泥水平衡顶管施工的关键技术分析

刘赫轩

摘要：随着地下管网施工技术水平的不断提高，机械化顶管施工已经逐步替代了过去的手掘式顶管施工技术。泥水平衡顶管施工技术能够有效提高工程施工质量，可以适当缩短施工工期，到目前为止已经广泛应用于铁路等开挖要求较高的各种管道铺设、检修等施工工程中。基于此，文章主要从顶管施工原理、泥水平衡顶管施工工艺以及泥水平衡顶管施工中关键技术控制要点这几方面作了简要的分析，希望能对类似工程具有一定的参考意义。

关键词：泥水平衡顶管；施工工艺；关键技术

引言

顶管施工属于非开挖技术，不仅可以减少施工中的拆迁工作还可以保证作业面上的建筑与路面正常的使用，所以顶管技术被广泛地运用到工程实际中。文章主要围绕泥水平衡顶管施工的关键技术展开讨论，以期能为类似工程提供一定的参考。

一、顶管施工原理

顶管施工主要指的是，通过从地面开挖两个基坑井，一个为工作井，另一个为接收井。首先在工作井中放置管节，利用千斤顶等机械对管節进行顶进，从而实现管道的推进。与此同时，泥水平衡顶管掘进机大刀盘对推进时前方存在的土体进行切削，并将切削下来的土体全部收入到顶管机的泥土仓当中，使其经过搅拌成为泥浆，利用排浆管道最终排出顶管机机头。在不断推进之后，要求进入到接收井中，使其形成完整的管道。在整个顶进过程中，要求对排泥水量进行适当的调整，并严格控制顶进速度，同时稳定顶管机泥水仓的工作压力，防止出现挖掘面不稳定的问题

二、泥水平衡顶管施工工艺

在泥水平衡顶管施工中，顶管机头设有可调整推力的浮动刀盘，在顶管施工中进行切削并支承土体，刀盘的顶推力与正面土压力保持平衡。机头密封舱里接入泥水并保持一定的压力，泥水在挖掘面上可以形成一层不透水的泥膜，可以阻止泥水向挖掘面里面渗透。同时，该泥水本身又有一定的压力，可以用来平衡地下水压力和土压力。通过程序控制泥水与系统阀组的开合，由进泥泵将泥水通过旁通阀送入密封舱内，排泥泵将密封舱内的泥浆抽排到地面泥浆池中，从而实现管道的有序顶进。泥水平衡顶管施工工艺流程。施工前期准备→测量放样、复核→工作井施工→搅拌桩施工→工作井上下设备安装准备→工具头吊装下井、全套设备调试→工具头穿墙顶进→后续吊放管道→管道顶进、测量控制及纠偏→管道排泥和废泥浆外运→下一管节吊放就位→下段顶管顶进→管道贯通、回收工具头→闭水试验→竣工验收、清场。

三、泥水平衡顶管施工中关键技术控制要点

1、顶进设备安装

第一，安装洞口止水圈。顶管过程中，管子从工作井出洞时，管道外壁与洞口之间预留一定的间隙。如果该间隙未能采取有效的密封措施，地下水和泥砂就会从该间隙中流到工作井中。轻者会影响工作井的作业，严重时则会造成洞口上方地表塌陷，殃及周围建筑物和地下管线的安全，甚至造成事故。因此多数工程采用平板式橡胶洞口止水圈，为保证止水效果，止水圈使用优质天然橡胶制作，厚度20mm，拉伸量>300%，肖式硬度在50±5°范围以内，为防止水圈磨损，在橡胶板中夹多层尼龙帘线层，以增加止水圈的强度。第二，洞口土体加固措施。为防止顶管机进入土体后出现下沉，须对洞口外土体进行旋喷桩加固。加固范围为沿井洞口侧外壁，从管外壁至3.0m内的土体。

