泥水平衡法顶管施工工艺解析

泥水平衡法顶管施工工艺解析

【摘要】顶管法施工工艺是一种历史比较长的地下管道施工方法，它最早是美国在1896年开始成型的，而直到1984年前后，我国的一些大城市先后开始引进国外先进的机械式顶管设备，从而，使我国的顶管技术上了一个新台阶。顶管施工除了传统的人工开掘式，挤压法，水冲法之外，目前比较流行的有气压平衡，泥水平衡和土压平衡法等三种平衡理论。而泥水平衡和土压平衡顶管设备则代表着现在世界非开挖施工技术的最高水平。

【关键词】顶管施工，泥水平衡施工工艺，非开挖工程技术

中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：

一、前言

随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加。加之人们对环境保护意识的增强顶管技术将在我国地下管线的施工中起到越来越重要的地位和作用。通过先进技术的引入, 顶管施工得到飞跃性的发展。泥浆平衡法顶管施工技术也应运而生, 并得到广泛推广使用。下面我们就泥水平衡法的施工工艺进行讨论交流，旨在使我们的工程施工更加成熟与稳定

二、泥水平衡法顶管施工原理

泥水平衡顶管施工是一种非开挖施工方法，是不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的路线

顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。随着科学技术的发展,顶管施工从原始的人工作业,发展到现在的机械作业,安全性及工

作效率大大提高, 其中最为普遍的有气压、土压、泥水三种平衡理论, 已经成为当前市政行业顶管施工的主流,尤以泥水平衡法最为盛行,其理论为:以含有一定量粘土,且具有一定相对密度的泥水充满顶管掘进机的泥水舱,并对它施加一定的压力,以平衡地下水压

力和土压力的一种顶管施工方法。

三、泥水平衡法顶管施工工艺

顶管施工工艺流程:（1）测量高程以及轴线，（2）挖顶管工作坑，设置顶进后背，安装好井内顶进辅顶管的导轨，（3）安装止水圈、割除洞口，（4）安装、调试主顶工作站（5）开动掘进机头刀盘，顶入机头及先导管，运出开挖泥土（6）下管、安装管节借助顶铁将管材顶进土体，（7）继续下管安装并且检测是否正常顶进，最后是掘进机顺利推进到接收井。这里我们详细讨论下面几项：

1.顶管工作坑

工作坑亦称竖井，其位置可根据地形、管线设计、地面障碍物等因素决定，是顶管施工现场设置的临时性设施。在顶进过程中，顶管的管节从外面吊入工作坑内安装顶进，管内的出土通过泥浆泵及排泥管道抽排到地面排泥场。工作坑中除安装有顶进系统外，还设

有导轨、后背及后背墙、密封圈、排水坑等设备。

因顶管施工全过程需在工作坑中实施，顶管坑设计是否合理直接影响顶管施工，首先，为保证顶管施工方便及安全施工工作坑需采取防渗措施，常规做法采用水泥搅拌桩或拉森钢板桩闭水、防渗，避免顶管坑周围土体渗漏、流失引起坑边塌方；第二，顶管工作坑尺寸中宽度主要考虑顶进管材直径、两侧保留足够操作空间；长度要保证上一节管留置长度、管材长度及顶进设备长度等空间；第三，由于顶管施工全部顶力反力由顶管工作坑后背墙提供，后背墙设置要严格按照理论计算结合施工经验确保顶管施工不因后背墙破坏

而无法进行。

2.顶管施工。针对不同的地质情况、施工条件和设计要求，选用与之适应的顶管施工方式，如何正确地选择顶管机和配套辅助设备，对于顶管施工来说将是非常关键的。

(1)顶管设备的选型。首先进行顶力计算,顶进力为初始顶进力与各种阻力之和。通过顶力计算,确定设备型号和类型。

(2)顶管测量控制。

根据测量控制点及整个工程的控制网在井周围布设一个高精度

的控制网，用以测放、检查和修正工作井区和井下的测量点，如轴线点、井下的测量起始点和后视点等。测量平台置于井下顶管轴线上，靠近后靠背处，通过控制网将顶管测量起始点，并在井中布设2~3个稳固的后视点，以便互相校核。起始点对顶管测量精度至关重要，故井下测量平台要单独设置，不与管道、后靠背接触，不受

顶管操作的影响，以保持其稳定性。

(3)顶管出洞、进洞施工。由于顶管的部分操作在工作井内进行，顶管过程中起始点和后视点发生位移是完全可能的，顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中,开始正常顶管前的过程,是顶管的关键工序, 也是容易发生事故的工序;顶管进洞:一段管

道顶完，顶管机破进洞口封门进入接收井,并作好顶管机后一节管与进洞口的密封联接的过程。

(4)掘土及出土。泥水平衡顶管机前部切削土体,通过压力水进行充分搅拌后,变为泥水,通过泥水软管依靠污泥泵输送至工作井上

部泥水沉淀池内。经过沉淀后,再通过高压水泵进入顶管机前部,尽量做到水资源的循环利用。

四.施工技术措施

(1)泥浆减阻。减阻泥浆采用一种由膨润土、粉末化学浆糊（cmc）、纯碱和水按一定比例配方组成的混合物质，该泥浆起润滑减阻,这是确认无疑的。但是到目前为止,对触变的使用措施和性能认识还不够。有人认为,注浆量越多越好,所谓多注浆,要看泥浆注到什么部位上去,如土质很好不坍方的话,泥浆都能注到管外壁四周,形成一个泥浆环,在这种情况下多注点浆不会有什么坏处,如遇到沿线

坍方或砂性土壤不但无任何好处而且会起反作用。

(2)中继间应用。

中继间是解决长距离顶进施工推力的最有效措施之一,依靠雌雄头之间密封橡胶圈止水, 顶管在砂性土层中顶进时, 流砂会不断

进入中继间活动雌雄头间隙之间, 砂粒直接和密封圈产生摩擦, 极易被挤压划裂、摩损止水橡胶。

(3)在顶进过程中, 经常对顶进轴线进行测量, 检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。顶进结束时,及时利用注浆孔对管外壁充填水泥浆。

五.施工技术经济分析

泥水平衡法顶管施工技术在非开挖顶管施工技术中具有如下几个明显优点：

(1) 由于对所顶管道周围的土地改动很少，这样可以保持挖掘地区的安全稳定性，防止地面沉降较大;

(2)在进行长距离顶管施工时，因为泥水顶管施工时所需的总推力相对较小，这就大大提高了施工的简易性;

(3)施工条件要求低:在地下水压高，变化大且土质范围广等条件下都可以进行;

(4)施工技术偏精度较高，如今的纠偏技术已经达到了3.5度的水平;

(5)泥水平衡法顶管施工整个过程的经济性明显高于其他技术;

(6)泥水可输送废土，连续作用，进度很快。

由于非开挖顶技术的优越性主要体现在如下方面：不需要对地方建筑物进行拆迁，不影响地面交通，施工条件要求低，不需开挖路面，不会造成环境污染，不影响管道的沉降变形问题。所以，非开挖顶技术具有绿色环保，施工安全性能好，经济性高，施工高效安