泥水平衡式顶管施工关键技术的分析与应用

泥水平衡式顶管施工关键技术的分析与应用

陈文

身份证号：513722198911074277

摘要：泥水平衡式顶管施工是一种先进的地下管道施工技术，通过控制泥浆的密度和压力，实现在地下推进管道的同时，支护周围土层。这种施工技术在城市地下管网建设中应用广泛，具有高效、安全、环保等优点。鉴于此，结合具体工程项目，对泥水平衡式顶管施工关键技术深入分析，在明确技术应用流程的基础上，有针对性地应用该技术，提升施工质量和效率。

关键词：泥水平衡式顶管；施工工艺；关键技术；应用

引言

泥水平衡式顶管施工技术凭借土质适用范围广、连续作业性好、施工进度快等优势，在市政工程中应用广泛。与同类顶管施工技术相同，泥水平衡式顶管施工也属于微型隧道施工技术范畴。但是由于管道在地下穿行，所以施工期间存在诸多不确定性因素，加之技术本身存在很大局限，使得顶管施工质量受到干扰。对此，应该对泥水平衡式顶管施工关键技术精准把握，对施工过程严格控制，确保施工作业能有序推进，安全、高效地将施工作业完成。

1工程概况

工程项目为锦江水生态治理（一期）建设项目锦江截污管涵工程（两江环抱区段）施工二标段工程。本标段泥水平衡式顶管工程分为北段右岸和南段截污管涵工程。北段右岸截污管涵工程，位于西北桥－红星桥段府河右岸，长度约为2.5km，主管采用泥水平衡式顶管，其中管径d2400泥水平衡顶管1974m；管径d1400的泥水平衡顶管428m；管道埋深8—12m。南段截污管涵：位于红星路下穿隧道一环路，长度约1.5km，d1400泥水平衡机械顶管1675m，管道埋深6.0—11m。

2泥水平衡式顶管施工流程分析

泥水平衡式顶管施工技术的应用可以满足城市地下管道建设的需求。相比传统的明挖施工，它具有无需开挖大面积地表、减少对周围环境的影响、施工周期短等优势。因此，该技术在城市地下管网建设中得到了广泛应用[1]。

在工程项目实施期间，若想将泥水平衡式顶管施工关键技术的优势充分发挥出来，提升施工质量和效率，应该结合施工要求，严格依照施工流程作业。相比于其他施工技术，泥水平衡式顶管施工工艺的流程较为繁琐，具体分析如下：

施工准备→测量放线→设置施工标志和隔离带→工作坑施工→顶管设备安装、调试→顶管施工→泥浆置换→闭水试验→检查井施工及回填。

顶管施工工艺根据本工程沿线的工程特点和地质条件来选择。本工程顶管顶进土层基本位于中密和密实卵石层，卵石含量达70%～80%，卵石粒径为2cm～18cm，卵石单轴抗压强度达130～180MPa。顶管采用泥水平衡顶管机顶进，顶管机刀盘选用具备挤压破碎的滚刀配合刮刀组成复合刀盘。同时根据本公司锦江截污干管（已实施段）工程经验，刀盘开口率控制为20%～30%。泥水平衡式顶管施工工艺流程如图1所示：

图 1 泥水平衡式顶管施工流程

3泥水平衡式顶管施工关键技术的应用

泥水平衡式顶管施工的关键技术主要包括工作坑施工、顶管设备安装、调试、顶管施工、泥浆置换等方面。在具体施工中，应该结合工程项目的具体实施情况与要求，强化对施工各个环节的管控，做好泥浆密度的调整，实现管道的浮力平衡，减轻对管道的摩擦力，提高推进效率[2]。同时对泥浆流量严格管控，确保管道内的泥浆压力稳定，避免管道堵塞或泥浆外渗。

3.1 施工准备

任何工程项目的开展都离不开前期准备工作，泥水平衡式顶管施工同样如此。为了保证泥水平衡式顶管施工的安全和稳定，需要对施工现场进行详细地勘察和分析。比如：在顶管施工前，安排人员认真勘察沿线的其他管道所在位置、地下水位以及各类设施等。为保证后续施工能有序推进，提前试运转施工应用顶管以及其他设备。根据施工标准与要求，有针对性地制定质量计划与目标，明确施工期间的关键工序。在购买施工应用的材料期间，应该严格依照既定规范，供应以及质检员依照规定检查和验收，在没有任何问题之后才能进入施工现场。此外加大质量安全教育、宣传力度，让全体人员树立质量安全意识，以便施工工作能有条不紊地展开[3]。此外，加强施工人员的培训和技术交流，提高施工团队的素质和能力，确保泥水平衡式顶管施工顺利。

