泥水平衡頂管施工工藝在污水管網敷設中的應用

袁運光 李雷

摘 要：泥水平衡頂管施工是一種非開挖的地下管道敷設的施工工藝，在當今城市現代化建設過程中以其安全性高、環境破壞小、施工周期短及綜合造價低等優勢，在市政管網施工中得到廣泛的應用。文章結合石門縣工業污水處理廠廠外主干管網建設工程頂管施工實例，詳細地對泥水平衡頂管施工工藝進行了介紹。

關鍵詞：泥水平衡 頂管 水管網 施工

1.工程概況

石門縣工業污水處理廠建設項目屬于新建工程，廠址位于湖南省常德市石門縣二都街道辦事處南峰社區境內。本工程總體設計規模日處理量為2.0萬m3，納污范圍包括夾山路、石門大道、南站路、月三路和新坪路等包圍的地塊，總納污面積為8.08km2。該項目建設完成投運后，對改善石門縣工業園區環境及提高居民生活質量具有重要意義。

該污水廠廠外主干管網建設總長為6.61km。其中夾山路—長沙路—新月路—石門大道（W1-W78）及進廠段（W85-W88）為頂管方式敷設，長度4.98km；九峰路—汪家坪路—金玉觀路（新建道路設計污水管線）為開挖埋管方式敷設，長度1.63km。

2.工程地質

頂管施工段勘察鉆探所揭示的地層有：第四系全新統（Q4）雜填土①、粉土②、粉砂③、卵石④、下伏基巖為白堊系（K）地層強風化泥質粉砂巖。該工程頂管段主要穿越卵石層④，該地層含水飽和，顆粒粒徑以20～50mm為主，粒徑大于20mm的顆粒質量約占總數的55%，粒徑在2～20mm的顆粒質量約占12%～22%，顆粒多呈次圓狀，級配良好，礫石母巖成分主要為砂巖、石英砂巖等。

基于以上地質條件，頂管施工段均采用GMD1000巖石二次破碎泥水平衡頂管施工工藝。以W87-W88施工段為例，主要介紹泥水平衡頂管施工的工藝、設備系統、施工要點及質量控制等方面內容。

3.泥水平衡頂管施工工藝簡介

3.1工藝原理

泥水平衡頂管施工工藝原理是將工作井中的頂管機通過主頂油缸向前頂進到止水環后，由電動機提供能量轉動機頭刀盤來切削土層、粉碎石塊，并使之進入泥水艙與清泥漿混合，然后泥漿處理系統將濃泥漿泵送至地面并進行處理，處理后的泥漿循環使用。與此同時，頂管機連同管節在持續頂力作用下，最終穿越土層到達接收井，完成管道敷設。

3.2 工藝優點

（1）采用泥水平衡裝置來維持土壓平衡，使頂進管道始終處于主動與被動土壓之間，有效的保持掌子面的穩定，同時能很好的控制地面隆起和沉降，對管道周圍的土體擾動較小；

（2）頂管機進行掘進作業，泥漿管輸送棄土，無需人工掏土、吊土及運土等危險作業，施工作業安全；

（3）施工作業具有連續性，施工速度快；

（4）管道頂進通過激光導向，計算機指導糾偏，能有效的控制施工精度。

3.3工藝適用范圍

泥水平衡頂管施工工藝已被廣泛的應用于市政工程管道施工中，特別是在重要的建筑物下進行穿越、長距離頂管施工和地質狀況復雜的地區。

4.泥水平衡頂管系統介紹

GMD1000巖石二次破碎泥水平衡頂管系統主要由頂進系統、測量系統、泥漿處理系統及操作系統四大部分組成。

4.1頂進系統

頂進裝置由導軌、鋼靠被、環形頂鐵、油缸組及千斤頂等構成，其主要功能是完成頂管機與管節的頂進工作。

4.2測量系統

該系統由高精度激光經緯儀，頂管機內的光靶、刻度盤、傾斜儀和電子監控系統組成，利用以上儀器對頂管的軸線進行跟蹤測量。技術員通過電子監控系統觀察激光經緯儀發出的激光束在光靶上的光點移動以及刻度盤讀數，來測定頂管機掘進時產生的偏差，從而進行方向修正。通過觀察傾斜儀的偏轉來判斷機身的姿態，進而進行姿態調整。

