泥水平衡式曲線頂管施工技術在電力改造工程中的應用

閆拓宇

（國網江蘇省電力有限公司泗洪縣供電分公司，江蘇 宿遷 223900）

曲線頂管施工環節是非開挖工程建設過程中非常關鍵的部分，隨著城市化建設的快速發展，其諸多優勢被廣泛應用于工程施工過程中，倍受人們的關注。近年來，工程建設不斷發展的同時，泥水平衡式曲線頂管施工技術也在不斷地更新與完善，在電力改造工程施工中發揮著重要的作用，為我國電力基礎建設創造有利條件。

1 泥水平衡式曲線頂管施工技術特征分析

1.1 施工基本原理

油泵作為頂管施工技術實踐過程中非常重要的基礎設備，其主要作用是推進工具管穿過涂層，之后慢慢進入接收井，在井的土層部分埋下相應的地下管道，首先，要進行頂管工作井和接受井之間的施工任務，之后再開展曲線頂管工程施工項目，頂管機頭在步入土層前，應當提前安裝設備和控制機臺，之后在土層當中增加混凝土管道，機頭與接受井連接之后，便對管道完成了鋪設。先將泥水艙充滿泥水，在進入泥水艙前，則需先將泥水注入管道中，泥水則在頂進作業面上方逐漸形成泥皮膜，泥水本身具有較強的壓力，能夠有效地阻隔水泥朝著挖掘面不斷滲透，切削的塊石也會隨著切削刀盤不停地轉動，并慢慢進入泥水艙，高濃度泥漿則在泥水艙不停的攪拌之下，跟隨泥管慢慢輸送至泥水分離系統當中，經過切削之后的砂石會經泥水分離系統進行處理，并經過分離之后排除，泥水在過濾處理之后，則會被壓入泥管道當中，并實現重復利用[1]。

1.2 具體分類

目前，頂管施工的分類方法非常多，可針對頂管施工環節具備的特點，同時根據各種角度進行合理劃分，確保科學區分頂管施工內容，使得施工人員能夠及時明確方案。頂管施工的具體分類與歸納是非常重要的，但是其在分類方法層面依然具有局限性，一般頂管劃分會根據頂管施工實際情況，根據管材、軌跡以及作業形式等進行合理劃分。

2 電力改造工程的改造難點分析

近年來，由于該區域的年用電負荷快速增加，不斷提高主要區域供電安全性與可靠性至關重要，所以，需要對區域內架空線路纜化，為了盡可能滿足夏季用電高峰需求，施工任務非常緊迫。在該工程沿線設置了電纜隧道、電纜溝、電力排管等，施工重點主要是電纜隧道頂管施工，將頂進路徑、周圍環境、地質條件等多方面因素進行綜合分析對比，其中泥水平衡式曲線頂管施工環節是重點。具體為以下方面：結合勘察到的數據，該部分施工段地質狀況比較復雜，包括了雜填土、粉質粘土以及花崗巖層等，因地質狀況不同，因此需要采用恰當的頂管掘進機型，不然頂進過程中很可能會導致地面沉陷，且因無法正常開展頂進施工，容易出現事故，最終可能會造成頂管失敗。該頂管路徑會穿過非常密集的道路，且鄰近需要住宅小區，為了切實保障公眾自身安全，頂進軌跡區域內的地面要確保穩定管理，所以在不同環境下，怎樣合理配置泥漿以及泥水壓力，這也是頂管施工環節中所面臨的重難點。此次工程項目頂管曲線外側，在頂進過程中，曲線外側土體出現擾動，頂進摩阻力也會逐漸增大，為了切實保障曲線段地層穩定，以及頂進操作順利，可使用注漿技術有效解決以上問題。此次工程項目中還有一個難點便是需要穿過花崗巖部分，這一段頂管長度在90m，目前，國內頂管掘進機頭相關研究與實踐并不成熟，此次工程依然處于嘗試階段，所以，在頂進環節中存在很多不確定因素，需要不斷地摸索和積累。此次工程曲線頂管段外壁距離建筑物只有1.5m，所以，在曲線頂進環節中測量和糾偏工作也非常重要，操作難度很大，稍有不慎，將會造成嚴重影響，危及公眾安全。綜上所述，此次頂管工程施工難點主要包括以下方面：地質復雜，掘進機頭的合理選擇是非常重要的。距離建筑物比較近，因此，必須要切實保障人身財產安全，巖石段頂進施工難度比較大，且沉井施工環節容易傾斜[2]。