3.2 工作坑及降水井施工

在泥水平衡式顶管施工中，工作坑及降水井施工也是一个关键环节。通过合理选择材料和施工方法，可以保证地面的稳定和安全。因此施工过程中，要严格遵守相关规范和标准，确保施工质量。在本工程项目实施阶段，基坑工程的规模较为庞大，危险系数高。因此为确保施工作业能顺利进行，促进施工质量的提升，应该在明确施工要求的基础上，编制专项方案并进行专家论证，具体流程为：

超缓凝混凝土桩→钢筋混凝土桩→土方开挖→环梁施工→工作井底板施工

3.3 设备安装及调试

在泥水平衡式顶管施工期间，设备安装是关键，关系到后续施工的顺利推进。因此为提升施工质量，满足工程设计要求，应该给予此项工作高度重视。

（1）地面设备安装。地面设备主要包括起重设备安装、场地内管道安装等。结合施工现场的具体情况，对起重设备合理布设，为后续管节的下井、吊运提供支持。在本工程项目中，应用的管道型号主要有DN150进排泥管道、DN65触变泥浆管道。并且为确保施工现场干净，为车辆的通行提供便利，主要利用DN300套管暗埋方式

[4]。同时依照施工要求，对泥浆池灵活设置，为顶管泥水循环系统的泥水存放、浓度调整提供支持。

（2）井下设备安装。在安装井下设备期间，首先要将导轨安装工作做到位。在本工程项目中，导轨的组成部分有型钢和钢板等，强度、刚度均能满足设计要求。导轨底部和基础之间浇筑C15细石混凝土，保证在受到撞击的情况下，导轨不会出现位移和变形问题。同时做好后座墙的安装工作，确保在顶进期间，油缸的反作用力会在井壁上均匀传递，避免井壁出现受力不均衡的问题。

（3）设备调试。在对设备全部安装完毕后，应该安排专业的人员开展调试工作。在本工程项目中，起重机和顶管机的调试是关键。在起重机调试时，首先检查设备的整体情况，了解各个传动机构的灵活性，金属结构是否出现变形问题。之后对设备进行负载试车，达到既定要求后可以应用。在顶管机调试时，本工程应用的泥水平衡岩石顶管机为定制机头，整机全部有厂家生产，在进入施工现场后，对设备的各项指标严格检查和检验，最后进行调试。

3.4长距离和曲线顶管施工

在本标段顶管施工期间，最长距离为北段府河右岸WN-1-WN-3段，管径DN2400，单次顶近距离项334.35m。为达到长距离顶管施工要求，提升施工有效性，在施工阶段，选择泥水平衡顶管机作为主要施工设备。同时在正式施工中，对出土量严格管理和控制，不能出现超量出土的问题。在顶进期间，禁止出现顶管机长时间（t＞4h）停滞现象，顶管机停机时间<2h。对施工现场的土质情况合理分析，提前注浆加固土体[5]。同时对顶进油缸压严格把控，间隔约60～70m放置一座中继间。在进行曲线顶管施工时，本标段顶管应用的最小曲率半径为800m。在顶进期间，将测量工作做好，以便顶进线路与设计及验收规范要求一致。

3.5 中继间的设置与密封

在长距离顶管施工阶段，应该对中继间灵活设置，满足施工标准与要求。在本工程项目中，中继间设置：

式中：——中继间数量，取整数。

——管道外径，（m）；

——管道外壁平均综合摩阻力，取16kpa；

——中继间设计允许顶力（KN）；

L——顶管长度（m），取500m；

中间数量为理论计算值，在具体施工中，需要结合各个方面因素，诸如地质情况、工艺水平等，灵活调整与优化。但在施工前，中间位置应该预留出一定空间，确保后续施工期间能灵活调整。为保证顶管管道不会出现破裂的问题，当主千斤顶顶力超过管道允许顶力80%时，开始设置中继间。

中继间密封件大多应用的是橡胶件，耐磨性好，但是弹性差。相反，如果橡胶件的弹性好，耐磨性则比较差。为将此问题解决，中继间密封可以利用内外组合的形式，将可充气的弹性橡胶气囊设置在内圈，外圈为耐磨环。

