泥水平衡顶管技术在市政排水施工中的应用

【摘要】市政工程施工中，由于特殊地理位置和地质条件导致施工场地受限，传统开槽施工技术已经很难适应于现代市政施工要求。泥水平衡法顶管技术应用具有先进性、创新性、安全性、高效性等特征，在市政软基工程、排水工程中都有广泛应用。基于此，本文以案例分析法，重点对泥水平衡法顶管在市政工程施工中的应用要点进行阐述，期望能够给同领域施工技术人员提供一定理论参考。

【关键词】泥水平衡法;顶管;市政工程;施工;应用

与传统开槽施工技术相比，泥水平衡法顶管施工技术不会因为随意开槽而导致工程承重结构的变化，会有效的避免墙体裂缝的产生，而开槽埋管施工技术需要在整体施工结束以后开展的施工技术手段，因此在开槽施工的过程中，容易导致整个市政工程产生不利影响。泥水平衡法顶管施工技术又称为不开槽施工，其主要施工技术要点是将顶管埋置于地下空间，具有占地少，施工效率高等优势，下面就将结合具体工程案例，重点探讨泥水平衡顶管施工技术应用要点，供参考。

1、工程案例

某市政道路呈南北走向，沿线地形起伏较大，地面高程介于55.00-86.00m之间。由于某段道路设计高差较大，道路交通采用地道连通。该段排水工程采用雨污合流形式，部分路段开挖深度过大，设计采用顶管施工。本次顶管工程起于K0+780，止于K0+850，顶管工程位于道路地道东侧，全长约79.6米，顶进方向为22#→23#。顶管采用Ⅲ级钢筋混凝土管，管道直径DN2400，顶管埋深2.2米～17.3米，管段流水面坡度8.2‰流水面高差约0.66米，23#井跌水5米。本段頂管工程原设计方案为人工顶管法施工，始发井为22#井已顶进5m，由于地质复杂在顶进过程中出现叩头及塌孔等现象，现改为泥水平衡机械顶管施工，始发井为22#井，需废除22#井已顶进的2节2.5m管。

2、顶力计算与中继间设计要点

对于顶力计算来说，需要满足相关规范的要求，包含管顶部的迎面阻力和顶进阻力，两者的加和即分段合计的顶管顶力：F= F1+F2。

对于迎面阻力F2来说，需要满足以下设计流程：

依据不同顶管施工方法和井头设备进行迎面阻力的设计，具体设计方法如下（以本工程案例为主）。

3、顶管顶进施工技术分析

3.1施工测量

由成立的外业施工测量组进行项目施工现场的沿线调查，核实施工范围、施工流程，并有序的排除施工现场障碍物，分析原有管线及现有管线之间的障碍，弄清楚具体的施工类型、施工环境及条件等，保证施工测量的准确性和科学性。

3.2顶管顶进始发

顶进始发的相关条件及要求，通过试运转，如液压、泥水压等操作系统的正常运转，确保所有的仪表及器械等处于正常的运转状态，确定无故障后方可始发应用。同时要制定防止流动性土或者地下水由洞口进入施工现场工作坑的相关措施等。

3.3泥水平衡顶进施工工艺

主顶系统的选型设计。依据采取2个千斤顶，每个千斤顶的设计推力为4000kN，而总推力累加为8000kN>顶进阻力值。由此对比可知满足顶进的具体施工要求;液压泵站系统主要选取的型号为YZ-1000型液压泵站系统。针对泥水平衡系统的选型，例如泥浆管设备的管径应与顶管机预留口的尺寸一致，管材主要以钢材为主，且在转弯的结构处以软管进行连接;输水电机功率应高出地下水压20～40kPa。泥水的浓度要保证排泥的正常开展，与外界平衡泥水压力，泥水比重要控制在1.05以下，对于渗透系数较大的土层结构来说，比重应控制在1.10～1.20之间，要确保泥水循环过程中黏土质量损失较小。注意在顶进施工的过程中，每段管在正常顶进后，要在停机前保证泥水循环时间控制在2～3min，且泥浆管结构的拆卸过程中，要关闭泥水循环管的截止阀结构。泥水平衡顶管工艺组装流程如下图1所示。

3.4顶进施工技术分析

3.4.1顶进穿墙

准确确定顶进穿墙的位置是顶进穿墙施工的关键一步，要做好洞口结构的加固水桩施工作业，有效的确保洞口止水圈、机头外壳等环形间隙的均匀性，要保证无泥浆的流入，待所有的施工准备作业都按照规范的要求落实好后，掘进机头进入到工作井墙面结构，并且在拆除封门板结构后，要重新的启动千斤顶，保证顶管掘进机能够保持正常的顶进施工作业。

3.4.2顶进施工正常开展

做好顶进过程中的方向把控。（1）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。（2）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。（3）顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10～20不得大于0.5°并设置偏差警戒线。

顶进机械在施工的过程中，要遵循“先慢后快”的一边顶进一边控制的原则，随时观察土质的变化情况，要保证加入土仓的泥浆量与顶进量保持一致，实现土仓压力的平衡性。在顶进施工的过程中，要科学合理的控制顶进的速度，例如控制在10mm/min以内，施工过程见图2。

3.4.3做好测量纠编工作

当在顶进施工作业的过程中，具体的测量过程，如果发现偏差在10～20mm时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。

当偏差大于20mm时，采用千斤顶纠偏法，当超挖纠编工作后的作用不明显的情况下，可选取使用小型千斤顶顶在管端的反侧内管壁系统中，另一端需要斜撑在含有垫板的管前土壁结构上，这样经过支顶牢固以后，可对应施加顶力，同时，要结合超挖纠编的相关施工方法，实现边顶进边支撑，直到偏差参数回归规范的要求。具体见图3。

结语：

综上所述，在泥水平衡法顶管施工应用于市政工程中时，前期的施工准备工作至为关键，应充分的结合具体是工程施工条件及相关设计要求，结合周边建筑环境影响因素，选取合理的机械设备类型，加强对顶进设备、泥水系统的运行和管理，同时要做好施工过程测量纠偏，尤其是穿越软弱地基层时要采取相应的预加固措施，从而保障项目建设安全快速推进和工程质量持续提升。

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作者简介：

李海军（1985.09-），男，汉，河南开封人，本科，工程师，中共党员，研究方向为公路及市政工程。