2、顶进过程中的减摩措施

泥水平衡顶管的顶进阻力主要由顶管机的迎面阻力、顶管机和管道外壁与土体的摩擦阻力两部分组成，其中摩擦阻力是顶进中的主要阻力，其随着顶进进程的增加而增加，而减摩的最直接有效方法就是加入膨润土泥浆，让管道外壁和砂土层之间形成一圈环状润滑带，从而达到降低顶进阻力的目的。相关人员通过对膨润土泥浆的拌制制定相应的施工方案，经过多次试验后确定了合理的泥浆配合比（膨润土与水的质量比为1∶5）。在施工过程中注意控制泥浆的粘度和稠度，泥浆拌制应均匀，拌制好的泥浆集中排放到泥浆池中放置10小时以上，泥浆相关成分置换完全，从而形成粘度和稳定性较好的泥浆。同时，在管节顶进过程中不时地搅拌贮浆池内泥浆，以防止泥浆离析。在顶进施工中，还可以采用多点对称压浆法，通过压浆设备将减摩泥浆注入压浆孔，使得管节的插口端与承口端之间的环形间隙注满泥浆，并扩散到管节周边的土体中，从而在外壁形成完整的泥浆护套。同时配合顶管机尾部的同步注浆，泥浆可快速均匀填充，达到减小管节外壁与土体之间的摩擦阻力的目的。

3、顶进方向控制

由于钢管柔性不足，发生偏差后纠正困难，因此紧随掘进机后设置三只承插连接短钢管。钢管长度2.2m，管节间设置带密封圈的承插口进行连接，两节钢管间可以产生最大约20的夹角，以克服钢管顶进方向不易控制的缺点。由长距离顶管自动测量导向系统为顶管施工测量导向，操作台上实时显示有高精度的顶管机偏差和姿态数据。在推进过程中，必须注意偏差发展的趋势。纠偏的原则是：务必让偏差保持在较小的波动范围内，并且做到勤测勤纠，小幅度纠和看趋势纠。严格控制纠偏角度，严禁大角度纠偏。不间断分析管道顶进中偏移轨迹的变化，确定合理的纠偏幅度。导向系统设有历史轨迹曲线查询和实时轨迹曲线显示，可直观地分析判断顶管机的偏差趋势。严密监视顶管机高精度倾斜仪的读数变化，分析判断机头轨迹发展变化。倾斜仪读数是采取高程纠偏措施的主要依据，同时也是评估纠偏效果的重要数据。顶管机纠偏油缸的油路上，设有压力监控装置，通过分析监控装置的数据来分析顶进中的不平衡外力的状况，预测顶管机的前进轨迹，为采取纠偏提供辅助参考信息。顶管机刚产生偏转时，就必须用改变刀盘的转向来校正，校正方法是顶管机向哪个方向发生偏转，刀盘就朝哪个方向转动。顶管机设有高精度倾斜仪，能精确显示顶管机0.01度的旋转角度变化，可及时判断顶管机的偏转和校正效果。若改变刀盘转向的校正方法效果不佳时，可采取加快推进速度、降低螺旋输土机转速、适当提高控制土压的方法。保持顶管机趋势的稳定，防止顶管机碰上桥桩。此时应减少纠偏频率和纠偏角度，拉紧顶管机和后方的柔性钢管。导向系统设有远程监控装置，在地面就可监控顶管机的实时各种导向信息。导向系统整合了顶管机的控制仪表信息，可以显示顶管机的姿态、纠角度以及偏油缸行程等信息。现场技术员及工班长应及时掌握顶管机的信息，发现异常现象及时停止顶进。一旦发现顶管机自身的纠偏动作效果不佳，偏差值急剧发展无法控制时，须在顶管机与第一节承插管之间增设150t液压千斤顶进行辅助纠偏。

4、顶管机尾部与水泥管的密封连接

在顶管机不断顶进的过程中，顶管机随时可能进行位置的纠正，这就会导致顶管机的尾部与混凝土管头之间的间隙也随之发生改变，而间隙越大，则越容易发生漏水问题。这就要求对顶管机尾部和水泥管的连接部位进行密封连接。在连接的过程中，要求的混凝土管头位置处缠绑2层胶圈，然后在顶管机的机尾处，通过使用密封缓冲材料进行密封固定。在初始顶进施工完成后，还可以采用丝杠固定连接部位，尽可能的缩小二者之间存在的间隙。

结束语

顶管施工由于在地面以下进行，施工难度较大。在施工过程中，只要做好以上关键技术，就一定能解决超长大口径顶管施工技术问题。随着我国城镇化建设的加快，顶管施工作为一种优质高效的工程技术实施方案，有着广泛的用途和广阔的发展前景。

参考文献

[1]董四海.泥水平衡顶管下穿铁路的施工技术[J].科技向导.2015（09）：261.

[2]蒋红，艾思平，张思梅.泥水平衡顶管施工的关键技术分析[J].安徽水利水电职业技术学院学报.2015（02）：16-19.