4.3泥漿處理系統

該系統由送漿泵、排漿泵、泥漿管、泥漿處理裝置、泥漿罐、沉淀池組成。在施工前需制作一定濃度的清泥漿儲放在泥漿罐內，施工時清泥漿經過送漿泵和泥漿管進入頂管機的泥水艙內，并與刀盤切削下來的土體和被粉碎的卵石攪拌成均勻的濃泥漿，經過泥漿管和排漿泵排入井外的泥漿處理裝置中，泥漿處理裝置把濃泥漿的砂土顆粒（一般在0.4mm以上）分離出來。被處理的泥漿再經過沉淀池，把較細的顆粒沉淀下去，用以上方法把濃泥漿處理成清泥漿。泥漿通過不斷地循環，將棄土碎石排出井外。

4.4操作系統

該系統主要由主控室構成，是頂管設備的控制中心，主控制面板如圖7。主控室可對頂進系統、泥漿處理系統進行控制。在頂進裝置部分，對主頂油缸的控制包括加壓、穩壓和泄壓三種狀態，為頂管提供持續的頂力。

在泥漿處理系統中，對其的控制主要包括泥漿泵和泥漿處理裝置，通過控制泥漿泵的流量來控制泥水艙的壓力，從而使掌子面處于泥水動態平衡之中，確保該斷面土體的穩定。

5.施工要點

5.1頂力計算

在頂管過程中，頂力用于克服管壁與土層之間的摩擦力和頂管機迎面阻力。頂管前應預先對主頂油缸和千斤頂進行選型，頂力計算顯得尤為重要。目前頂管的頂力計算公式較多，既有實際經驗公式，又有理論計算公式，每種都有其特定的適用性。本次采用頂管技術員根據多年操作經驗總結出來的公式進行計算，過程如下：

5.3測量糾偏

在頂進過程中，技術員必須始終貫徹“勤測、勤糾、緩糾”的思想，嚴格控制頂進軸線的偏差，并反復進行測量和校正，使偏差值逐漸減小并回至設計軸線位置，保證頂管機處于正確的軌跡線上。由于激光經緯儀設置在工作井的后方，在頂管時儀器會受外界震動干擾，應定時復測和調整儀器，避免管道頂進時發生偏移。

5.4觸變泥漿減阻

在頂管過程中，隨著距離的增長，管道的摩阻力也隨之增大。為了提高頂管施工的工作效率，減少頂進時的阻力，本工程采取注觸變泥漿措施。

觸變泥漿系統由拌漿、注漿和管道三部分組成。拌漿是把膨潤土材料兌水后攪拌成所需的漿液，注漿前漿液需充分攪拌，使其充分進行水化反應，同時檢查漿液的黏度是否符合要求。注漿泵對漿液進行加壓，漿液通過管道輸送至管節外壁，技術員根據壓力表和流量表的讀數來控制注漿壓力和注漿量，以此來完成注漿工作。

6.結語

石門縣工業污水處理廠廠外管網工程部分標段采用泥水平衡頂管技術施工，工程的順利竣工得益于該施工工藝的先進性，結合現場實際情況來看，泥水平衡頂管機具有操作方便，安全性高，頂管精度高，對環境破壞小等優勢，為非開挖地下管道敷設開辟了一條新路。隨著施工技術在逐步的發展和完善，該工藝及設備必將得到廣泛的推廣和應用。

參考文獻：

[1]董建.應用圖像識別技術的頂管機機頭姿態測量方法[J].市政技術.2009（2）：174-176.

[2]陳鎮松.西江引水工程大直徑鋼管泥水平衡頂管施工技術[J].給水排水.2011（37）：97-100.