【摘要】：随着经济的不断发展以及城市化进程的加快，市政工程的施工量越来越大，顶管施工已越来越普及，其应用的领域也越来越广泛。对于小直径管道或地下水位较高的地区，泥水平衡式顶管施工技术优势明显。结合工程实例，探讨了泥水平衡顶管法的施工工艺，对顶进过程的测量纠偏措施做了简单介绍。
【关键词】:泥水平衡法；顶管施工技术；实例
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1.泥水平衡式顶管工作原理
泥水平衡顶管是通过泥水压力来平衡管周土体和地下水压力，通过改变泥水仓的送、排泥水量以及顶进速度来控制排土量，使泥水仓内的泥水压力值稳定，使开挖面和周边土体保持稳定。
2．泥水平衡式顶管的工艺流程
顶管施工准备→工具头刀盘转动→顶进调整→泥浆制作→砂土沉淀、外运→测量纠偏→整体顶进、调节顶块→管路拆安→一个循环借结束，重复顶进一个行程。
3.泥水平衡顶管法的设备
具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机具有多种形式。刀盘由设在主轴左右两侧的电动机驱动，其刀盘正面的开口比较大，开口的面积约占顶管机断面的15%～20%。便于大块的卵石能进入顶管机。在掘进机工作时，刀盘一边转动、一边偏心运动把石块轧碎，被轧碎的石块通过与泥水仓联接的间隙进入掘进机的泥水仓，然后从排泥孔排出。此外，在刀盘运动过程中，泥土仓和泥水中的间隙不断循环变化着，因此，除了能轧碎土块，还能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达土仓中，从而保证了掘进机不仅在砂土中，即使在粘土中也能正常工作。
4.工程实例
4.1工程概况
国内某城市的一段排污管道采用泥水平衡式顶管施工技术，该管道管径为800mm，平均埋深6～7m，顶管长度110m。该地段地势北高南低，地形起伏不大，场地地层自上而下依次为杂填土、粉土、粉质粘土和泥质粉砂岩。管道穿越的土质主要有杂填土、粉土和中细砂层，地下水在地表以下2m左右，管道处于地下水位以下。
4.2施工部署
4.2.1机头选型
本工程由于一次顶进距离较长，为确保工程安全，决定采用日LEMOL型TCZ600具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机。该掘进机的优点是：（1）顶管机、主千斤顶、泥水循环系统和泥水分离装置成套化；（2）带锥形破碎机的条幅刀盘，能破碎小于外径30%，强度2000kg/cm2的砾石；（3）该机能适用各种土壤条件，如粘质土，砂土，砂砾混合卵石土和软岩上；（4）使用安装在轨道上的升顶油缸，一次顶进长度超过100m；（5）由一人在地面遥控操作即可。
4.2.2顶进工艺
（1）顶力计算：
F＝F1＋F2 (1)
式中：F-总推力；F1-迎面推力；F2-顶进推力。
F1=πD2P/4 (2)
F2＝πDfL(3)
P=K0γH0(4)
式中：Ｋ0-静止土压力系数，取0.55；γ-土的湿重度，取1.9t/m3；H0-地面至掘进机中心的厚度，取最大值6m；F-管外表面平均综合摩阻力，取0.8t/m2；Ｄ-管外径，取0.86m；Ｌ-顶距，取110m。
通过上述公式计算得到总推力F＝3.64＋237.6＝241（t）。在总推力、工作井所能提供的最大顶力及管材的轴向允许推力中取最小值。已知工作井能承受的最大顶力为400t，管材的轴向允许推力为300t，所以主顶油缸选用2台200t的油缸，千斤顶总推力达到360t。无需增加额外的顶进系统即可满足施工要求。
（2）顶进调试及土体取样
顶管下井前应作一次安装调试，油管安装前先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试保证各系统无泄漏。机头下井后，刀盘应离开封门1m左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不超过5mm。凿除砖封门，并留块状物，同时进行土体取样工作，使用100mm，Ｌ＝500mm的两根钢管在洞口上下部各取长400mm的土样，取样工作完成后随即将盘贴住前方土体。
TCZ机头属于刀盘不可伸缩型，土压力表所显示的土压力为泥仓土压，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差，由于进泥口是衡定的，TCZ机头的土压控制主要通过顶速来调节，每次初顶时先调节好送水压力，然后打开机内止水阀，待流量达到额定值的80%时即可开始顶进，送水压力可通过机内压力调节即可完成。
