泥水平衡顶管在市政排水管道工程中的应用

随着城市建设规模和经济的发展，市政排水管道工程规模越来越大、相应的施工技术和方法也越来越多。泥水平衡顶管技术起源于日本，于上世纪50年代进入我国，因其打破了原有必须开挖地面的施工方法，在我国慢慢的发展起来，并随着泥水平衡顶进机头的大规模国产化而成为目前城市排水管道建设中运用较多的一种施工技术。该技术不仅减少了施工对城市交通、管道网以及周围建筑物的影响，还能有效的改善城市面容和环境卫生。 

 一、泥水平衡顶管施工法概况 

（一）泥水平衡顶管施工法工艺原理 

泥水平衡顶管施工是在机头刀盘的挖掘面利用利用泥浆的压力保持土层和地下水压力的均衡。其工艺原理是：将符合施工要求的泥水输送至挖掘面，运送工具以送水泵为主，根据泥水仓的压力要求调节阀门大小，也可以改变排泥泵的转速方式，重新调整泥水的压力，使其符合施工需求，紧接着对地下水的压力和挖掘面的压力进行调整，保证掘进机刀盘的在工作中处于各方向的压力平衡状态。泥水平衡顶管的施工过程以机械控制为主，主要利用机器及设备、远程控制顶进行施工。在长距离控制和复杂的地质条件下的暗挖法施工，泥水平衡顶管施工法是最佳的选择。 

（二）泥水平衡顶管施工法的特点 

泥水平衡顶管施工方法的特点主要表现在四个方面： 

（1）泥水平衡顶管技术可以在不同类型的地质条件下使用，市政排水工程中有的地下水位较高、地质变化范围较大，一般的暗挖施工技术很难满足施工需求。泥水平衡顶管技术不仅可以满足高水位和地质变化的需求，它还具有顶进阻力小、施工速度快的优势； 

（2）与其他方法相比，泥水平衡顶管法可以有效地保证挖掘面的稳定性，挖掘工作对顶进段周围的土体影响小，管线上方路面的总沉降量也较小； 

（3）泥水平衡顶管法施工可以有效保障施工人员的安全。泥水平衡顶管技术改变了其他类型的机种引起的作业坑环境差、安全性能低、需要施工人员进入管道进行掏土作业等弊端； 

（4）由于其施工技术较复杂、施工必须连续进行、以及施工结果的不可逆性，泥水平衡顶管施工法的现场管理工作中的前期准备和事前控制尤为重要。

二、泥水平衡顶管在市政排水工程中的应用 

（一）工程概况 

 本人结合近几年的工作经验，以运河西路污水管道工程为例对泥水平衡顶管法在市政排水工程中的应用做个简要分析。该排水工程全段长4.1km，管径从D800―D2000不等；全线70%为d1800以上钢承口F管。地质条件以黏土、粉质黏土层为主，局部有淤泥质粉质黏土，地下水水位较高、管线东侧数十米为京杭运河，排水降水要求高；大部分管段位于运河西路两侧绿化带内、局部管段需穿越九龙仓和朗诗地块。 

（二）施工工艺

1.工作井的施工 

工作井的位置选择我方根据施工现场情况对设计要求的位置进行过调整，主要原则还是不影响工作井周边的建筑物和管线同时有利于施工的展开、便于设备运作、材料运输以及下管、排水的位置。在工作井离建筑物、道路、地下管线等位置较近处，对工作井周边采用了增加钢板桩维护、高压旋喷桩加密加固土体等措施。完成一系列保护措施后，方进行工作井主体的施工，主体施工前，需要先验证工作井的长度是否能满足顶管机具和f管长度的要求：一般井底的长度必须大于顶进机头的长度、液压油缸长度以及工作井后靠背设计厚度之和与单节管段长度、顶铁厚度、液压油缸长度以及工作井后靠背设计厚度之和两者中的较大值； 如计算出工作井有效设计长度不符合要求，必须及早联系设计单位进行相关变更手续，以免影响工期、造成损失。由于本工程的工作井非以往本人接触到临时性构筑物，而是以后和污水管段同时使用的永久性构筑物，因此工作井的浇筑质量与下沉时的控制是工作井施工的重点，这里就不展开谈了。 

