王纪恩

(太原市排水管理处，山西太原 030006)

大口径长距离机械顶管的施工技术占地面积比较小，施工过程控制严格，能够有效地保证交通的畅通，在穿越公路、铁路、河流以及建筑物等一些障碍物的时候能够大大减少沿途的拆迁工作量，有效地降低工程的造价。因此，深层次地研究分析顶管技术及其应用显得意义重大。

1 工程概况

在市政污水处理工程中，大口径长距离的污水管道的铺设是工程中经常会遇到的一项问题。伴随着顶管施工技术的不断推广应用，目前顶管施工技术的研究已经成为一项引人关注的课题。

一些不允许实施开挖的工程路段，采取顶管技术是最理想的选择，它是地下管道中常用穿越障碍物的方法。施工的过程中，首先工作井要设置好，并且在其内部安装顶管机导轨及液压千斤顶，然后借助于顶管机的掘进和千斤顶的定力把预制的那些管段顶入地层，一边顶进一边接长管段，一直到越过那些障碍物，并最终抵达接收的井中，如果顶进过程中须克服的阻力超过千斤顶的能力，需要适当增加中继站。

某市政污水处理厂采用顶管施工技术外截污干管，污水管道的总长度大概有1 000 m，在地层下边9 m～12 m处选用直径为1.6 m的钢筋混凝土的焊管，运用气压平衡和泥水平衡两种方法试点顶进施工，顶管的总长度为965.6 m，虽然在施工过程中遇到些困难，但是通过试点，该施工技术获得了圆满的成功，赢得了很好的社会和经济效益。

2 机械顶管施工技术基本原理

机械顶管施工技术主要是借助于主顶油缸和中继站的顶进力，从工作坑内把顶管掘进机或者是工具管穿过土层直到顶进到接收坑内以此来吊起来。同时，要把跟随其后的掘进机或者是工具管后在两个工作坑间进行埋设。本文主要阐述气压平衡顶管技术和泥水平衡顶管技术的基本工作原理。

气压平衡顶管的工作原理是:气压平衡法顶管是设置两道气压的密封门在顶进管道的前面的工具管内，第一道门关闭时，在前舱充进压缩的空气，正因为压缩空气渗透进正面地层的空隙中，从土壤的缝隙中把掘进机前面的土层中的地下水排挤到远处，才能提供一个无水稳定的作业环境给工具管，与此同时，气体的压力也稳定着机头前面土体的开挖面一直不会坍塌。第二道门关闭增压促使后舱前后压力等同，此时把第一道门打开，管道不仅能向前挺进并且把挖出的土运送到两道门间的转运舱中;然后把第一道门关闭机头前舱的气压逐渐稳定再将后舱气压减为零，再把第二道门打开，保证管道和后舱相同，把转运舱中的土送到作业井。边挖边顶进行管道作业，顶进长度也匹配于开挖量，这就是全气压的人工挖土的顶进技术，作业人员须带压工作。

泥水平衡顶管的工作原理是:通常采用机械水力切削泥土，借助水力运送废弃土，同时也有利用泥水压力平衡地下的水土压力。在泥水平衡顶管施工过程中，必须有一定压力泥水填充在泥水仓中从而保证挖掘面的稳定。在挖掘面上泥水能够形成一层泥膜，这种泥膜不透水，能够有效阻止泥水渗透到挖掘面内。同时泥水本身有一定的压力，能够很好地平衡地下的土压力以及水的压力。

