泥水平衡法頂管施工中常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施

徐 權(quán)

(太原理工大成工程有限公司，山西 太原 030024)

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泥水平衡法頂管施工中常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施

徐 權(quán)

(太原理工大成工程有限公司，山西 太原 030024)

介紹了泥水平衡法頂管施工的工藝原理及特點(diǎn)，結(jié)合太原市晉陽(yáng)污水廠主干管工程監(jiān)理的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析了泥水平衡法頂管施工中的常見(jiàn)問(wèn)題，并提出了針對(duì)性的解決措施，取得了良好的施工效果。

泥水平衡法，頂管施工，土壓平衡，管道

頂管施工是一種不需開(kāi)挖路面就能穿越道路、管線、建筑物等的地下管道施工方法，泥水平衡法頂管是近幾年發(fā)展起來(lái)的較先進(jìn)的頂管方法，在市政工程中已進(jìn)行運(yùn)用。太原市晉陽(yáng)污水廠主干管工程全部采用較先進(jìn)的泥水平衡法頂管工藝。晉陽(yáng)污水廠主干管工程起點(diǎn)分別是河西北中部污水處理廠和南堰污水處理廠，終點(diǎn)是清徐晉陽(yáng)污水處理廠。全線共分為8個(gè)標(biāo)段，全長(zhǎng)32 km，管徑2 000 mm～3 000 mm鋼筋混凝土管，管道埋深最深處為15.74 m,最淺處為8 m。通過(guò)在此項(xiàng)目施工監(jiān)理過(guò)程中取得的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析泥水平衡法頂管施工中經(jīng)常遇見(jiàn)的問(wèn)題及處理措施。

1 泥水平衡頂管施工的工藝特點(diǎn)

1.1 泥水平衡法頂管工藝及原理

泥水平衡法頂管是利用頂管機(jī)添加的泥水壓力來(lái)平衡頂進(jìn)工作面上管外的水壓力和土壓力，棄土以泥漿的方式排放出頂管機(jī)，在不開(kāi)挖地面的前提下，利用液壓千斤頂從工作井將鋪設(shè)的管道頂入接收井，工藝如圖1所示。

1.2 泥水平衡法頂管的優(yōu)點(diǎn)

1)適用的土質(zhì)范圍比較廣，如地下水位很高，普通頂管無(wú)法施工，泥水平衡法適用。2)泥水平衡頂管施工時(shí)由于泥漿潤(rùn)滑作用所以總推力比較小，特別適用于長(zhǎng)距離頂管；普通掏土頂管摩擦力較大，不適用于長(zhǎng)距離頂管。3)可有效地保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，對(duì)所頂管道周邊的土體擾動(dòng)較小，因此由于頂管所引起的地面沉降比較小。4)因?yàn)樗捎媚酀{管道輸送外棄土方，不存在垂直吊運(yùn)土方等危險(xiǎn)作業(yè)，保證了施工安全；另外該方法避免土方運(yùn)輸揚(yáng)塵污染。5)泥漿輸送外棄土方為連續(xù)作業(yè)，因此施工進(jìn)度較快。

2 泥水平衡法頂管施工中常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施

2.1 管道頂進(jìn)偏位過(guò)大，管道接口破損、漏水

1)偏位原因。a.未對(duì)工作井出洞口土體加固。b.機(jī)頭糾偏系統(tǒng)發(fā)生故障。c.每次掘進(jìn)機(jī)長(zhǎng)度與所頂管子直徑不成比例。d.掘進(jìn)機(jī)糾偏長(zhǎng)度小，糾偏力度不夠。e.機(jī)頭測(cè)量系統(tǒng)故障，測(cè)量數(shù)據(jù)失真。f.不能及時(shí)糾偏，位移偏大后糾偏幅度過(guò)大造成二次偏位。g.工作井由于受降水影響或外力擠壓發(fā)生位移和傾斜。h.信號(hào)傳輸錯(cuò)誤。i.土質(zhì)變化較大，開(kāi)挖面失去穩(wěn)定性。