（3）触变泥浆系统
顶进过程中，需要经常调节压触变泥浆，以减少顶进的阻力，触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道3部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后搅拌成所需的浆液（造浆后应静置24h后方可使用）；注浆是通过注浆泵进行的，根据压力表和流量表，它可以控制注浆的压力（压力控制在水深的1.1～1.2倍）和注浆量（计量桶控制）；管道分总管和支管，总管安装在管道内一侧，支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔上去。注浆孔布置为：工具头一道、第1节混凝土管设一道、之后每间距7.5m设一道补浆孔。注浆流程为造浆静置→注浆→顶管推进（注浆）→顶管停顶→停止注浆。
（4）顶进过程中的方向控制
由于TCZ机头本身所具有的方向诱导装置，操作员只要通过纠偏动作，始终保证激光点测量与方向控制即可。初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头方向；布设在工作井后方的基座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整；顶进纠偏的角度应保持在10～20之间，不得大于0.5，并设置偏差警戒线。
（5）出土方案
泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机内搅拌和泥水形成泥浆，然后将泥浆抽出，在沉井上部砌2只沉淀池。沉淀的余土外运需按施工要求和渣土处理办法，运到永久堆土点，不得污染道路环境。
为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装一个单法兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈。由于顶进距离长，造成管材表面及F型钢套环、砂等对橡胶止水圈不可避免的磨损，需经常更换橡胶止水圈，因此也应在洞口内侧面放置橡胶止水圈，当需要换外部橡胶止水法兰时，洞口内部的橡胶止水圈可防止地下水进入井内。
4.3施工测量
4.3.1顶进前的测量
顶进前要对工作井的方位、高程进行复测，并标定管道中心线，设立临时水准点，开始顶进的第一节管道必须平稳进洞，位置准确。
4.3.2顶进过程中的测量
管道轴线和高程主要采用经纬仪进行测定，主要对首节管进行测量，每天不少于2次，每顶进一段要对整个顶进管段进行复测，判断管道前进趋势，检查中间管节有无下沉现象，当发现管道顶进有偏斜时，应及时采取纠偏措施。
4.3.3地面观察测量
为检查地面有无隆起或沉陷，开始顶进前应在路面选好基线，每隔一定的距离设置水准点，以保证顶进控制的精度，在管道通过地段的顶端选点作为沉降观察点，工程竣工后还要进行1次或2次的稳定性测量，确定符合规定标准。
4.4纠偏校正
4.4.1偏差预防措施
顶管施工前应对地质情况进行认真调查，项目部派专门人员负责全过程的测量，顶进过程中确保后背不位移并随时绘制顶进曲线，采用同规格的油压千斤顶，保持顶力与管道中心线重合。
4.4.2偏差纠正方法
顶管纠偏应在顶进过程中小角度逐渐进行纠正，其校正的方法主要有：（1）挖掘校正法：采用在不同部位调整挖土量，以达到纠偏的目的。这种方法校正误差范围一般不大于10～20mm；（2）衬垫校正法：当局部地基软弱，地基承载力不足而使管头下沉，应在管底衬垫，换填砂石加木板等增加地基强度；（3）强制校正法：当偏差大于20mm时，应用千斤顶强制进行纠偏。
5.结束语
泥水平衡顶管施工在保证质量的前提下可缩短工期，且能有效保持挖掘面的稳定，对管体周围的土体扰动也小，因此适用于长距离的管道施工中。本工程的顶管施工，由于各个技术环节考虑充分、全面，质量措施得当、管理到位，施工任务圆满完成，可为类似工程提供一点参考。
【参考文献】：
【1】方启超，罗星燕，钟显奇.泥水平衡顶管施工技术在珠江三角洲地区的应用【J】.广东土木与建筑，2004.
【2】胡远辉，邓继华.两种顶管工法在市政工程中的应用【J】.重庆建筑，2008.