表1

3 泥水平衡式曲線頂管施工技術在電力改造工程中的應用策略

3.1 泥水平衡式曲線頂管施工技術在前期施工準備階段的應用

工程頂管效果和頂管機頭設備有很大的關系，頂管機的形式通常比較多，在具體施工環節中，應當根據頂管機的特點及工程項目實際情況合理選擇。頂管機選擇需要充分考慮到地質、造價、工期以及環境等多方面因素，不同形式的設備其特點也各不相同，對于地質狀況的整體適應狀況也存在差異，在實際操作環節中，施工效率和地表變形實際控制精度也不同。首先，從地質狀況方面進行分析可知：雜填土的成分十分復雜，時常會有混凝土、塊石等，因擠壓式頂管施工排障能力比較強，所以頂管路徑其中大部分應當優先選擇人工手掘頂管施工方式。坡積粉質粘土為壓縮性土質，其工程性能較好，所以，可使用平衡式頂管施工，砂礫狀花崗巖地質堅硬，可使用具備破碎功能的泥水平衡式頂管機，此次工程項目頂進管道長年在地下水當中，所以泥水平衡式頂管機更加恰當。通過對地質資料數據進行分析，可知雜填土層的實際占比較小，在頂進環節中，可以采用相關輔助方法，可改善松散問題，因此，使用泥水平衡式頂管機更佳。因工程十分緊迫，頂管方式一定要切實滿足質量安全要求，人工手掘式頂管主要起到輔助的作用，當前很多頂管工程中采用該方法比較落后。其施工效率也和頂管的長度、管徑、工程地質狀況等有很大關系，此次工程頂管長度雖然不長，但是其為大口徑曲線頂管施工項目，整體難度非常大，其中部分區域是需要穿過巖石層的，人工方式的實際效率低下，無法滿足實際施工要求。機械式頂管施工可保障頂進速度，尤其是泥水平衡式頂管，泥水輸送作業一般是持續性進行的，頂進速度也非常快。針對地質狀況，通常頂管機速度在50mm/min，根據理論計算頂管施工頂進速度在0.05×60×8=24m/d，頂進速度超過人工施工方式[3]。

3.2 泥水平衡式曲線頂管施工技術在施工階段的應用

此次工程項目曲線頂管施工過程中，會跨越不同性質的巖土層，怎樣針對地質環境條件對泥漿以及泥水壓力調節是非常重要的部分，稍有不慎也可能會導致地面塌陷、頂管失敗，出現安全事故。

泥漿主要是由粘土、水以及外加劑等，按照相應的比例混合而成，所以其具備一定的可調控性，施工性能比較好的泥漿通常具備如下功能：物理與化學穩定性良好，泥漿年度、密度等適當，在泥水平衡式頂管施工環節中，泥漿具有平衡壓力與運輸功能。為了確保頂管路面的整體穩定性，并且合理控制變形正度，在進度施工環節中，主要針對不同階段巖土的特點，對泥漿密度及時進行合理調整。

雜填土，因雜填土的摩擦角比較小，所以頂進環節中一旦存在雜填土段，就需要及時提升泥水的實際密度，確保開挖面處于穩定狀態。

坡積粉質粘性土，因土層內摩擦角和雜填土相比更大，所以，頂進環節中，使用的水泥密度可比雜填土低，此次工程項目中采用的泥水密度在1.026～1.073。

砂礫狀花崗巖，土層中的黏土成分非常少，泥漿在使用環節中，也會直接損失黏土，為了使得泥漿黏度與密度較大，在頂進環節中，當遇到相同土層時，則需要在泥漿中適當增加黏土，此工程項目的水泥密度在1.223[4]。

3.3 泥漿分離處理技術

泥漿的實際質量對泥水平衡頂管施工過程及整體質量有著直接的影響，為了保持泥漿的運行制劑質量，就需要對泥漿進行有效的凈化處理，從而為泥水平衡頂管施工環節提供更加良好的泥漿。該工程項目主要使用自動泥漿凈化處理設備，頂管機當中的污漿被排出之后，經過分配器進入污水處理系統當中，同時經過機器的篩選，選擇出其中3mm 以上的部分，并分離出來，泥漿經過處理之后，逐漸流入調漿池當中。此次工程項目中使用自動泥漿處理機械設備，其能夠有效提升泥漿的利用率，同時也能夠減少在實際運輸環節中可能對環境造成的不良影響，減少運輸成本。

3.4 注漿減摩技術

由于頂管掘進設備在實際操作過程中，首個潤滑工作站和其他的注漿目的有所不同，因此，需要根據實際情況，合理配置泥漿，第一個潤滑工作站的主要目的是為了能夠快速填充頂管掘進機形成的環形空間，避免塌孔，其他部分注漿目的則是在現有基礎之上，快速填補泥漿，并減少管節側壁阻力。管道頂進施工之前，需要先打開潤滑站閥門，并完成泥漿壓注，讓沿線砼管節處于懸浮的狀態，這樣也能夠減少關節的摩擦阻力。管道頂進環節中應當高度重視頂管掘進機頭首個工作站的注漿操作，避免由于配置不當，或者是未能及時進行注漿導致出現塌孔現象，避免出現地面塌陷事故。曲線頂進施工，可以判斷曲線部分的空隙和直線相比更大，所以，曲線部分應當增加壓漿量。頂管如果遇到特殊原因，暫停頂進之后，要及時完成補漿工作，補充砼關節在擠壓周邊土體后產生新的空隙。頂管施工后，要及時使用水泥粉煤灰砂漿，并通過潤滑工作站完成壓漿，管節和孔洞間的泥漿環需進行固化，這樣也能夠有效避免地面出現沉降情況。

4 結論

泥水平衡式曲線頂管施工技術因其造價低、安全性高、對周圍環境影響也比較小，電力改造工程項目施工過程中，多適用于地質土層比較硬，且工期緊迫的部分，通過合理設計與布置，適當縮小和頂管機頭之間的距離，能夠有效避免中繼間損壞。為了避免地面下沉與頂進難度較大，應當對泥漿的密度進行科學合理的把控。