气。（2）设备试运行设备试运行之前，应对设备的安装，各种管线、电缆的连接进行检查，确认安装和连接无误后方可接通电源。设备的试运行应遵照设备说明书进行。通过试运转查找和消除设备可能存在的所有问题，确认其处于完好状态。主要包括以下内容：不加载的情况下，电源电路开关的接通、切断工况试验的检查。液压系统控制阀件的动作灵敏、正确，特别注
14、意有无控制电路反接的现象、操作台显示动作与实际动作是否一致。设备润滑和密封系统供油正常，油路畅通，供油压力可在设定的范围内调节。刀盘正反旋转动作正确，无异常响声。纠偏千斤顶的伸缩动作正常，编组动作与操作台显示一致。试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。顶进千斤顶伸缩动作正常，试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。泥水处理系统、注浆系统输送泵的试运转符合设备说明书的规定。对注浆管路进行加压试验和检查，保证管路畅通、无泄漏。其调试顺序为：将操作台输出电缆分别与对应的接口接好以后，逐步送电，观察各仪表电压值是否正常；然后依次送电检查各设备运行状态，送水泵、排泥泵、抽水泵以及搅拌筒电机旋转方向，排泥泵的调速系统是否正常，若旋转方向相反则调换该电机两相电源线，若发生异常声音或气味，立刻停电检查故障原因，尽快排除；注浆泵一般采用螺杆泵，不能在无浆液下运行，在调试或运行之前先用管钳扭动转轴，待灵活以后可加水运转，看泵的旋转方向与出
