浅析泥水平衡法顶管的技术研究

浅析泥水平衡法顶管的技术研究

韦伟光

广东中灏勘察设计咨询有限公司

摘要：在水利工程设计、施工排水管道经常会碰到自然开挖施工空间不足；自然开挖施工影响周边建筑物、上部交通、周围环境等；普通顶管影响效率效果较多等情况。本文结合泥水平衡法顶管在四会市马鞍涝区龙甫镇镇府段排水涵管的实际及应用情况，为提高顶管效率和效果，浅析采用泥水平衡法顶管的技术研究。

关键词：泥水平衡法；顶管施工；研究

一、建设项目依据

1.1（一）项目背景

马鞍涝区位于四会城区绥江北岸，为四会市行政区所在地。涝区西至龙江河清莲围和清塘拦洪沟，东至大坑排洪渠，与五马岗涝区相接；南至绥江河清莲围，与姚沙涝区隔江相望，北至清东支渠。涝区的主要任务为治涝，涉及到东城街道办和龙甫镇管辖区域。涝区面积为3.50万亩，保护人口16.8万。本次整治工程的建设内容包括清塘拦洪沟疏浚及其堤防加固、马鞍支渠疏浚及边坡防护、龙甫镇政府段增加排水管、清莲大排渠疏浚及边坡防护、黄泥塘水库排渠疏浚等。马鞍涝区总排渠区域集雨面积为28.06km2。

根据广东省水利厅“关于印发《广东省防洪（潮）标准和治涝标准》试行的通知（粤水电总字[1995]4号文）的规定，并根据四会市城市发展规划，马鞍涝区排涝设计标准近期按十年一遇最大24小时暴雨一天排干（不成灾），远期按二十年一遇最大24小时暴雨一天排干（不成灾）。

马鞍涝区整治工程其工程任务为治涝，治涝面积为3.50万亩，按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），本工程为小（1）型工程，工程等别为Ⅳ等。根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）的规定，清塘拦洪沟和大坑排渠拦截山体涝水，其防洪标准与涝区排涝标准相对应，定为10年一遇防洪标准，对应的堤防为5级堤防。根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB/T502881-99）排水渠级别为4级，排渠上的桥、涵、闸（清莲大排渠节制闸）等建筑物的标准不应低于排渠工程的级别，其相应建筑物级别相应为4级。其他临时建筑物级别为5级。

本涝区整治范围内包括清塘拦洪沟2.264km及其溢洪道0.2km、黄泥塘水库排渠1长3.7km、黄泥塘水库排渠2长1.825km、马鞍支渠3.6km、清莲大排渠4.33km、龙甫镇政府沿S118省道顶管段1.4km、塔岗排渠0.15km，沟渠共长17.469km。

龙甫镇镇府段排水涵管排涝流量Q=4.57m3/s，最后排入马鞍支渠，计入马鞍支渠排涝流量。特别说明，龙甫排渠位于市政府段，地类为城市不透水地面，排渠边四会市亚洲金属再生工业园与四会市陶瓷厂向渠内排放工业、生活污水，按污水转换率为90%计，工业园供水量为0.48m3/s，则q3=0.43m3/s。龙甫镇镇府段（长1.5km）排水涵管为在省道S118下增设一条直径为2.20m的钢筋混凝土预制管，工作井与接收井之间的距离为100~150m，完成顶管后改造成为检查井。

1.2（二）项目研究开发意义和目的

马鞍涝区整治工程其工程任务为治涝，龙甫镇政府片区地形较低，排涝设施严重不足，下大雨受涝灾严重，而该片区多为民宅，管线错综复杂，自然放坡开挖渠道空间不足。通过顶管增加排水通道，同时应找到合适的顶管方法。