2)預(yù)防及處理措施。a.采取注漿或旋噴等方法對(duì)進(jìn)出洞口土體進(jìn)行加固。b.掘進(jìn)機(jī)進(jìn)場(chǎng)后，要派專人對(duì)其進(jìn)行調(diào)試、保養(yǎng)、維修、檢修完成后集中驗(yàn)收。c.機(jī)頭設(shè)計(jì)充分論證后反復(fù)試驗(yàn)，性能穩(wěn)定后方準(zhǔn)許出廠。d.進(jìn)行施工隊(duì)、項(xiàng)目部、監(jiān)理三級(jí)測(cè)量復(fù)核制度。e.經(jīng)常對(duì)工作井的位移進(jìn)行測(cè)量復(fù)核。f.勤測(cè)量、微糾偏原則。g.隨時(shí)確定機(jī)頭動(dòng)態(tài)曲線圖，以曲線圖來(lái)指導(dǎo)糾偏工作。h.遇到突發(fā)情況，應(yīng)及時(shí)逐級(jí)匯報(bào)，采取措施，杜絕方向失控情況發(fā)生。

2.2 頂管區(qū)域周邊地面發(fā)生大面積沉降與隆起，對(duì)周邊建筑物或設(shè)施造成較大影響

1)原因分析。a.掘進(jìn)機(jī)正面土壓失衡引起的沉降與隆起。從土壓平衡掘進(jìn)機(jī)的原理來(lái)說(shuō)，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)通過(guò)充分的切削和攪拌，在進(jìn)土倉(cāng)內(nèi)形成具有較大塑性和流動(dòng)性的土體。當(dāng)正面的土壓控制在被動(dòng)土壓和主動(dòng)土壓之間時(shí)，地面才會(huì)下陷或隆起。實(shí)際上由于土質(zhì)變化較大，完全按理論計(jì)算進(jìn)行控制往往有較大差異，不能正確把握，造成土壓失衡引起沉降。另外，由于有些土壓平衡掘進(jìn)機(jī)對(duì)土的適應(yīng)性不夠完善，如刀盤(pán)切削面積過(guò)小，推進(jìn)速度或螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速不能調(diào)整，使得土壓控制不利或不便，造成土壓失穩(wěn)引起沉降與隆起。b.管道外周空隙引起的沉降與隆起。管道外周空隙是由掘進(jìn)機(jī)糾偏或曲線推進(jìn)造成的，因?yàn)樵诩m偏和曲線推進(jìn)時(shí)形成的管道截面面積大于管道截面，其空隙由周邊土體填充而引起沉降。現(xiàn)在一般頂管都采用觸變泥漿減摩技術(shù)，掘進(jìn)機(jī)外徑較管道外徑大2 mm～3 mm，以便形成漿套，若注漿不及時(shí)就會(huì)引起沉降。c.管道與周圍土體摩擦引起的沉降與隆起。管道在推進(jìn)時(shí)與周圍土體存在摩擦，這種摩擦往往使土體發(fā)生剪切擾動(dòng)，造成土體移動(dòng)而導(dǎo)致地面沉降。在管節(jié)外形不規(guī)整、接口不平或管道不順直的情況下，這種剪切擾動(dòng)就會(huì)加劇，增大地面沉降與隆起。d.管道接口滲漏引起的沉降與隆起。當(dāng)管道接口密封圈安置不當(dāng)或管端受力不勻而破壞，以及管道接口彎折過(guò)度造成密封不良時(shí)，就較有可能發(fā)生接口滲漏，水土從而流失，這種土層損失必定會(huì)引起地面沉降與隆起。并且管道接口滲漏亦造成觸變泥漿的流失，支承土體和減小摩擦力的作用大大降低，亦可能引起上述兩種原因的沉降與隆起。

2)處理措施。a.施工前應(yīng)對(duì)距離管道較近的建筑物和其他設(shè)施制定切實(shí)可行的加固保護(hù)方案，應(yīng)仔細(xì)研讀該工程地質(zhì)勘察報(bào)告了解地質(zhì)情況，結(jié)合工程實(shí)際選用正確機(jī)頭。b.隨時(shí)觀察千斤頂?shù)捻斖屏Γl(fā)現(xiàn)異常及時(shí)找原因，保證頂進(jìn)推力與前端土體壓力動(dòng)態(tài)平衡。c.施工時(shí)隨時(shí)檢測(cè)管道高程和軸線偏位情況，發(fā)現(xiàn)偏差要及時(shí)糾正，避免發(fā)生較大偏位后大幅度糾偏造成土體大面積移動(dòng)引起沉降，避免糾偏力過(guò)大造成管道破損、管端碎裂、接口密封失效，從而使頂管泥漿順管道流失造成地面大面積沉降。d.頂進(jìn)過(guò)程中由于工具管直徑比頂管直徑大，所以頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)及時(shí)足量地注入滿足要求的潤(rùn)滑支承材料，保證管道四周空隙泥漿壓力符合要求。頂管完成后及時(shí)用水泥漿或粉煤灰漿等進(jìn)行置換。e.管道承口插口之間選用合格密封圈，承口鋼板保證圓度，謹(jǐn)防滲漏。

