浅谈泥水平衡顶管施工方法及措施

王维华李靖代一黄智杰

王维华李靖代一黄智杰

中国建筑土木建设有限公司北京100070

摘要：结合工程实例，简要介绍泥水平衡顶管施工方法和技术措施，提出从施工准备到管道顶进全过程及相关措施，对今后同行起到借鉴作用。

关键词：泥水平衡顶管施工方法；技术措施、质量保证。

一、工程概况

1、工程概述

本工程顶管，管径为D1000、D1200钢筋混凝土钢承口B管，总长4055米；工作井21座，可向前后两个方向顶进，接收井22个，前后两个方向均可接收顶进管；单管顶程最大长度122米，最短105米。

2、地质条件

①1层素填土：该层层厚介于0.50～1.00m之间，层底标高介于770.85～775.84m之间。

②层粉土：该层层厚介于1.00～4.70m之间，层底标高介于764.83～769.50m之间。

③层粉土：该层层厚介于5.80～7.50m之间，层底标高介于757.43～759.70m之间。

根据地质条件及本工程实际情况综合考虑，顶管施工采用泥水平衡法施工。

二、施工步骤

1、在降水、水泥搅拌桩加固等措施下，确保工作井、接收井施工完成，同时混凝土强度达到顶进所需强度后，则可顶进工作。

2、以增加机头，多开工作面为原则，确保施工进度计划。

3、每个工作井一个顶程结束后，将掘进机头从接收井中吊出，作必要的检修，再重新投入到同一个工作井中，向另一个方向进行顶进。一个工作井前后两个方向顶进工作全部结束后，将其机头吊运至另一个工作井的作业面，直至顶管工作全部结束。

三、顶管施工方法及技术措施

顶管工艺分为四个阶段：进洞前准备，穿墙出洞，正常顶进阶段，出洞及收尾阶段。

1、进洞前准备

进洞前准备工作主要包括：吊车就位→基坑导轨测量就位→洞口止水装置安装→主顶油缸组及后靠→机坑导轨安装就位→泥水系统机坑旁通阀组→管道系统安装就位→操作平台搭建→电气控制线路布置→储水箱及泥水泵安装就位→压浆系统及其管道安装就位→掘进机头下井就位→各部分设备调试运行→联机总调试→洞口地基加固措施→顶进轴线复测→管节堆放检验→触变泥浆搅拌储存。

2、洞口止水措施

为保证管子能顺利从工作井内出洞，应采取工作井预留洞口比管节外径略大些（一般为10cm），为防止事故的发生，在顶进时管节与预留口的间隙应采取有效措施将其封闭，否则地下水和泥砂就会从该间隙流到工作井内，影响周边建筑物安全及工作井内机具设备无法正常工作。

本工程中洞口止水方法是沉井制作时，预先在洞口预埋一个10mm厚钢法兰，在钢法兰上焊接螺栓，安装16cm厚橡胶法兰，用10mm厚钢压板压紧。

3、穿墙出洞及注意事项

从打开洞口，将掘进机头顶出工作井外，这一过程称为穿墙。穿墙是顶管施工中的一道重要工序，因为穿墙后机头方向的准确性会给以后管道的方向控制和井内管节的拼装工作带来很大的影响。穿墙时，首先要防止井外的泥水大量涌入工作井内，严防塌方和流砂。

（1）在沉井下沉时首先在洞口处砌筑砖墙，同时进行降水，当沉进口下沉时，要注意防止沉井周围钢筋、碎砖石等，随沉井一同下沉，必须将其清理干净，否则当机头出洞时，钢筋等杂物将进入绞笼，损坏绞刀，致使顶管不能正常顶进。

（2）当机头准备出洞时，首先应破除砖封洞口并将杂物清理干净，将机头安放到工作井井壁内，当止水橡胶法兰与机头充分结合后，进行顶进作业。

（3）防止机头穿墙时下跌，下跌的原因一是穿墙初期，因入土较少机头的自重仅由两点支撑，其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体，这时作用于支撑面上的应力很可能超过允许承载力，使机头下跌；为防止掘进机头下跌，可采取水泥搅拌桩延顶进方向加固土体，延伸导轨，保留洞口三分之二砖墙厚度，顶力合力中心低于管中心（约R/5-R/4）或将前部管子（3节左右）同掘进机用连接件连接成整体。

4、出洞及正常顶进阶段

打开洞门、机头顶入洞口后下设备，转接油管、电缆及泥水管后继续顶进，油缸顶到位后，拆除泥水管和电缆，第一节管子下井，设备与第一节管合拢，接通泥水管和电缆继续顶进。重复上述过程。在顶进过程中每顶一节管对顶进轴线作一到二次测量，确定纠偏的方向和时机。

泥水系统的设定水压力一般比地下水压高0.5kg/cm2，这要根据埋深及地下水位高低情况而定。

四、顶进线型测量及控制

顶管施工时采用激光经纬仪进行测量。

顶进轴线的偏差与管道的顶进阻力、地面沉降、管道接口的水密性及管道水力条件有很大关系，所以下面的控制及量测方法是必不可少的。

在工作井后靠前设一牢固的测量平台，平台高度与轴线标高相匹配可作少量调节，激光经纬仪安置在平台上，调整红外线激光方向，高度与设计轴线一致，现场结合机头前后壳体间折角，机头滚动角，二维倾斜仪读数，即可测出机头的现存偏差及发展超势，从而确定纠偏动作的方向、大小及时机。

为了消除测量基准的误差，每顶进50米要对测量基准作一次复测。

五、对地下管线保护及建筑物沉降控制

本工程顶管机具有自动平衡正面土压力、水压力的特点，故正面水土流失引起的地面沉降较易控制。在出洞后第一节管顶进后，即可把正面土压、水压调整到最佳值。另一方面，顶进轴线偏差也会引起较大的地面沉降，故在顶进操纵时，操纵人员要认真仔细分析机头偏差量。

按泥水机械平衡式顶管法施工经验，在饱和含水软土地层施工的综合平均地层损失可控制在2%之内，根据派克公式，本工程7－9米埋深的情况下，轴线地表平均沉降量预计约在6mm左右。乘上1.7离散系数，最大沉降约有15mm左右。

在整个顶进管线上方每隔10米布置一沉降观察断面，在顶进机头前10米后20米范围内每顶一节管子，测量记录两次地面沉降数据，仔细分析沿线地面沉降后，做好压浆点、量的安排，以填充管外土体扰动缝隙。

六、顶管施工质量保证措施

1、顶管施工前落实顶管专项施工方案，通过专家评审后才能施工。

2、要认真学习熟悉顶管施工技术规范及设计图纸，并组织监理、建设、设计单位进行图纸交底。

3、认真分析地质资料，摸清水文地质情况，并制定详细的技术措施。

4、顶管前，技术管理人员应向作业班组进行详细的技术交底，并办好书面手续。

5、项目部应派专人对混凝土管材从质量、保管、安装等进行全面监督。

6、顶管注浆工艺是施工的关键，必须从膨润土的材料、搅拌、压注浆进行全面监控。

七、工程验收

顶管施工完成以后，把管内打扫清理干净，按设计要求做好接口的处理工作，然后进行闭水试验，合格后方可交工。

参考文献：

[1]王飞.浅谈顶管法的应用与技术措施[J].科技信息（科学教研），2013（03）

[2]吴面娟。城市污水管道顶管想工工艺及问题[J].料学资讯，2013（04）