泥水平衡顶管施工工法

泥水平衡顶管施工工法

工艺原理

1.泥水平衡顶管机工作原理

泥水平衡顶管机施工以泥水平衡原理为基本，通过改变泥水仓的送、排泥水量和顶进速度来控制排土量，使泥水仓内的泥水压力值稳定并控制在所设定的范围之内，从而达到开挖面的稳定。

2. 泥水平衡功能

泥水平衡输送系统有两项主要功能，一是通过泥水来平衡顶管机施工时土体和地下水对其产生的压力，稳定开挖面，其二是将刀盘切削下来的土体在泥水仓内进行混合后，将其由经过泥水管路输送到地面。

图1中右侧为泥水平衡顶管机。正常顶进过程，MV1阀、MV2阀打开，MV3阀关闭。泥水由泵经送泥管送入，与进入泥水仓的切削土混合后，通过排泥泵经排泥管送至地面。同时送入的泥水需在泥水仓内建立一定的泥水压力，此压力需比顶管机处的土层的地下水压力高Δp，通常为0.015～0.02MPa。顶管机上部的泥水平衡压力是P3，底部的泥水平衡压力是P5。如果设γW为清水比重，γ为泥水比重，则有如下关系式：

P 1=γ

W

×h

2

P 2=γ

W

×(h

2

+Δh)

P 3=γ

W

×h

l

P 4=γ

W

×(h

1

+Δh)

P 5=P

4

+γ×h=γ

W

×(h

1

+Δh)+γ×h

3

图1 泥水平衡原理

P 1-顶管机顶部的地下水压力，P

2

-顶管机顶部的泥水压力，P

3

-基准面上的地下水压力，

P

4-基准面上地下水压力P

3

+Δp的水压力，P

5

-顶管机内泥水压力与地下水压力相加的压

力。

泥水平衡顶管机通常在DEBC″梯形压力区域内工作。在设定泥水控制压力时，取泥水仓顶部和底部压力和平均值，即：

3. 泥水控制原理

泥水平衡控制运用调节器和执行机构(调节水泵转速和控制阀开度)与被控制对象构成闭环负反馈。根据被控参数的测量值与给定值之间的偏差，PID调节规律，对执行机构进行控制，以达到泥水平衡控制目的。

在停上掘进状态，用切口泥水压调节器控制CV阀开度或P H泵转速，使切口水压达到设定值。

在“旁路”状态，切口水压调节器根据控制P1泵的转速，使送泥水压达到设定值。

在掘进状态，切口水压调节器根据测得的切口水压与设定值进行比较，如果泥水仓压力大于设定值，则切口水压调节器输出值降低，P1泵转速下降，进入泥水仓的送泥水量减少，使泥水仓压力降低，反之亦然。同时切口水压调节器与送泥水压调节器的输出值互为跟踪，是解决过渡状态转换的扰动，一旦转换完成，切口水压调节器屏蔽跟踪信号，送泥水压调节器仅起信号传送作用。

在掘进状态，排泥水密度的变化将导致排泥水流量的变化，这种变化会增加切口水压调节器的泥水平衡控制负担。因此，由排泥水流量调节器稳定排泥水流量，起到间接控制泥水平衡的作用。排泥水流量调节器控制P2泵的转速，使排泥水流量达到设定值。

四、工艺流程及操作要点

操作要点：

1. 测量放线

顶管工作坑使用的中心和水准点,要引入坑下的牢固地点.为确保工程质量,必须对中心及高程严格控制.

测量的方法

（1）通视条件下的测量

使用交汇法引工作坑及接收坑预留洞口中心至各自的坑壁。置经纬仪至A点，后视B 点，

作BA直线的延长线，并在工作坑后部定出一点C。保证C、A、B在一条轴线上，置经纬仪在C点上，后视A点，在工作坑井壁上定出一点A`，置激光经纬仪基座于井下D 点，并抄平固定激光经纬仪架，置经纬仪于A点，后视B点，在激光经纬仪器架上定出D 点，D点同A`、A、B点在竖直方向上成一直线，安装激光经纬仪于仪器架上，对中D点，后视A`点，依设计轴线打好角度，既可定出轴线。

（2）不通视条件下的测量

引出A、B两点后可根据导线法以及平移法定出C、D、A`，其余步骤同通视条件下测量定位。

2. 工作坑作法

（1）主工作坑外侧做双排水泥搅拌桩止水帷幕，防止因排除地下水而形成的沉降。水泥搅拌桩桩长12m，桩径70cm，咬合20cm，咬合形成止水帷幕。后背采用密排36#工字钢桩，桩长12m。其它三侧采用36#工字钢打间隔桩，桩与桩间隔0.8m。工作坑采用人机配合开挖，工作坑内用36#工字钢横向焊二道支撑框架，每道支撑由两根工字钢组成，四角用36#工字钢与框架焊牢，以确保工作坑支撑牢固。挖至1m做第一道支撑框架，挖至管顶上40cm做第二道支撑框架。

（2）主工作坑基础做法：底板浇筑C10混凝土，厚100㎜，基础内预埋铁板，规格：20cm×30cm,共16块，其上焊接滑道。

（3）副坑外侧打双排水泥搅拌桩止水帷幕，内侧采用36#工字钢打间隔桩，桩与桩间隔0.8m。工作坑加固做法同主坑。工作坑采用人机配合开挖，工作坑内用36#工字钢焊二道支撑框架，四角用36#工字钢与框架焊牢，以确保工作坑支撑牢固（见示意图一）。挖至1m做第一道支撑框架，挖至管顶上40cm做第二道支撑框架，决不允许超挖后作框架。

示意图一

（4）主、副工作坑排水措施

工作坑内对角设直径0.5m、深1m集水井两座，井内设水泵抽水，坑内四周设30cm×30cm 排水沟，1%坡度流向集水井。

（5）工作坑尺寸计算

工作坑宽：W=D+（2.4～3.2）m

D：被顶进管子外径（m）

工作坑长：L=L1+L2+L3+L4+L5

：管子顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，混凝土管一般取0.3m

L

1

：每节管子的长度（m）

L

2

：出土工作间隙，根据出土工具确定，一般为1.0～1.5m

L

3

：千斤顶长度

L

4

L

：后背所占工作坑厚度

5

3.洞口密封止水

顶管过程中，无论是管子从工作坑中出洞还是在接收坑中进洞，管子与洞口之间都