泥水平衡頂管施工工藝在污水管網(wǎng)敷設(shè)中的運用探討

李小坤

廣東粵海控股集團有限公司

1 前言

泥水平衡頂管施工方案，采用全斷面切削土體的形式，利用泥水壓力既能平衡土壓力、地下水壓力，又能輸送廢棄的土體。在污水管網(wǎng)敷設(shè)工程中，泥水平衡頂管施工工藝的適用范圍廣，由于工藝簡單、安全性高，因此應用廣泛。具體到現(xiàn)場施工中，工藝流程是什么？應注意哪些事項？下面對此進行探討。

2 泥水平衡頂管施工工藝原理和優(yōu)點

2.1 工藝原理

泥水平衡頂管施工工藝的原理，是在主頂油缸的頂進作用下，促使工作井中的頂管機進到止水環(huán)，電動機提供的能量促使刀盤切削土體和石塊，進入泥水艙和泥漿混合，泵送至地面集中處理，形成泥漿后可以循環(huán)利用。頂管機向前運動的同時，在持續(xù)頂力作用下，穿越土層最終到達接收井，完成管網(wǎng)敷設(shè)目標。

2.2 優(yōu)點

總結(jié)泥水平衡頂管施工工藝的優(yōu)點有：①適用范圍廣，目前在市政管道工程中普遍采用，尤其適用于長距離頂管施工、穿越建筑物、地質(zhì)狀況復雜的地區(qū)。②利用泥水平衡維持土壓力，頂進管道處于主動和被動土壓之間，能維持掌子面的穩(wěn)定性，有效控制地面沉降，不會干擾周圍土體。③頂管機向前掘進時，泥漿自動輸送至地面，期間不需要人員掏土、運土，作業(yè)更加安全。④施工作業(yè)連續(xù)，能加快施工進度，縮短工期。⑤在激光導向下頂進管道，配合糾偏措施，可提高施工精度，滿足質(zhì)量要求。

3 泥水平衡頂管施工工藝在污水管網(wǎng)敷設(shè)中的運用

3.1 工程概況

以某市的污水管網(wǎng)敷設(shè)工程為例，主干管網(wǎng)總長度為6.6km，設(shè)計日處理污水2 萬立方米，納污面積共計8.2km2。其中，開挖埋管段長度1.6km，泥水平衡頂管敷設(shè)長度5.0km。該區(qū)域主要穿越卵石層，卵石粒徑在20mm～50mm 之間，形態(tài)呈橢圓狀，級配良好。

3.2 系統(tǒng)組成

本次工程中，采用GMD泥水平衡頂管系統(tǒng)，組成結(jié)構(gòu)如下：①頂進子系統(tǒng)，包括導軌、頂鐵、油缸、鋼靠被、千斤頂?shù)龋δ苁菍敼軝C、管節(jié)進行頂進。②測量子系統(tǒng)，包括經(jīng)緯儀、光靶、刻度盤、傾斜儀、監(jiān)控系統(tǒng)，可對頂管軸線進行追蹤測量，判斷機身的偏轉(zhuǎn)角度，及時進行糾偏。③泥漿處理子系統(tǒng)，包括送漿泵、排漿泵、輸泥管、泥漿處理裝置、沉淀池等，通過泥漿循環(huán)，將廢棄的碎石土排出井外。④操作子系統(tǒng)，是整個系統(tǒng)的控制中心，能對其他三個子系統(tǒng)進行控制，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

3.3 施工工藝

第一，頂管出洞。頂管機頭、第一節(jié)鋼筋混凝土管從前墻進入土壤，這是一道重要工序。準備工作完成后，將機頭吊裝在軌道上方，調(diào)節(jié)方向后頂管即可出洞。考慮到前墻上有預留的洞口，為了防止工作井外部的水土進入井內(nèi)，要采取密封措施。密封時，以管道中心線、預留孔為基準，將鋼質(zhì)內(nèi)套環(huán)置于預留孔和管節(jié)之間，外部焊接在預埋鋼板上，促使橡膠和管節(jié)貼合在一起，如下圖所示。如果工作井周邊有大量地下水，應提前在出洞口灌入水泥漿，促使土壤板結(jié)，防止外部泥水進入井內(nèi)。密封完成后，機頭頂端即可破墻出洞，輔助利用風鎬清理內(nèi)層墻體；然后推動機頭，利用刃口破壞外層墻體，即可推動頂管。

圖1 工作井洞口密封結(jié)構(gòu)示意圖

第二，注漿減阻。頂管在頂進過程中，為了減小阻力，應在管壁外部的縫隙里注入泥漿，起到潤滑效果；頂進的同時及時補漿，泥漿能對地層產(chǎn)生支承作用，保證施工穩(wěn)定性。具體流程是：①布置注漿孔，管節(jié)制作時保留數(shù)個孔洞，將無孔節(jié)管、有孔節(jié)管組合起來。②準備壓漿設(shè)備，包括注漿泵、注漿管道、攪拌器、管道閥門、壓力計等。③配置漿液，由膨潤土、水、摻和劑組成，合理確定比例。④置換泥漿，頂進完成后置換泥漿，其中水、水泥、粉煤灰的占比為50%、25%、25%，凝結(jié)后拆除管路，對注漿孔進行封閉。

