泥水平衡式頂管施工技術在電力改造工程中的應用

周毅

摘要：泥水平衡式頂管施工技術具有綜合造價低、施工安全性好、交通影響小和環境影響小等優勢，比較適用于工程地質土層較硬和工期緊迫及地下水位較高的工程中。文章從施工原理和施工種類上介紹了泥水平衡式曲線頂管施工的原理及分類;進一步分析了泥水平衡式曲線頂管施工技術在電力改造工程中的設計與技術控制;討論了泥水平衡式曲線頂管施工技術在電力改造工程中的安全技術措施。

關鍵詞：泥水平衡式;沉降控制;電力改造;安全質量措施

0引言

非開挖工程技術的一個重要分支就是頂管施工工作，在當代城市化建設中因其優勢越來越受到廣大工程界人員及民眾的青睞，如綜合造價低、施工安全性好、交通影響小和環境影響小等優勢。泥水平衡式曲線頂管施工技術是貫徹可持續發展戰略目標的一個重要手段，隨著近幾年相關工程機械技術的發展，曲線頂管施工技術正日益完善，將其應用到復雜地質下的電力改造工程中正在逐漸走向成熟[1]。

1泥水平衡式頂管施工的原理及分類

1.1施工原理

主頂油泵是頂管施工方法的主要設備，主要推動工具管或者挖進機穿過涂層，然后進入接收井;在兩個井的管線土層連接和埋設地下管道。要先完成頂管工作井與接受井的施工，再進行頂管施工項目，在頂管機頭進入土層之前需要先安裝好頂進設備與控制機臺，隨后在管線土層中頂入混凝土管節，在機頭被頂進接受井后，就完成了混凝土管道的鋪設。

1.2施工分類

有多種分類方法來對頂管施工進行分類，可以根據頂管施工的某一特征，在結合不同的角度來進行劃分，這樣有利于區分頂管施工和方便工程人員的認識。對頂管施工的分類和歸納是十分重要的，它們在分類方法上還存在著局限性，通常頂管的劃分會按照頂管施工可按管材、頂進軌跡、頂管作業形式等。

1.3施工基本工作原理

利用泥水壓力來平衡地下水和土層的壓力就是泥水平衡頂管施工技術，其進出泥漿的量來實現主要是通過泥漿泵來進行控制的。在機械式頂管機頭切削刀盤的后方設置一道切削刀盤與封閉隔板之間的空間的封閉隔板（泥水艙）就是泥水平衡頂管施工的原理[2]。頂進施工的基礎是泥水的密度，而泥水的密度需要根據不同的地質條件將水和粘土加入外加劑進行配置。如圖1所示為泥水平衡頂管施工工作原理，泥水需要先充滿泥水艙，在進入泥水艙之前需要先將泥水送入送入送泥管道，進而泥水在頂進作業面上形成一道不透水的泥皮膜，泥水具有一定的壓力，可以有效地阻止該泥水向挖掘面滲透。切削下來的塊石砂土會隨著頂管機頭切削刀盤不斷地轉動頂進進入泥水艙，富含切削砂石的高濃度泥漿會在泥水艙的攪拌下隨排泥管輸送到泥水分離系統，被切削下來的砂石經泥水分離系統的處理被分離后排出，泥水在經過過濾處理后被壓入送泥管道進行重復利用。

其中A表示頂管機頭切削刀盤;B表示泥水艙;C表示送泥管;D表示排泥管;E表示電動機;F表示攪拌器;G表示隔板;H表示千斤頂

2泥水平衡式曲線頂管施工技術在電力改造工程中的設計與技術控制

2.1頂管掘進機選型

頂管機頭設備的選擇非常重要，它決定著工程頂管是否可以成功。頂管施工技術具有特殊性和多樣性，在具體電力改造工程中應用時要與實際情理相結合，選擇合適的機型。在選擇頂管機時要綜合考慮多種因素，如工程地質情況、環境保護、水文地質等情況等。不同形式的頂管機對各種地質情況的適應性不同，在實際操作過程中需要根據施工效率與地表變形控制來選擇[3]。

2.2頂管頂力估算

頂管頂力的公式既有理論計算公式，又有經驗公式，頂力估算公式較多，但是每種公式都有其特定的適用性。從力學的角度進行分析計算的理論公式適用范圍比較廣泛，根據地方施工經驗數據的統計分析的經驗公式適用范圍較窄，但是也具有一定的使用借鑒意義。泥水平衡式曲線頂管施工技術在電力改造工程中的應用的頂力估算公式為：

