淺談泥水平衡式頂管施工工藝及質量控制

梁建軍

摘要：頂管技術作為一種地下管道施工手段，無需大量挖泥、挖土及破壞路面，在道路、鐵路、建筑物、河床下等特殊地段敷設管道、電纜等施工工程，可避免為疏干和固結土體而采用降低水位等輔助措施，從而大大加快施工進度、節省大量投資，是真正的無污染、高效率的施工技術，文章對泥水平衡頂管施工工藝及其質量控制進行了探討。

關鍵詞：泥水平衡；頂管施工技術

一、 泥水式頂管施工分類及優點

完整的泥水頂管系統分為八大部分：第一部分是掘進機。它有各種形式，因而也就有區分各種泥水頂管施工主要依據；第二部分為進排泥系統。普通泥水頂管施工的進排泥系統大體相同；第三部分是泥水處理系統；第四部分是主頂系統，它包括主頂油泵、油缸、頂鐵等；第五部分是測量系統；第六部分是起吊系統；第七部分是供電系統；第八部分是洞口止水圈、基坑導軌等附屬系統。泥水式頂管施工有以下優點：

1、 適用的土質范圍比較廣，如在地下水壓力很高以及變化范圍較大的條件下，它也能適用。

2、 可有效地保持挖掘面的穩定，對所頂管子周圍的土體擾動比較小。因此，采用泥水式頂管，特別是采用泥水平衡式頂管施工引起的地面沉降也比較小。

3、 與其他類型頂管比較，泥水頂管施工時的總推力比較小，尤其是在粘土層這表現得更為突出，所以它適宜于長距離頂管。

4、 工作坑內的作業環境比較好，作業也比較安全。由于它采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土、搬運土方等容易發生危險的作業。它可以在大氣常壓下作業，也不存在采用氣壓頂管帶來的各種問題及危及作業人員健康等問題。

5、 由于泥水輸送棄土的作業是連續不斷地進行的，所以它作業時的進度比較快。

二、 泥水平衡式頂管施工常見問題的分析及預防

1、 管道軸線偏差過大。偏差結果：管道軸線與設計軸線偏差過大，使管道發生彎曲，甚至造成管節損壞，接口滲漏。

糾偏措施：（1） 頂管施工前對管道通過地帶的地質情況認真調查，指導糾偏。糾偏按照“勤測量、勤糾偏、小量糾”的操作方法進行。（2） 采用同種規格的千斤頂，使其頂力、行程、頂速相一致，保持頂力合力線與管道中心線相重合。（3） 加強頂管后背施工質量的控制，確保后背不發生位移，并使后背平整，以保證頂進設備的安裝精度。（4） 頂進過程中隨時繪制頂進曲線，以利指導頂進糾偏工作。

2、 地面沉降或隆起。沉降或隆起結果：頂管施工過程中或施工后，在管道軸線兩側一定范圍內發生地面沉降或隆起，使管道周圍道路交通受到影響，甚至危及到正常使用和安全。

防治措施：（1） 嚴格控制頂管軸線偏差，執行勤測量、勤糾偏、小量糾的操作方法。（2） 在頂進過程中及時足量地注入符合技術標準的潤滑支承介質填充管道外圍環形空隙。施工結束及時用水泥或粉煤灰等置換潤滑泥漿。（3） 嚴格控制管道接口的密封質量，防止滲漏。

3、 頂力突然增大。增大現象：在頂進過程壓力表指針突然增大。

防治措施：（1） 按不同地質條件配制適宜的泥漿，并采取同步注漿的方法，并及時足量的沿線補漿，經常檢查膨潤土質量，特別是不得含砂。（2） 頂進施工前對頂進設備進行認真的檢修保養。（3） 停頂時間不能過久，發生故障及時排除。

