浅谈泥水平衡式顶管施工技术

浅谈泥水平衡式顶管施工技术摘要：近年来，随着社会的快速发展，人口密度的急剧增加，地上空间已经趋向于饱和，在我国经济高速增长的支持下，人们开始注重地下空间的利用与发展，顶管施工技术的发展将拥有前所未有的机遇，在引进国外先进技术的基础上，努力消化创新，加强研发和人才培养，争取在根本上增强我国的顶管施工技术的实力。本文依托均安镇污水管网三期工程项目，阐述了顶管在市政管网中的技术应用。关键词：泥水平衡式顶管1引言近些年，随着城市化的推进，给环境造成的压力也越来越大，河涌污染越发严重，管道截污成为保护河流不被污染的主流方式之一。由于城区房屋建筑、地下管线密集，开挖施工受限较大，且地质条件复杂，故顶管技术应运而生。通过对顶管施工技术进行简单介绍，以及市政工程中的顶管施工的优缺点、主要控制要点，可以对顶管施工技术在市政工程中的利用进行了解，为以后再遇到类似施工时，提供一个大致的解决思路。2应用背景顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种地下管道施工技术，它不需要大面积开挖土体面层，并且能够穿越公路、铁路、河川、地上地下障碍物等，在给排水、煤气、电力、通信等管道的施工中应用越来越广泛。2.1国外发展史最早的现代顶管施工是1896年，由美国太平洋铁路公司为穿越铁路施工而应用，20世纪30年代，美国制定了混凝土顶管规范，1948年日本第一次采用顶管施工工艺，在尼崎市的铁路下顶进了一根内径600m的铸铁管，顶距只有6m，1950年前后，英、德、日等国家相继采用顶管施工工艺，至20世纪60年代，美国的顶管施工技术已经能一次性顶进150m。2.2国内发展史国内最早于1953年在北京开始使用顶管技术，初期主要是手掘式顶管，设备较为简陋，我国顶管技术真正较大的发展是从上世纪80年代中期开始。1988年上海研制成功我国第一台土压平衡掘进机，2000年后国家加大环保投入，污水建设项目增多，顶管技术也与时俱进，得到了迅速发展，顶管设备、顶管技术才慢慢成熟起来。3顶管的分类随着顶管技术的成熟，顶管设备、施工工艺的的多样化，顶管的分类也出现了各种分类方式，具体有按管前挖土方式、管径大小、施工轨迹、施工方法等等。4泥水平衡式顶管的特点4.1泥水平衡式工作原理泥水平衡式顶管工作原理就是以含有一定量粘土的且具有一定相对密度的泥浆水充满顶管机头的泥水舱，并对其施加一定的压力，利用泥水平衡式顶管机头设有可调整推力的浮动式大刀盘进行切削和支撑正面土体，以平衡地下水压力和土压力，同时稳定开挖面，切削下来的土体融入泥浆当中，再通过泥浆的携渣能力带出至地面，从而使顶管机头向前掘进，最终达到管道贯通的目的。4.2泥水平衡式顶管的优缺点采用泥水平衡式机械顶管施工的优点：适用土质范围广，如地下水压很高以及变化范围广的土质均能适用，最适用的土质为1e-3cm/s的砂性土。通过流体输送土体，能达到连续不断的输送工况，所以它能比其他施工工艺的进度快。工作坑内作业环境较为安全，由于它采用泥水管道输送弃土，没有吊土、搬运土方等危险作业，同时工人劳动强度也降低。无需做地基改良或降水处理，能有效的保持挖掘面的稳定，对周围构筑的土体扰动比较小，因此施工后地面沉降也较小。无需人工进入管道内工作，降低了施工安全风险。采用泥水平衡式机械顶管施工的缺点：泥浆的运输和存放都比较困难，特别是有大量泥浆时，需设置泥水分离器或临时储泥池，临时储泥池涉及占地或租地等事宜。所需施工场地大，设备较多、较杂，一旦某个环节出了问题，导致全面停工，相互制约关系高，安全文明施工标准化较为困难，且设备成本较高。对覆土深度有一定的要求，一般情况下，覆土厚度不得低于3米，或者不低于1.5倍的管道外径，否则应采取相应的技术措施。需设置顶管工作井、接收井、造价较高且时间长，对工期存在一定影响。对土质存在一定的要求，遇到渗透系数特别大的砂砾、卵石层时，施工较为困难4.3泥水平衡式顶管施工控制要点（1）施工前，做好现场施工调查与新建管线路由规划，防止在施工过程中遇到其他管线、古建筑、古树、松木桩、建筑基础等障碍物。（2）顶管机械进出入洞口时，要做好洞口止水工作，采用高压旋喷桩或水泥搅拌桩等固化进出洞口位置的土体，防止出现涌水涌砂等现象。（3）施工过程中，应注意观察地下水压力的变化，并及时采取降水或补水等措施，从而保持挖掘面的稳定。（4）在施工较长管段时，可采用触变泥浆或管材外部涂抹石蜡或废油脂等方式，减小摩擦力，或在中间增加中继间，保障顶力的延续。（5）顶进过程中，时刻检查排泥管内的泥水的浓度和相对密度是否正常，注意进排泥泵的流量及压力是否正常，防止排泥泵的排量过小造成排泥管淤积和堵塞。（6）在高粘性的土层采用泥水平衡顶进时，需将部分循环泥水引入泥土仓内，减少粘土粘附在刀盘刀架上，避免刀盘上形成泥饼。（7）在纯中、粗砂层顶进循环泥浆浓度小于1.10时，排渣土时砂土易沉积堵管，所以在纯砂层顶管时，宜提高进浆泥水的比重，一般控制在1.10～1.12之间。（8）在硬质泥岩层和强风化岩层顶进时，刀盘也需配备具有高强度的先行贝壳合金刀和多重合金刮刀（俗称“岩机”）对岩层切削，同时泥水循环的泥水可通过格栅空进入泥土仓和刀盘前面，减少合金刀干磨。（9）在穿越浅覆土河道时，可在河道堆载砂包，增加其覆土量，也可在管道内前段堆载重物增加重量，防止管道上浮。（10）在遇到含泥量少，地下水丰富的卵石和贝壳较多的地层、粗砾石层时，采用泥水平衡顶管较难，虽然顶管机有破碎功能，但泥浆容易向外土层渗透，泥水容易无法循环，所以要强化泥水配置，增加泥水比重。（11）管道施工完成后，闭水试验是检测管道是否合格的主要控制指标，管道连接处时管道是否漏水的薄弱处，所以胶圈显得尤为重要，胶圈必须做抗老化试验，且安装位置与方向必须准确，防止连接处漏水。（12）管道的轴线及高程也是检测管道是否合格的重要指标，施工过程中需时常调节机头掘进方向、千斤顶或中继间，管道管径小于1.5m是，管道水平轴线偏差需小于5cm，高程偏差不得高于3cm、不得低于4cm。5结语泥水平衡式顶管可以适用于多种变化地层的施工，只要