泥水平衡顶管施工技术和质量控制

2019-02-17袁继攀

四川水泥 2019年4期

袁继攀

（广东鑫隆管业有限公司，广东 516157）

0 引言

随着我国社会发展的不断加快，当代社会的生活节奏也在不断提升，效率已经成为了很多行业发展的关键词。而泥水平衡顶管技术在相关工程中的应用，均能够在保障工程质量的同时，有效提升施工效率。为此，相关工作人员应进一步提升对泥水平衡顶管施工技术的掌握度，确保技术应用效果的充分发挥。

1 概述顶管施工技术

顶管技术归根结底就是一种在地下开展的管道施工活动，这一技术的应用并不需要较大的开挖作业量，同时也不会对路面地面等造成破坏，常被用于市政道路、铁路或建筑物等特殊区域中的管道电缆敷设施工中。相较于传统开挖技术而言，在这些工程中应用顶管技术，有助于减轻施工人员的工作量，能够帮助施工人员将作业流程变得更加简便，具体来说，应用顶管技术后，施工人员不再需要对地下水位进行控制，就能够有效避免土体出现疏干和固结的现象。这样一来，就能够帮助企业大大提升施工作业效率，降低施工成本。

2 泥水平衡式顶管技术分析

2.1 应用原理

泥水平衡顶管施工技术作为当前较为先进的一种顶管施工技术，其在实际施工中的应用主要是通过泥水产生的力来实现对压力与地下水压间平衡的有效控制。具体来说，施工人员先是使用送水泵来将预先准备好的泥水泵送到挖掘面，随后再利用井内旁通压力调整阀来对排泥泵的转速进行调整，来实现对进水压力的准确控制，最终达到控制地下水压与挖掘面压力的目标，确保掘进设备刀盘能够在一个稳定平衡的压力环境下开展施工作业。只有这样，才可能保障挖掘面的稳定，才能够避免地面出现沉降或隆起的现象。而泥水平衡顶管设备的运转是依靠主轴偏心回转运动实现的，该设备刀盘正面的开口往往较大，即使是一些体积较大的卵石，也能够放入其中。其中，刀盘正面的上下两个部分各分布着一个进口，进口面积共占顶管机全断面的五分之一左右。由于大齿轮与主轴及轧辊等的一体性，再加上刀盘位置在主轴的左端，因此，当刀盘驱动电机运转时，刀盘与轧辊也会随之转动。因而，在应用掘进设备进行作业时，刀盘就会同时对土砂进行旋转切削，并对对石块进行轧碎。当被轧碎的石块体积小于泥土仓中与泥水仓间的连接间隙时，就可以顺利由泥土仓进入到泥水仓中，以便被排泥管排出。需要注意的是，泥土仓与泥水仓的连接缝隙大小并不是固定的，其往往会随着刀盘运转而不断的完成由小到大的循环。这样一来，就能够在完成轧碎小石块任务的同时，将泥水泵中的泥水顺利送至泥土仓中。正因为如此，掘进设备才能够在砂土与粘土等不同土质环境下均保持良好的运行状态。

2.2 应用优势

泥水平衡顶管施工技术的应用优势包括以下几点：其一，具有广泛适用性，其能够在大部分的土质环境中稳定发挥自身功效，不易受地下水压力的影响。其二，具有较强稳定性，由于其在应用过程中，并不会过多牵动周边土体，因此，作业挖掘面就更加稳定，也就不易发生地面沉降问题，对工程周边环境影响较小。其三，具有更小总推力，泥水平衡顶管施工技术相较于其他顶管施工技术而言，其总推力更小，特别是在粘土地质中的应用效果十分显著，能够满足长距离顶管施工需求。其四，具有更优作业环境，由于泥水平衡顶管技术的应用主要是依靠泥水管道来对多余土体进行运输的，不需进行土方的吊装与搬运，大大提升了作业环境的安全度，且其应用能够在大气常压状态下完成，也就不会对施工人员造成安全威胁。其五，具有更快效率，由于泥水平衡顶管技术在应用过程中，对多余土体的运输具有连续性，因此作业效率较高，有助于保障施工进度。

