泥水平衡式顶管施工技术在电力改造工程中的应用

周毅

摘要：泥水平衡式顶管施工技术具有综合造价低、施工安全性好、交通影响小和环境影响小等优势，比较适用于工程地质土层较硬和工期紧迫及地下水位较高的工程中。文章从施工原理和施工种类上介绍了泥水平衡式曲线顶管施工的原理及分类;进一步分析了泥水平衡式曲线顶管施工技术在电力改造工程中的设计与技术控制;讨论了泥水平衡式曲线顶管施工技術在电力改造工程中的安全技术措施。

关键词：泥水平衡式;沉降控制;电力改造;安全质量措施

0引言

非开挖工程技术的一个重要分支就是顶管施工工作，在当代城市化建设中因其优势越来越受到广大工程界人员及民众的青睐，如综合造价低、施工安全性好、交通影响小和环境影响小等优势。泥水平衡式曲线顶管施工技术是贯彻可持续发展战略目标的一个重要手段，随着近几年相关工程机械技术的发展，曲线顶管施工技术正日益完善，将其应用到复杂地质下的电力改造工程中正在逐渐走向成熟[1]。

1泥水平衡式顶管施工的原理及分类

1.1施工原理

主顶油泵是顶管施工方法的主要设备，主要推动工具管或者挖进机穿过涂层，然后进入接收井;在两个井的管线土层连接和埋设地下管道。要先完成顶管工作井与接受井的施工，再进行顶管施工项目，在顶管机头进入土层之前需要先安装好顶进设备与控制机台，随后在管线土层中顶入混凝土管节，在机头被顶进接受井后，就完成了混凝土管道的铺设。

1.2施工分类

有多种分类方法来对顶管施工进行分类，可以根据顶管施工的某一特征，在结合不同的角度来进行划分，这样有利于区分顶管施工和方便工程人员的认识。对顶管施工的分类和归纳是十分重要的，它们在分类方法上还存在着局限性，通常顶管的划分会按照顶管施工可按管材、顶进轨迹、顶管作业形式等。

1.3施工基本工作原理

利用泥水压力来平衡地下水和土层的压力就是泥水平衡顶管施工技术，其进出泥浆的量来实现主要是通过泥浆泵来进行控制的。在机械式顶管机头切削刀盘的后方设置一道切削刀盘与封闭隔板之间的空间的封闭隔板（泥水舱）就是泥水平衡顶管施工的原理[2]。顶进施工的基础是泥水的密度，而泥水的密度需要根据不同的地质条件将水和粘土加入外加剂进行配置。如图1所示为泥水平衡顶管施工工作原理，泥水需要先充满泥水舱，在进入泥水舱之前需要先将泥水送入送入送泥管道，进而泥水在顶进作业面上形成一道不透水的泥皮膜，泥水具有一定的压力，可以有效地阻止该泥水向挖掘面渗透。切削下来的块石砂土会随着顶管机头切削刀盘不断地转动顶进进入泥水舱，富含切削砂石的高浓度泥浆会在泥水舱的搅拌下随排泥管输送到泥水分离系统，被切削下来的砂石经泥水分离系统的处理被分离后排出，泥水在经过过滤处理后被压入送泥管道进行重复利用。

其中A表示顶管机头切削刀盘;B表示泥水舱;C表示送泥管;D表示排泥管;E表示电动机;F表示搅拌器;G表示隔板;H表示千斤顶

2泥水平衡式曲线顶管施工技术在电力改造工程中的设计与技术控制

2.1顶管掘进机选型

顶管机头设备的选择非常重要，它决定着工程顶管是否可以成功。顶管施工技术具有特殊性和多样性，在具体电力改造工程中应用时要与实际情理相结合，选择合适的机型。在选择顶管机时要综合考虑多种因素，如工程地质情况、环境保护、水文地质等情况等。不同形式的顶管机对各种地质情况的适应性不同，在实际操作过程中需要根据施工效率与地表变形控制来选择[3]。

2.2顶管顶力估算

顶管顶力的公式既有理论计算公式，又有经验公式，顶力估算公式较多，但是每种公式都有其特定的适用性。从力学的角度进行分析计算的理论公式适用范围比较广泛，根据地方施工经验数据的统计分析的经验公式适用范围较窄，但是也具有一定的使用借鉴意义。泥水平衡式曲线顶管施工技术在电力改造工程中的应用的顶力估算公式为：