2.降排水措施 

沉井封底前，要完成沉井周边的排水降水工作，由于本工程位于京杭运河附近，地下水补充很快，特殊部位的井点数量需要经过计算确定、常规部位的井点降水以16眼轻型井为主，地下水的抽排设备以射流泵为主。

3.工作井的封底

根据设计管底标高的要求，计算好工作井的下沉标高，该高度是管内底标高管道外缘厚度、管道外缘底部到导轨（或枕木）底面高度以及混凝土底板与垫层高度的总和。下沉开挖至设计高度后，8小时内累计下沉量不大于5mm时，方可进行封底。由于本工程地下水补充速度快，所以封底前对坑内集水坑设置了较大口径的钢板管，埋入坑底土地深度约为80cm，总高度为1.4m，待底板混凝土达到设计要求强度后，再对集水坑进行封堵完成整个底板的封底工作。

4.导轨、设备安装 

在完成混凝土的底板的养护，其抗压强度达到设计要求75%时开始进行导轨和设备的安装工作，导轨使用的枕木的长度不小于2m，枕木的埋设间距宜在0.5m―0.6m左右，枕木的规格尺寸必须一致，损坏严重的要坚决更换。导轨钢轨必须焊接在型钢上，型钢需固定在枕木上，采用道钉进行固定。导轨安装必须与管道垂直、等高，导轨的轴线受各种因素的影响容易出现偏差，偏差的距离必须控制在3mm以内；顶面的高度差与两轨之间的间距也需要进行严格的控制。在导轨安装前要完成后靠背混凝土的浇筑工作，并在其达到龄期后方可进行顶进施工。 

5.顶管测量与控制 

 顶管顶进时的测量工作主要是轴线与高程测量。根据施工需要，工作坑内需要设立临时基准点，架设激光经纬仪，初始顶进时，测量频率不低于规范要求，之后每节管子顶进时均需打激光点确定偏移程度，，顶完后校正测量台，再测量机头内前尺与后尺数据，以确定机头偏差趋势。同时，每3天复测工作井坐标，顶力达3500kN后一天一测，以防工作坑基准点发生位移。进洞后30m、顶进一半、出洞前20m时各复测两井坐标一次，如有位移及时进行相应的纠偏，以确保机头顺利出洞。 

6.顶进工艺 

管道顶进时应该先开动切刀完成挖泥工作，再来实施顶进工艺。顶进施工应该坚持连贯性的原则，尽量避免中途停止施工。如遇到机头前有异物、刀盘扭矩突然增大、顶力突然上升等情况，必须立刻通知相关负责人，以确定是否要停机。及时确需停机进行检查或者维修，也要尽量减少停机时间以防机头下沉过多。

7.顶管注浆工艺 

顶管注浆工艺需要注意以下几点要求：第一，顶管的注浆材料必须坚持优质的原则，触变泥浆材料是最佳的选择，膨润土必须有较高的造浆率，其膨胀时间还应该按照使用说明进行严格的控制，浆液的搅拌时间以8-10分钟为宜，搅拌完成后注入储浆桶静置2-3小时后再灌注以确保膨润土颗粒充分吸水膨胀；第二，注浆时候控制好压力和注浆量，实际注浆量一般为理论注浆量的3-4倍，同时机尾止水带处也要经常补浆，尽量使顶管悬浮于完整的泥浆套中，以便降低顶力，同时也能减少对管道周围土地的影响。 

 三、结束语 

综上所述，泥水平衡顶管作为目前主流的暗挖排管施工工艺，其技术含量较高，对设备管理技术人员的要求也较高。虽然其施工过程中常会出现存在机头下沉；泥水管产生沉淀、堵塞；顶进导致路面隆起或者下沉等问题，但是瑕不掩瑜，其在市政排水管道方面工程中迅速的发展速度是其优异性最好的证明。