公式（1）、（2）中，Rs表示頂管掘進機迎面阻力（kN）;B表示土的標準貫入擊數;R表示估算的總頂力（kN）;Es表示掘進機外徑（m）;E1表示管道的外徑（m）;f表示頂進時，管道表面與其周圍土層之間的摩擦系數（0.6）;D表示管道所處土層的重力密度（kN/m3）;?表示管道所處土層的內摩擦角;T表示道頂部以上覆土厚度（m）;C表示管道頂進長度（m）;Z表示管道單位長度自重（kN/m）[4]。

2.3中繼站的設計與布設

位于頂進管道某些位置的為中繼站（中繼環）也叫中繼間，把頂進管道劃分為若干個頂進區間，它由多個頂推油缸、頂進管道、特殊的鋼制外殼、均壓環等組成，頂推油缸均勻分布于保護外殼內。若頂進力超過主頂工作站的頂推能力，后座裝置所允許承受的最大荷載時布設中繼間。

3泥水平衡式曲線頂管施工技術在電力改造工程中的安全技術措施

3.1泥水平衡式曲線頂管施技術在電力改造工程中質量通病防治

因為沉井井位以下地層情況分布比較不均勻，容易產生傾斜現象，當同一水平線上的不同土層承載力相差較大時，容易對周邊建筑物、構筑物、市政管線及施工人員的安全構成威脅[5]。可以采取以下措施進行質量通病防治：將一臺小型反鏟挖掘機吊運在工作井內，緩慢挖掘下沉較少一側的刃腳土層，再利用人工對較硬的土層進行鉆眼破碎;在下沉較多的一側設置一組液壓頂進設備;在下沉較少的一側設置牽引設備。

3.2臨近建筑物頂管施工安全技術措施

地下土層會受頂管施工的影響，造成擾動產生應力重分布，甚至會引起地面表層產生沉降等。周圍的建筑物和城市交通會受地面沉降的影響，嚴重的地面沉降會引發嚴重事故。想要避免在頂管施工過程中對周邊建筑物及市政設施造成破壞，需要對地面沉降進行嚴格控制。因此，在施工前需要收集資料制定方案[6]。

3.3曲線段管節破裂

在復雜地質條件的長期作用會對電纜隧道安全造成威脅，在曲線頂管過程中， 單點集中應力大于砼管節抗壓強度時，曲線段內側的頂端容易產生應力集中現象。其安全技術防治措施如下：砼管節進入曲線段后，在接縫上下部分分別插入緩沖枕木;選取優質木材（彈性好、重量輕和受周圍溫度變化影響小）作為緩沖枕木，進行厚度及圓弧尺寸二次加工;頂進結束后采用水泥砂漿填充兩管節之間的接縫空隙。

4結語

泥水平衡式頂管施工技術具有綜合造價低、施工安全性好、交通影響小和環境影響小的優勢，在電力改造工程中適用于工程地質土層較硬和工期緊迫及地下水位較高的工程中，其在工期方面有較高的優勢，而且在中繼間的設計與布設可以看出理論計算可以應適當縮小第一個中繼間與頂管機頭的距離，減少中繼間損壞[7]。頂進路徑巖土特性對泥水平衡式頂管施工的要求較高，為了防止地面下沉及頂進困難的后果，需要對泥漿的相對密度進行嚴格把控。

參考資料：

[1] 潘立.大刀盤泥水平衡式長距離大口徑頂管施工技術[J].建筑施工，2016，38（08）：1132-1134.

[2] 羅方吉.山地城市頂管施工技術適應性評價研究[D].重慶交通大學，2015.

[3] 謝延鎖，李小杰，劉亞松，王鵬.淺埋大管徑頂管施工全過程數值模擬分析研究[J].現代隧道技術，2018，55（S2）：459-465.

[4] 吳發展.頂管施工關鍵技術研究及中航支線工程實踐[J].廣東土木與建筑，2019，26（05）：72-76.

[5] 李剛.泥水平衡頂管機在拱北隧道曲線管幕工程中的應用[J].鐵道標準設計，2015，59（04）：98-101.

[6] 馬勝利.淺論拱北隧道暗挖段曲線管幕頂進沉降控制技術[J].施工技術，2015，44（S1）：181-184.

[7] 李小杰，馮輝，劉亞松，全有維，王鵬.淺埋頂管隧道施工過程對臨近淺基礎建筑物的影響研究[J].公路交通科技（應用技術版），2019，15（01）：209-213.