公式（1）、（2）中，Rs表示顶管掘进机迎面阻力（kN）;B表示土的标准贯入击数;R表示估算的总顶力（kN）;Es表示掘进机外径（m）;E1表示管道的外径（m）;f表示顶进时，管道表面与其周围土层之间的摩擦系数（0.6）;D表示管道所处土层的重力密度（kN/m3）;?表示管道所处土层的内摩擦角;T表示道顶部以上覆土厚度（m）;C表示管道顶进长度（m）;Z表示管道单位长度自重（kN/m）[4]。

2.3中继站的设计与布设

位于顶进管道某些位置的为中继站（中继环）也叫中继间，把顶进管道划分为若干个顶进区间，它由多个顶推油缸、顶进管道、特殊的钢制外壳、均压环等组成，顶推油缸均匀分布于保护外壳内。若顶进力超过主顶工作站的顶推能力，后座装置所允许承受的最大荷载时布设中继间。

3泥水平衡式曲线顶管施工技术在电力改造工程中的安全技术措施

3.1泥水平衡式曲线顶管施技术在电力改造工程中质量通病防治

因为沉井井位以下地层情况分布比较不均匀，容易产生倾斜现象，当同一水平线上的不同土层承载力相差较大时，容易对周边建筑物、构筑物、市政管线及施工人员的安全构成威胁[5]。可以采取以下措施进行质量通病防治：将一台小型反铲挖掘机吊运在工作井内，缓慢挖掘下沉较少一侧的刃脚土层，再利用人工对较硬的土层进行钻眼破碎;在下沉较多的一侧设置一组液压顶进设备;在下沉较少的一侧设置牵引设备。

3.2临近建筑物顶管施工安全技术措施

地下土层会受顶管施工的影响，造成扰动产生应力重分布，甚至会引起地面表层产生沉降等。周围的建筑物和城市交通会受地面沉降的影响，严重的地面沉降会引发严重事故。想要避免在顶管施工过程中对周边建筑物及市政设施造成破坏，需要对地面沉降进行严格控制。因此，在施工前需要收集资料制定方案[6]。

3.3曲线段管节破裂

在复杂地质条件的长期作用会对电缆隧道安全造成威胁，在曲线顶管过程中， 单点集中应力大于砼管节抗压强度时，曲线段内侧的顶端容易产生应力集中现象。其安全技术防治措施如下：砼管节进入曲线段后，在接缝上下部分分别插入缓冲枕木;选取优质木材（弹性好、重量轻和受周围温度变化影响小）作为缓冲枕木，进行厚度及圆弧尺寸二次加工;顶进结束后采用水泥砂浆填充两管节之间的接缝空隙。

4结语

泥水平衡式顶管施工技术具有综合造价低、施工安全性好、交通影响小和环境影响小的优势，在电力改造工程中适用于工程地质土层较硬和工期紧迫及地下水位较高的工程中，其在工期方面有较高的优势，而且在中继间的设计与布设可以看出理论计算可以应适当缩小第一个中继间与顶管机头的距离，减少中继间损坏[7]。顶进路径岩土特性对泥水平衡式顶管施工的要求较高，为了防止地面下沉及顶进困难的后果，需要对泥浆的相对密度进行严格把控。

参考资料：

[1] 潘立.大刀盘泥水平衡式长距离大口径顶管施工技术[J].建筑施工，2016，38（08）：1132-1134.

[2] 罗方吉.山地城市顶管施工技术适应性评价研究[D].重庆交通大学，2015.

[3] 谢延锁，李小杰，刘亚松，王鹏.浅埋大管径顶管施工全过程数值模拟分析研究[J].现代隧道技术，2018，55（S2）：459-465.

[4] 吴发展.顶管施工关键技术研究及中航支线工程实践[J].广东土木与建筑，2019，26（05）：72-76.

[5] 李刚.泥水平衡顶管机在拱北隧道曲线管幕工程中的应用[J].铁道标准设计，2015，59（04）：98-101.

[6] 马胜利.浅论拱北隧道暗挖段曲线管幕顶进沉降控制技术[J].施工技术，2015，44（S1）：181-184.

[7] 李小杰，冯辉，刘亚松，全有维，王鹏.浅埋顶管隧道施工过程对临近浅基础建筑物的影响研究[J].公路交通科技（应用技术版），2019，15（01）：209-213.