3 机械顶管施工技术的主要施工措施

机械顶管施工技术的主要施工措施包括以下几个方面:1)拔桩、初桩及刃机头。把机头用80 t的起重机将其吊到井内，平稳地放置在导轨上，导轨与管外皮间要确保接触严实，靠近通口。把工作坑洞口范围内的钢桩用起重机拔起高过管外皮20 cm左右即可。这时，马上把导轨的机头顶到洞口的地方，确保洞外土体与机头的正面紧密地顶严实，然后立即把机头顶进土里。采用4组M30的螺栓加强机头与第一～第三节管间的连接，防止机头下跌。2)机械出土。首先转动刀盘，机头借助工作井内的油缸向前顶进，用螺旋输送机把刀盘旋转搅到底部的土提升之后装卸到运土车内送走。运土车在用8号槽钢焊接，用螺旋连接的轻型轨道上运行。鉴于管道线路比较长，管道内运土通常采用人工配合卷扬机推运土车，把土输送到工作坑内，最后用起重机吊到地面的运土车里。3)当顶进的油缸伸出大概0.7 m时，回动油缸，下一块顶铁，然后继续前进，最后出土。4)泥浆进行减阻。大口径长距离的顶管减少摩擦阻力的方式是用泥浆。在开始施工之前，先用水湿润管材，再用黄油涂于表面。注入的泥浆如果在管子的外围形成完整的浆套，就能达到减少摩擦阻力的效果。补浆管的位置要视情况布置，顶进结束后，置换已经形成的泥浆套。5)偏心破碎的顶进技术。顶管的工具头在顶进的过程中碰到障碍物，为防止碎石堵管、堵泵或者是损坏设备，制作相应的碎石拦截箱并安装在排浆泵前和工具头后，同时加上循环泥浆出渣以及减速顶进的方式。6)选取润滑材料。一般情况下选用膨润土或者粘土等材料制作成泥浆液体，要控制好泥浆的浓度及使用量，减少压力，降低扰动。7)安装止水圈。针对泥水平衡顶管技术中，对顶管机和洞口建筑的缝隙之间的止水密封能够很好地确保顶管机出洞的顺利性。一旦失去止水密封就会引起很严重的后果，如土体流水、破坏土体平衡等。设置密封性能特别好的止水圈意义重大。首先把膨胀螺丝打好，再在膨胀螺丝上套上橡胶圈，然后就在橡胶圈上压上压板，最后在压环上压上压板，上紧螺丝。

4 施工过程中的控制措施

在施工过程中，首先确定好几个重要的控制参数:顶进长度、刀盘扭矩及泥水舱的压力值的计算。根据实际情况，按照惯用的公式计算出这些参数，便于工程的顺利进行。其次是掘进速度的控制以及排土量的计算。依据确保挖土面平衡来控制掘进的速度，并且要控制管理掘进速度及计算排土量。实际意义上的挖掘量取决于顶管机的断面面积和推进速度，而密度计的读数以及排泥管的流量计确定排土量。最后是进出洞的控制。顶管施工技术最重要的一道工序就是顶管机的进出洞。在工作井内，进洞就是在地层中顶管机完成某一个区域的隧道施工之后进入接收井的过程，相反，按照设计的高度及方向顶管机推出预留的孔洞进入到正常土层的过程称之为出洞。在掘进施工过程中一定要监控好顶管机的推进方向以此确保避免土体流失及安全。采用高压注浆的方式进行后续的施工，效果更加显著。

5 结语

顶管施工技术的工艺特点如下:借助于刀盘及顶进速度来平衡正面的土压力，通过循环调节水压力来平衡地下水的压力。采取流体方式输送切削入泥仓的土，不间断地进行顶进过程，这样施工速度比较快，由于施工所引起的地表下沉的比较小，能够很好地保护环境，同时也不需要改良地盘或者进行降水处理，施工之后对环境没有什么损坏。结合实际的顶管技术施工工程，总结出顶管技术最关键的环节是掘进速度和管线的定位，环节控制的好坏直接影响着工程的质量问题。同时大口径长距离顶管技术施工中必须依据设计要求、环境条件以及合理配套等等才能获得良好的收益。鉴于顶管技术拥有其他很多工艺技术无可替代的优越，在今后的市政污水处理建设工程中会得到更加广泛的应用。

［1］陈仕华.市政工程建设中顶管技术在污水管道工程中的应用［J］.建材发展导向，2011，9(5)：379-380.

［2］曹 志.顶管技术在市政道路雨污水管道工程施工中的应用［J］.城市建设理论研究(电子版)，2012(8)：56-57.

［3］李湘旺.大口径长距离机械顶管施工技术在市政污水处理工程中的应用［J］.广东建材，2010，26(3)：104-105.