3 影响泥水平衡顶管施工技术的相关问题

3.1 顶力问题

泥水平衡顶管施工技术在应用过程中，顶管所承受的顶力往往会随着顶进作业的不断推进而不断加大，但是这种增加并不是无限的，顶管所受压力与受管道强度与后座推力承载限度的限制密切相关。因而，顶管所承受的顶力就直接决定了施工过程中的顶进距离。而这也就是当前应用泥水平衡顶管施工技术应用效果的重要问题之一。

3.2 方向控制问题

而管道顶进的方向能够保证与设计轴线一致，同样也是影响泥水平衡顶管施工效果的重要问题之一。一旦在实际施工中，出现顶进方向失误的问题，就会直接导致管道所承受的顶进压力变化较大，进而增加了管道损坏的危险，在管道顶进压力激增的情况下，顶进作业难度也就相应增加，无法保障施工的有序进行。

3.3 土体及地下水平衡问题

泥水平衡顶管施工过程中，掘进设备极有可能会在作业过程中遇到土体与地下水平衡问题，进而对地面上的建筑物平衡与稳固造成不良威胁，也有可能会导致管道顶进方向失误的问题，进而为顶管施工作业增加难度。

4 控制泥水平衡顶管施工质量的技术措施

4.1 洞口止水技术措施

在开展泥水平衡顶管施工活动时，施工人员往往会对那些供管道的进出工作坑的孔洞与管道之间的缝隙进行封堵，以便有效将地下水与泥砂隔绝于工作坑之外，避免对工作坑内的施工作业造成不良影响，有效保护周边环境安全。由此可知，洞口止水技术的应用十分重要。具体来说，施工人员在面对不同构造的工作坑时，必须选用对应的洞口止水技术。比如，针对钢板桩工作坑，施工人员就可以通过选用较高级配的素砼来浇筑一道前止水墙的，来实现洞口止水的目标，应确保止水墙位于管道顶进方面前面的工作坑内，并依据管道内径来对止水墙的宽度进行控制，通常宽度应在2 米到5 米之间，厚度则在0.3 米到0.5 米之间，高度则在1.5 米到4.5 米之间。需要注意的是，当工作坑内土质条件不佳时，钢板桩间咬口封住泥水的概率较低，此时施工人员就应确保前止水墙的宽度能够与工作坑内部净尺寸一致，随后再将橡胶止水圈安装在前止水墙上的预留孔洞内。而当施工人员面对钢筋砼沉井时，就不需要浇筑前止水墙，施工人员可以直接将橡胶止水圈安装在洞口上。而当施工人员面对覆土较深或需要穿过江水河水的工作坑时，施工人员应先设置一道充气止水圈，随后再设置洞口止水圈，确保洞口止水效果能够满足施工所需。

4.2 进出洞口技术措施

水泥平衡顶管施工过程中，顶管进出洞口环节的操作也是影响整体施工效果的重要部分，为此，施工人员就应合理控制顶管进出洞口环节的施工。特别是针对那些需要从工作坑中出来的顶管，只要保障顶管能够顺利安全的出来，在一定程度上就能够有效保障顶管施工质量。需要施工人员注意的是，针对土质不佳的洞口区域，必须对其进行必要加固处理。随后，施工人员还应配合使用钢封门来满足出洞需求。当前较为常见的加固处理技术主要包括高压旋喷技术、搅拌站动技术与注浆技术以及冻结技术。而当洞口区域土层条件良好时，且挖掘面区域的土体具有较强的自立性时，施工人员就不再需要对其进行加固，可直接在洞口外设置一扇钢封门，以便满足掘进设备安全出洞的要求。