第三，頂進作業(yè)。機頭頂部進入洞口密封圈，頂管即可推動，頂管機進入土體的長度，要小于管道直徑。為了避免機頭下沉，可縮短導軌和穿墻管之間的間距，減小頂管機的懸臂長度；穿墻時加快速度，并在穿墻管中安裝定心環(huán)。頂進時，在前段、后段安裝糾偏油缸，避免出現(xiàn)偏差。為了防止地面下沉，措施如下：①吊裝并垂直運輸管節(jié)，清理現(xiàn)場障礙物；②選擇合適規(guī)格的鋼插口和吊車，滿足管材自身重量要求。

第四，安裝管節(jié)。管節(jié)進場后，及時進行質(zhì)量驗收，由監(jiān)理人員檢查驗收，合格即可置于堆放區(qū)，不合格則要返廠處理。將管節(jié)吊放至導軌上，做好準備工作后，頂管承插口的尺寸、結(jié)構(gòu)均滿足要求，即可正式頂管。管節(jié)連接前，在接口部位安放木質(zhì)襯墊；頂管結(jié)束后，利用聚氨酯密封膏對縫隙進行充填。

第五，管道頂進。工作井內(nèi)的設(shè)備安裝后，檢查性能是否正常，即可嘗試頂管作業(yè)，流程是：檢查設(shè)備的水平度、豎直度；準確放置管節(jié)；復核標高無誤，嘗試頂管并調(diào)整參數(shù)，就能正式頂管作業(yè)。頂進時，開始的5m嚴格控制，軸線和高程偏差，均要控制在10mm 以內(nèi)。由于施工時需要頻繁開挖、頂管，應該加大監(jiān)控力度。管道頂進時，工藝流程是：①放置頂鐵，調(diào)整刀盤推力、泥漿壓力，頂進時根據(jù)機頭倉的泥漿狀態(tài)，及時補水、補漿。②關(guān)閉油泵，啟動控制閥，千斤頂回油，此時活塞回縮。③增加頂鐵，重復以上步驟，直至所有管節(jié)安裝完成。④拆除頂鐵，放置管節(jié)。

4 泥水平衡頂管施工期間的注意事項

4.1 糾偏校正

施工期間，隨時糾正偏差，將誤差控制在允許范圍內(nèi)。常用的糾偏方法有：第一，挖土校正，誤差在10mm～20mm 之間，可以調(diào)整不同位置的挖土量，實現(xiàn)糾偏目標。第二，強制校正，誤差超過20mm，應該反復進行測量，利用測量數(shù)據(jù)強制校正，確保頂管機處于正確的軌跡上。

4.2 管線試驗

施工過程中，管節(jié)對接后要及時進行氣密性試驗，滿足要求才能繼續(xù)推進，否則就要重新安裝作業(yè)。井室完工后，使用磚砌管封住管道兩端，3～4小時后開展閉水試驗。試驗前，檢查管道、井身，看有無滲水漏水現(xiàn)象；試驗期間，要求水位在上油管內(nèi)端2m以上。

4.3 問題處理

第一，鋼筋混凝土管道接口滲漏。分析原因是：①管道接頭和密封材料的質(zhì)量不合格，或在運輸和卸載過程中發(fā)生損壞；②管道接口、止水裝置的選擇，和實際要求不一致。對此，處理方法是：如果滲漏量小，使用環(huán)氧樹脂水泥砂漿充填；如果滲漏量大，采取大面積化學注射法。

第二，鋼筋混凝土管出現(xiàn)裂縫。分析原因是：①管道的設(shè)計強度不達標；②頂進作業(yè)時，承受天花板的壓力較大，或軸線偏離過大，導致管節(jié)出現(xiàn)應力裂縫；③輸送過程中，管道裂縫發(fā)生斷裂。對此，處理方法是：根據(jù)裂縫的方向和大小，采用合適的加固方案，常用的加固劑有環(huán)氧樹脂、粘固劑、水泥砂漿等。

5 結(jié)語

綜上所述，泥水平衡頂管施工工藝具有諸多優(yōu)點，在市政污水管網(wǎng)敷設(shè)中應用普遍。文章結(jié)合工程實例，從頂管出洞、注漿減阻、頂進作業(yè)、安裝管節(jié)、管道頂進五個方面，介紹了施工技術(shù)要點，指出相關(guān)注意事項。希望通過本文，為類似施工作業(yè)提供借鑒，切實提高施工質(zhì)量。