泥水平衡式顶管施工及管理

2015-10-31陈卓

建材与装饰 2015年15期

关键词：顶管机泥水掘进机

陈卓

（重庆市铜梁区石鱼镇人民政府重庆市铜梁区　402560）

泥水平衡式顶管施工及管理

陈卓

（重庆市铜梁区石鱼镇人民政府重庆市铜梁区402560）

在泥水平衡式顶管施工作业中，只要采取科学的管理手段，严格按照技术操作规程，并结合现场实际，合理的控制顶进速度和路径，并适时采取纠偏操作，一定能在确保工程质量的前提下大大缩短工期；与此同时，泥水平衡式顶管施工作为一种高效的管道非开挖作业技术，其应用范围也将越来越广。

泥水平衡式；顶管施工；管理分析

引言

泥水平衡顶管机施工以泥水平衡为基础，由泥水平衡顶管机掘进头向前顶压掘进，刀盘切削前方泥水、砂石、磨碎大颗粒砾石，和输送至泥水仓的水混和成泥浆，由泥水输送系统输送至泥水处理站，即弃土以泥水方式排放出顶管机，利用泥水压力来平衡顶进工作面上的水压力和土压力，通过调节出泥舱的泥水压力稳定开挖面，在不开挖地表的情况下，利用液压顶进工作站从工作坑将铺设的管道顶入，从而在顶管机之后直接铺设管道。

1　泥水平衡式顶管施工及管理特点

一般的泥水平衡式顶管施工技术采用的是机械掘进的操作，特点就是通过掘进机的刀盘运动，将经过切削的土壤输送至泥水仓内，泥水经过泥水泵的作用，送达操作面，再经过刀盘的搅拌作用，泥水可以经排泥管道被送至地面的泥浆池内，泥水经过自然放置，可以进行部分回收使用，最后沉淀的固体也可以回收。在工作过程中，利用刀盘的转动平衡土体的压力，完成对水循环的压力平衡。通过流体的输送过程，切削入泥仓的土体可以持续的进入，这个过程必须连续，以保证掘进施工的快速性。这样的一种施工技术，无需再经过对土质的分析以及降水处理的过程，可以达到减小地面沉降的目的。目前的泥水平衡式顶管施工管理主要操作设备包括：掘进机、测量设备、井内旁通等，辅助的设备有：泥水处理设备、中继器设备以及注浆设备等（如图1）。

2　顶管施工装备和工艺

基坑包括顶进工作坑和接收工作坑。顶进工作坑是安放顶进设备的场所，也是顶管掘进机的始发场所。顶进工作坑还要承受具有顶镐推力反作用力的构筑物，起到顶进后背的作用。接收工作坑是接收掘进机的场所。洞口止水圈是安装在顶进工作坑的顶进方向洞口和接收工作坑的出洞洞口，具有制止地下水和泥沙流到顶进工作坑和接收工作坑的功能。掘进机是顶管用的机器，安放在所顶圆管的最前端，是决定顶管成败的关键所在。掘进机的功能是取土和确保管道顶进方向的正确性。主顶装置由主顶油缸、主顶油泵、操纵台和油管等四部分构成。主顶油缸是圆管推进的动力，多呈对称状布置在管壁周边。

图1　工艺流程图

泥水平衡式顶管施工顶铁有环形顶铁和弧形或马蹄形顶铁之分。环形顶铁的主要作用是把主顶油缸的推力较均匀地分布在顶管端面上。马蹄形顶铁则是倒扣在基坑导轨上，开口方向与弧形顶铁相反，只用于泥水平衡式顶管中。基坑导轨是由两根平行的箱形钢结构焊接在轨枕上。其作用主要有两点：①使推进管在作坑中有一个稳定的导向，并使推进管沿该导向进入土中；②让顶铁工作时能有一个可靠的托架。后座墙是把主顶油缸推力的反力传递到工作坑后部土体中的墙体。它的构造会因工作坑的构筑方式不同而不同。在沉井工作坑中，后座墙一般就是工作井的后方井壁。在后座墙与主顶油缸之间，垫上一块厚度在200～ 300mm之间的钢板，称之为后靠背。