1.3（三）项目达到的技术水平及市场前景

通过泥水平衡法顶管施工手段，在重要及较小施工场地进行，减少对周边环境影响，确保多种复杂土层顺利进行。

二、项目的主要内容和目标

2.1（一）项目主要内容及关键技术

1.项目主要内容

泥水平衡法顶管施工进度，对周边环境影响，以及项目完成后的运行状况的综合影响。

工艺原理为：当接通机头刀盘电动机的电源开关时，刀盘就被驱动并以均匀速度对土体进行切削，刀盘可以根据土压自动前后移动，在顶进中起机械支撑开挖面的作用，维持挖掘面的土压。通过刀盘切削，将相当于管子顶入土壤同体积的泥土进入泥水仓，土将相当于管子顶入土壤同体积的泥进入机头泥水仓内，由供水管向泥水仓内供水，泥土在泥水仓内与泥水混合成泥浆后，再由排泥道排到泥浆池，泥浆经沉淀或分离后泥水可重复利用，残渣外运；掘进过程通过调节循环水压力以平衡地下水压力。在切土、排泥时同步采用等压油缸持续顶进套管，同时通过机头内设置的4处纠偏油缸进行纠偏，在顶进过程中，加注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。

2.关键技术

泥水平衡法顶管施工针对不同复杂土层采用不同的顶进压力和水压进行，以对周边的影响降至最低。

泥水平衡式顶管机是利用泥水压力来平衡顶进工作面上的水压力和土压力。

（1）当掘进机停止工作时，要防止泥水从土层或洞口及其它地方流失。防止挖掘面失稳，尤其防止进洞这一段时间内更应防止洞口止水圈漏水。

（2）顶进过程中时刻观察顶进系统的油压及顶进速度的变化，如发现较大变化时要停止作业进行观察分析其原因，防止顶进过程中损坏设备。

（3）在顶进过程中，随时要注意挖掘面是否稳定，要不时检查泥水的浓度和相对密度是否正常，还要注意进排泥泵的流量及压力是否正常。应防止排泥泵的排量过小而造成排泥管的淤泥和堵塞现象。

（4）在顶进过程中要不断的利用激光经纬仪测量顶管的中心，确保与设计中心一致，如发现偏差超标，要及时进行纠偏，保证整个顶进过程的顺利进行。

2.2（二）技术创新点

泥水平衡法顶管施工不需要对地方建筑物进行拆迁，不影响地面交通，施工条件要求低，不需开挖路面，不会造成环境污染，不影响管道的沉降变形问题。所以，非开挖顶技术具有绿色环保，施工安全性能好，经济性高，施工高效安全等优点。

1、该工法层次清楚，操作简便，运行可靠，便于掌握，可以对复杂的地下情况作出快速反应。

2、适用土质范围广，软土、粘土、砂士、砂砾士、硬士均可适用。

3、施工精度高，上、下、左、右可纠偏，最大纠偏角度达2.5°，相比传统工艺纠偏度提高20%，并可作较长距离顶进。

4、对管体周围的土体扰动较小，地面沉降小，道路交通及构筑物相对安全。

2.3（三）主要技术指标或经济指标

1.主要技术指标

工作井空间为圆形结构，直径为7.5m，高度6.5m，壁厚80cm，底板预留集水坑；单井顶进距离长150m；管顶上覆土层厚度2~3m。

2．主要经济指标

本项目实施后，可以保证解决在复杂土层中顶进问题，不影响地面交通，施工条件要求低，不需开挖路面，不会造成环境污染，不影响管道的沉降变形问题，确保周边建筑物安全，达到本工程所需的排水目的。

三、方法及技术路线

3.1（一）技术路线

以现场实际为准，针对不同复杂土层采用不同的顶进压力和水压，综合评价施工过程对周边的影响及施工完成后运行情况。

施工工艺流程图

四结语

以上运用泥水平衡法顶管在四会市马鞍涝区设计方案通过水利部门的技术审查。在工程施工阶段可以通过现场施工效果、顶进速度以及对周边环境影响等，验证计算方法可靠性及实用性，保证工程安全，积累工程经验。

参考文献：

[1]顶进施工法用钢筋混凝土排水管（JC/T640-2010）。

[2]邹思源，泥水平衡顶管在市政工程中的应用[J].2012.41（19）97-99。

[3]李连虎泥水平衡顶管施工技术研究[J].交通标准化，2011，（06）

[4]董文红，吴英彪，刘佩营，泥水平衡长距离顶管施工技术要点[J].中国给水排水，2008，（20）