4、 鋼筋混凝土管節裂縫。裂縫現象：管節縱向和環向有明顯裂縫，造成管道滲水、漏水。

預防措施：（1） 管材進場后要進行質量驗收，驗收不合格要及時退貨。（2） 頂進時嚴格控制管道軸線偏差，控制頂力在管節允許的承壓范圍以內。（3） 在管節運輸過程中采取管墊等保護措施，并做到吊（支）點正確，輕裝輕卸。

5、 頂管前端正面土體坍塌。坍塌現象：頂管施工中實際出土量遠遠大于理論出土量，且地面有明顯塌陷。

預防措施：頂進施工中采取短開挖、勤頂進的方法，并隨時注意到土質的變化情況，向土倉內加泥漿，使出土量與頂進量基本一致，保持土倉壓力平衡。

三、 泥水平衡式頂管施工質量控制措施

1、 頂進軸線控制措施。（1） 導軌安裝必須嚴格控制其精度：軸線位置：3mm；頂面高程：0～+3mm；兩軌間距：±2mm。確保機頭出洞有良好的導向。 （2） 頂進初始階段，根據激光點的位置隨偏隨糾，在開始的100m，將平面及高程偏差控制在20mm以內。頂進階段要做到勤測勤糾，每項糾偏角度應保持10′～20′不得大于1°。偏差較大或有偏差趨勢時加大測量頻率。（3） 認真做好測量及糾偏記錄，測量結果必須反映機頭切口的偏差情況。并分別繪制平面、高程偏差曲線圖。根據曲線圖認真分析可能發展趨勢，制定切實可行的糾偏方案。 （4） 設置軸線偏差報警值，頂進過程中，軸線累計偏差值超過50mm或每米管節偏差超過3mm時，需組織技術人員進行分析研究，分析其可能的發展趨勢，制定切實可行的糾偏方案。（5） 頂進過程中，每頂進100m，測量人員必須對測量控制點進行復核一次；距離進洞口200m以內，每頂進30m對測量控制點復核一次。每次復核必須從業主提供的原始控制點開始進行復核，一直復核到機頭切口，確保頂管順利進洞。

2、 后靠穩定保證措施。（1） 后座安裝時必須與后座支墩緊貼，并與頂管軸線垂直，頂進過程中經常檢查后靠的穩定情況。（2） 在后靠上設置位移觀測點，每頂進一節管子，對后靠進行一次位移觀測。如發現后靠有位移甚至開裂等情況，根據具體情況研究解決方案。（3） 當頂力接近后靠頂力設計值時，盡早開啟中繼間。

3、 沉降控制措施。（1） 控制地層損失，在頂進初始階段30m，設立地面沉降實驗段；在頂進結束時及時關閉出土閥，同時刀盤停止旋轉，杜絕主頂停止頂進時機頭刀盤空轉、排泥等人為影響地表沉降的因素。（2） 控制注漿量。（3） 控制糾偏幅度。（4） 管材供應及拼裝。（5） 泥漿置換。

4、 頂管施工監測。工程監測是確保工程質量、施工安全的重要手段。首先布設沉降觀測點，然后設置監測報警值，并對管線部位的要求設置報警值，根據施工進度，在不同階段應有不同的監測頻率。

四、結論

頂管技術作為一種地下管道施工手段，無需大量挖泥、挖土及破壞路面，在道路、鐵路、建筑物、河床下等特殊地段敷設管道、電纜等施工工程，可避免為疏干和固結土體而采用降低水位等輔助措施，從而大大加快施工進度、節省大量投資，是真正的無污染、高效率的施工技術，已有一百多年歷史。隨著液壓技術的進展，大型千斤頂的采用，才使其在技術上有可能獲得迅速推廣。與傳統的“挖槽埋管法”相比，適應當前的環保要求，去除因傳統施工所造成的塵土飛揚、交通阻塞等擾民因素，這一技術還可以在一些無法實施開挖作業的地區鋪設管線。

參考文獻：

[1] 魏綱，魏新江，徐日慶.頂管工程技術[M].北京：化學工業出版社，2011.

[2] 葛春輝.頂管工程設計與施工[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

（作者單位：山東水利建設集團有限公司）