为保证顶管机进出洞时泥浆和地下水不从顶管机外周围涌出，需在顶进方向安装洞口止水装置。洞口止水装置安装在工作井与接收井沿管线方向的侧壁预留洞上，预留洞的直径应比顶管机外径稍大，其由预埋螺栓，钢压环及橡胶圈组成。洞口止水装置结构如图2。圆管大多为钢筋混凝土管，这类管都必须采用可靠的管接口。管接口装有橡胶密封带（圈），保证在施工时和施工完成以后的使用过程中不渗漏水。在泥水平衡式顶管中，采用泥浆泵和管道输送泥水。在基坑后部，经常放置经纬仪和水准仪，以随时掌握顶进偏差，并调整方向。

图2　洞口止水装置结构

沉井下沉到位后，保持井内水位和地下水位平衡，采用水下混凝土灌注进行沉井的封底，可以避免流沙和管涌的发生。注浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液。注浆是通过注浆泵来进行的，可以控制注浆的压力和注浆量。管道分为总管和支管，总管安装在掘进机内，支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔。通风与换气。通风与换气是长距离顶管中不可缺少的一环。顶管中的换气采用专用的抽风机或者采用鼓风机。通风管道一直通到掘进机内，把混浊的空气抽离工作井，然后让新鲜空气自然地补充进来。

3　泥水平衡式顶管施工测量与管理

3.1对高程及中线偏差的监视及管理

①一般情况下，可以利用地面或者地下的测量系统完成对工程的测量，可以通过在较为固定、视线清晰、简单保护的地方布置测量设备。②为了能够及时的发现前端顶管机偏离轴线的错误，尽量使用激光导向技术进行测量作业。另外，也可以使用水准仪和经纬仪。③在日常施工过程中，加强利用激光导向仪进行测量管理的全过程。④在完成前一节管道顶进作业后，应及时利用测量设备进行掘进方位的确认。

3.2对地面沉降情况的监视及管理

在进行顶进施工中，时刻注意地面是否出现塌陷或隆起现象，对于这个问题的管理需要满足以下标准：①及时设立施工基准点，基准点的设置需要选择一些在施工操作面以外，视线良好的地理位置。②在顶管机掘进中线两侧对称设置基准点，按照施工图纸的具体要求确定最终的测量标准。③在需要特殊保护的建筑物或设备上设置监控点，实时监控其位移变化情况。④对已完管道顶部土体段也要进行塌陷或隆起检查，通过该路段施工前后测量数据的对比分析，确定下一步的顶进施工方案。

3.3顶进纠偏

在实际施工中，顶管机机头可能会因为周边土体压力的不均衡、地下水位的变化等因素影响，导致顶进路径出现偏差；尤其在砂层顶进施工时，这个问题会更加严重，泥水的过度冲刷，可能造成机头的快速下沉；出现诸如上述情况时，就需要对顶进采取纠偏操作，以保证顶进路径满足设计要求。进行纠偏操作时，应注意以下几点：①在机头和机头连接工具管出洞前，即使发生中线和高程偏差，也不要马上纠偏，因为此时纠偏，机头连接管尚位于导轨上，起不到纠偏效果。待机头出洞后，根据监视器上光点位置的变化趋势进行适当纠偏。②通过监视器观察，当光点的位置出现较大偏差时，及时停止顶进。此时，工作人员需要对激光导向仪的定位进行再次确认，确认仪器是否由于振动或者碰触出现的偏差，如果不是，需要及时对出现偏差的原因进行分析总结，并采取适当的纠偏操作。③在顶进操作时，工作人员应对监视器显示的数据，以及变化过程实时记录，并参考记录的数据完成纠偏操作的全过程。④顶进过程中，记录数据是一项细致的工作，应由专人负责。数据记录应该准确完整、实事求是，保证每根管子都要有一份顶进记录信息。