谈污水顶管的施工与控制

韩建武

(晋中万华路桥建设有限公司，山西晋中 030600)

1 泥水平衡式顶管掘进机的原理、特点

1)原理。当掘进机正常工作时，阀门1和阀门2均打开，而阀门3则关闭。泥水从进泥管经过阀门2而进入掘进机的泥水仓里。而泥水仓里的泥水则通过阀门1由排泥管道排出，只要调节好进、排泥水的流量，就可以使掘进机的泥水仓中建立一定的压力(见图1)。2)特点。泥水平衡式顶管掘进机除了具有两种平衡机理、自动化程度高、质量易控制等特点外，还有以下特点:a.可以控制切土口的大小，并且本机型掘进机的刀盘是处于浮动状态，当前方土压力变小时刀盘可自动伸出，相应的切土口会变小，始终保持一定的力，平衡正面的土压力，从而达到避免前方土体塌陷而造成地面沉降。b.当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。

图1 泥水平衡基本原理图

2 施工流程

施工流程见图2。

3 施工方法

1)场地平整、围蔽、接通水电、周边管线建筑物调查。施工队伍进场后，首先在工作井及接收井施工范围内进行场地平整、围蔽、接通水电、临建搭设、周边管线建筑物调查标志工作。先向相关单位索取地下管线资料，再根据管线分布图，在排水管、给水管、电缆等管线位置探挖，进一步明确其位置，探挖范围为井的施工位置，井围护轴线位置。根据提供的“地下管线图”在现场将已知的管线用油漆及钢筋或木牌作好标志，主要为管线的类型、埋深、走向。如果周边有需要保护的建筑物，需要将建筑物的原有裂缝用封条做好标志，并拍照，作为备用资料。2)测量放样及复核。根据测量基准点，按设计图纸要求进行工作井及接收井的放样工作，并放出顶管起点及终点的位置及顶进的高程，在工作井正前方墙体顶部及底部、工作井后靠背中部顶部、接收井地面用钢筋及油漆做好测量控制点的标志。测量放样需复核后方可进入下一工序的施工。3)工作井、接收井施工。顶管施工的工作井、接收井均采用沉井施工。西侧全部采用矩形沉井;东侧在起点至K1+339.2采用矩形沉井，K1+339.23(包含此桩号)至终点采用圆形沉井施工。其施工程序为:基坑放样→开挖→刃脚垫层施工→立井筒内模→绑扎钢筋→立外模→浇捣混凝土→养护及拆模→封砌预留孔→沉井安装→凿除垫层、挖土下沉→沉降观察→封底。4)泥水平衡式工具头顶管施工工艺流程见图3。主要工序的施工方法如下:a.检查交班记录做好顶进施工前的准备工作。b.工具管进洞:工作井预留孔安装橡胶止水圈→洞口外侧压密注浆→顶管出洞后→底部安装延伸导轨→钢混凝土管与机头做成可调节刚性联接。工具管推进完安放第一节管→工具管与导轨焊接牢固→工作井洞口封门设置注浆管。c.泥浆循环将工具头刀盘转动、开进出渣浆泵。接口组成有外套环(钢套环)、软木衬垫和橡胶止水带。顶进、调整进出渣浆泵流量应达到平衡。d.泥水处理系统应将砂土装车外运进行处理。作好测量工具头的纠偏记录。一个行程顶完之后，调节好整体式顶进构架顶块，方可继续顶进下一个行程。e.由拌浆、注浆和管道组成触变泥浆系统。注浆流程:造浆静置→注浆→顶管推进(注浆)→顶管停顶→停止注浆。f.顶完一节管后，拆开各管路、混凝土管吊装、各管路安装，继续顶进。g.工具管出洞:加强轴线复测力度，距离接收井30 m左右时，应确保工具管安全出洞。工具管距接收井壁10 cm处时停止推进。凿除封堵洞口砖墙，将机头徐徐顶进接收井内。机头进洞后及时将与机头连接的管子分离，吊起工具管，立即用水泥砂浆将预留孔和管壁之间的空隙填充密实。

图2 施工流程图

图3 泥水平衡式工具头顶管施工工艺流程图

4 顶管施工中的质量控制

4.1 测量与方向控制

1)测量的方法。a.顶进的测量与方向的控制，主要是采用全站仪，辅以激光经纬仪和水准仪测量。b.在工作井后靠前设置牢固的测量平台。平台高度与轴线标高相匹配，激光经纬仪设置在平台上，调整红外线激光方向，高度与设计轴线一致，在机头后壳体圆心处有一激光靶，光靶上的光点位置读数就是机头尾部的实际偏差。机头前壳体土舱上有一前尺，前尺和激光靶的水平相互位置指示了机头运动的水平趋势。同时，在机头放置一坡度板，挂好铅锤，通过铅锤的左右偏移可以知道机头的转向，通过机头的前后偏移可以知道机头的上下运动趋势，从而便于控制机头的走向。顶进施工时结合机头前壳激光点读数，坡度板读数，倾斜仪读数，即可算出机头的现存偏差及发展趋势，从而确定纠偏动作的方向大小及时调整机头。

2)测量与方向控制要点。a.有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测:施工组测量员→项目管理部→监理工程师，确保测量万无一失。b.布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。c.顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10'～20'。d.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，另一方面要不断测量并调整油缸编组以实施机头纠偏。e.开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。f.前20 m每顶1 m测轴线一次并记录，所有报表须按实填写。

4.2 顶管施工中控制

1)在顶进初始阶段，设立地面沉降实验段，通过对地面沉降的反复测量、监控，掌握沉降变化规律，以便更好的调整顶进压力、机头仓内泥水压力、机尾及沿线压浆量，以控制沉降量以及推进速度。

2)顶进轴线偏差也会引起较大的地面沉降，故在顶进操纵时，操纵人员要认真仔细分析机头偏差量，谨慎纠偏，确保管道偏差控制在小的范围内。

3)顶完每一节管材后，截止阀必须确保关死，防止土体从截止阀处流出而产生沉降;同时将刀盘浮出，使刀盘与土体间无空隙，以免空隙处产生沉降。

4.3 沉降监测

测量频率为机头切口经过前后范围内每顶进4 m测一次，并要将测量结果绘成图上报备案。

5 注意事项

沉井施工过程中如出现倾斜、位移和扭转，应加强观测及时发现，及时通知技术人员采取措施，及时纠偏，使偏差控制在允许范围之内，并分析其原因。例如:倾斜产生的原因及纠正措施如下:1)刃脚下土质软硬不均。刃脚施工前，基础要填筑好砂层，并整平压实，之后浇筑混凝土垫层。2)挖土不均使井内土面高低悬殊。分层均匀开挖，挖土中间稍低于四周，高差控制在1 m。3)刃脚局部被石块埋设或搁住。小块石头可将四周土挖空后，立即撬去;大块石头可用风动工具破碎;在井口上端加偏心压载直到合格为止。4)井内弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。堆土均匀或及时将土运走。