2.3 頂推力突然加大

1)原因分析。a.管道周圍地質(zhì)情況突然變化造成土層塌方或工具管前端遇到管線或較大石頭，使阻力增大。b.減阻介質(zhì)膨潤(rùn)泥漿配比突然變化或注漿管堵塞，減阻效果下降，使摩擦阻力驟然加大。c.管道彎曲變形，進(jìn)而摩擦阻力增大。d.頂進(jìn)設(shè)備油泵、油缸、油路或壓力表等出現(xiàn)故障。e.頂進(jìn)施工中因各種原因停頓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，潤(rùn)滑泥漿失水失去減阻效果。2)處置措施。a.做好護(hù)壁，隨時(shí)用探頭監(jiān)測(cè)機(jī)頭前障礙物情況，遇見(jiàn)管線要進(jìn)行改移。b.頂管頂進(jìn)過(guò)程中，必須密切檢測(cè)頂進(jìn)軸線和高程，及時(shí)糾偏，使管道軸線被控制在合理范圍以內(nèi)。c.根據(jù)不同地質(zhì)條件嚴(yán)格控制膨潤(rùn)泥漿配比，并采取同步、及時(shí)、足量地注入泥漿。d.頂進(jìn)施工前應(yīng)派專人對(duì)頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、保養(yǎng)、維修、檢修完成后集中驗(yàn)收。e.頂進(jìn)停止時(shí)間間隔不能過(guò)久，發(fā)生故障應(yīng)及時(shí)快速排除。

2.4 鋼筋混凝土管道接口滲漏

1)原因分析。a.在運(yùn)輸、裝卸、安裝過(guò)程中管節(jié)破損或管節(jié)和密封材料質(zhì)量不滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。b.管道頂進(jìn)過(guò)程中糾偏不及時(shí)或糾偏不到位造成軸線偏差過(guò)大，進(jìn)而造成接口錯(cuò)位、管口破裂、橡膠止水圈封閉不嚴(yán)。c.管道接口或止水裝置選型不符合要求。2)治理方法。滲漏較小可用環(huán)氧樹(shù)脂水泥砂漿抹到滲漏處，如管口破裂滲漏嚴(yán)重則需要大面積化學(xué)注漿的方法進(jìn)行處理。

2.5 鋼筋混凝土管中裂縫造成管道滲水、漏水

1)原因分析。a.管材強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。b.頂進(jìn)過(guò)程中頂力過(guò)大，超過(guò)管節(jié)所能承受的壓力，或軸線偏差過(guò)大，致使管節(jié)應(yīng)力集中產(chǎn)生裂縫。c.運(yùn)輸過(guò)程中造成管節(jié)裂縫。2)處理方法。根據(jù)裂縫長(zhǎng)度、寬度以及裂縫方向，認(rèn)真分析裂縫產(chǎn)生的原因和性質(zhì)，根據(jù)不同裂縫程度，分別采取不同的處理方法，裂縫較小可采用環(huán)氧樹(shù)脂水泥砂漿等措施處理，裂縫破損嚴(yán)重采用周圍注漿或挖除后返工處理。

3 結(jié)語(yǔ)

晉陽(yáng)污水廠主干管頂管工程中遇到許多問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件和理論規(guī)范，采取以上措施進(jìn)行處理，起到了很好效果，該工程一次性通過(guò)驗(yàn)收試水，經(jīng)過(guò)總結(jié)分析，對(duì)泥水平衡法頂管施工常見(jiàn)的問(wèn)題和防治措施談?wù)勛约阂稽c(diǎn)膚淺的看法。

[1] 中國(guó)非開(kāi)挖技術(shù)協(xié)會(huì).頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范(試行)[Z].2006.

[2] CECS 246：2008，給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程[S].

The common problems and treatment method in sludge-liquid balance method pipe jacking construction

Xu Quan

(DachengEngineeringLimitedCompany,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China)

This paper introduced the process principle and characteristics of sludge-liquid balance method pipe jacking construction, combining with the common problems in main pipe engineering construction of Taiyuan Jinyang sewage treatment plant, and put forward specific measures, achieved good construction results.

sludge-liquid balance method, pipe jacking construction, earth pressure balance, pipe

1009-6825(2016)28-0104-02

2016-07-26

徐 權(quán)(1974- )，男，工程師

TU991.36

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