4.3 纠偏与导向技术措施

在水泥平衡顶管施工过程中，管道都是随着掘进设备的前进而不断深入的，具体来说也就是先由掘进设备挖掘洞穴，随后在洞穴内进行管道的敷设。这样一来，一旦掘进设备行进过程中存在偏差，敷设后的管线与设计好的路线间也就势必会存在偏差。为此，如何针对掘进设备的行进路线进行合理纠偏就直接影响着顶管施工质量。这就要求施工人员能够全面掌握纠偏与导向技术措施，具体包括以下几点：其一，应随着掘进设备的不断顶进来开展纠偏工作。其二，纠偏角度应合理科学，避免因纠偏角度过大而导致轴线出现过大弯曲的问题。其三，应尽量选择质量极佳的管道来进行第一段管线的敷设，以便更好的应对掘进设备顶进过程中因纠偏处理而出现的较大反复应力。其四，应注重对第一段管线敷设长度的合理控制，避免因管线过长而影响纠偏效果。其五，应明确掘进设备纠偏后的滞后性，正确认识掘进设备测点与前端间的距离差。其六，在固定纠偏角的前提下，管道转变半径也是固定的，为此，施工人员就应综合相关数据进行分析，以便对掘进设备测点的前进线路进行合理绘制。最后，当遇到软弱土层或地层不均匀或覆土过薄的情况时，掘进设备纠偏工作效果往往难以保证，为此施工人员应针对上述特殊情况预先制定出有效处理方案，以便保障纠偏工作的顺利进行。

4.4 土体平衡技术措施

在水泥平衡顶管施工过程中，施工人员还应针对掘进设备前进方向及上方土层平衡状态的合理保持，避免因掘进施工破坏土层平衡而造成地面塌陷问题，甚至影响到地面建筑物的结构稳定。这就要求施工人员能够对顶管层面的土层压力与地下水压力等进行准确计算，并以此为依据来对掘进设备前仓需要承载的土层压力与进水压力进行设置。与此同时，施工人员在作业过程中还应同时对地面情况与进水压力、出泥流量以及顶进速度等进行严格的监督与控制，确保顶进施工作业进度的合理性，避免对地面造成不良影响，最大限度的保证地面不受顶进施工的影响。

4.5 触变泥浆减阻技术措施

在泥水平衡顶管施工过程中，极易因顶力问题的出现而对顶进施工造成阻碍，在这种情况下，施工人员就可以选择利用触变泥浆来减少顶进压力。具体来说，在通过对管道外壁进行触变泥浆的压注后，管道外侧就会形成一个较为润滑的泥浆套，不仅能够有效降低管道顶进压力，同时，还能够充分发挥支撑作用，降低土体坍塌风险。

4.6 中继站技术措施

而中继站技术措施的充分利用，也能够有效解决泥水平衡顶管施工过程中的顶力问题，特别是针对那些长距离顶管施工作业，在不断顶进过程中，管道承载的摩擦力也会不断增加，这时使用中继站就能够有效分担主站所承受的顶进压力。通过设置多个中继站，就能够帮助管道实现分段顶进，此时仅最后区段的管道顶进工作由主站承担，能够有效保障顶进施工进度。

4.7 地下管线沉降保护措施

在使用泥水平衡顶管施工技术的过程中，挖掘正面土体不易出现沉降问题，这是由于掘进设备性质所决定的。与此同时，当出洞顶管第一节进入土层后，施工人员还应注重将刀盘推力值与泥浆压力值控制在合理状态。通过对泥水平衡顶管施工技术的合理应用，就能够有效控制挖掘面的结构稳定。通常来说，在软弱土层中应用这一技术时，施工人员能够将平均地层损失控制在百分之二以下，也就能够有效降低地面沉降的几率。还需注意的是，施工人员应注重对掘进设备顶进偏差趋势的科学分析，通过对纠偏角度的合理控制，将管道偏差值控制在30mm之内。