3.6 顶管机进洞

所谓的进洞，主要是指就顶管机穿越加固体进入接收井的过程。在施工期间，应该做好土地加固工作。因为顶管机进洞姿态的确定难度大，接收井通常不会安装洞口止水橡胶法兰，所以要制定更为完善的接收井洞口地基加固办法。在顶进施工前，依照设计要求，对洞口的土体加固，进洞前对加固成效认真检查，必须与设计标准吻合。在本工程项目中，将水泥－水玻璃浆液作为主要注浆材料。在注浆加固中，顶管中心两侧各3.5m，洞口范围3m，同时加固体28天龄期无侧限抗压强度应不低于0.5mpa，注浆孔为0.5×0.5m。当顶管机接收井的距离在50m左右，测量复核地面控制网、顶管机姿态等，保证顶管机的姿态处在最佳状态，可以顺利进洞。结合测量复核的顶管姿态数据，将接收架安装在接收井内，位置、标高与靠近洞口的顶管机姿态一致，标高比顶管机的标高偏低，并对纵向坡度合理设置，以免机头出现磕头的问题，最后在顶管机的接收基座上就位。在保证数据没有问题的基础上，依照测量数据顶管机的姿态进行调整，缓慢地向洞口中心位置推进。

顶管进入加固区之后，依照施工现场的情况与具体要求，将正面土压力的设定值适当降低，并对顶进的速度以及出泥量严格控制，确保二者能处在平衡状态。将洞口型钢封门拔除，以最快的速度顶管机推入到预留洞中。在顶管机进洞期间，为避免因为正面压力突然下降而出现前几节管节间松脱的问题，在进洞之前，顶管机和前几节管节间相邻的接口一定要保证连接牢固，降低磕头问题出现概率。顶管机进洞后，洞圈和顶管机、管节间的空隙会为泥水流失提供通道，因此要加快顶管机进入洞口的速度。在对顶管机与穿墙洞间隙封堵时，可以对环形钢板灵活应用，起到临时封堵的效果。通过管道内注浆孔向外压注水泥浆，对穿墙洞位置出现的空隙全部填充。最后将钢筋拉环埋设在工作井内衬，利用钢索对吊环固定，让插销止退。

3.7 管道顶进

在泥水平衡式顶管施工期间，管道顶进是不可缺少的一个环节，对施工质量有直接影响。为保证此环节的能顺利进行，提升施工效率和水平，应该严格按照流程操作。在对管节拼装良好并经验收合格后，并且全部的机械设备可以正常运转，可以安排人员开展顶进施工，具体流程如下：

顶进操作步骤：打开旁通阀（同时止水阀关闭）→启动排泥泵→启动进泥泵→刀盘运转→打开止水阀→关闭旁通阀→主顶油缸顶进。

顶进到位后停顶操作步骤：主顶油缸停止顶进→刀盘停止运转→打开旁通阀→关闭止水阀→旁路循环运行数分钟→进泥泵停止运转→排泥泵停止运转。

在正式施工中，为避免施工质量安全问题出现，促进施工效率的提高，机内以及机外操作人员在工作期间，应该协调配合，借助管内外的通讯工具及时联系，保证工作进程可以始终保持同步，不会出现操作不一致的问题。在此阶段，应该将泥水压力把控在合理范围内。在泥水平衡岩石顶管机顶进期间，对泥水仓压力严格控制，泥水压力通常处在主动和被动土压力之间，因此可以应用对进排泥量管控的手段，达到泥腔中泥水压力合理控制的目的，避免对土体造成太大的扰动，让项目顺利推进。

在顶进施工过程中，根据施工现场的实际情况，对进泥管流量、排泥管流量灵活调节，把控好顶进速度，实现对泥水仓压力灵活调节的目的。在顶管机设计阶段，将土压传感器设置在泥腔中，确保泥水仓中的压力数据能实时采集，第一时间上传给监控系统中，借助程序完成计算机处理，根据最后的结果对排泥泵调速机构严格控制，让排泥量大小始终处在既定范围，让泥水压力更为均衡。

3.8 顶管出洞

因为洞外已经对土地加固，所以土体不会出现涌向洞内的情况。在进行此环节施工期间，首先将出洞准备工作做好，对各个位置认真检查，包括主顶油缸、后座墙等，安装的精度一定要满足设计标准。其次将洞口封门拆除。在顶管机出洞时，将预留在洞内的砖门封堵拆除，并将设备推进到洞口内，发挥止水圈的作用，让顶管机安全出洞。因为顶管的埋设深度较深，因此拆除以及出洞过程应该在短时间内结束，将潜在的风险遏制在根源。最后加大顶管机的姿态控制力度，拉紧机头和前三节的上端，确保机头出洞之后不会出现磕头的问题。

结束语：

综合而言，泥水平衡式顶管施工是一种高效、安全、环保的地下管道施工技术，通过控制泥浆的密度和压力，实现在地下推进管道的同时支护周围土层。该技术在城市地下管网建设中应用广泛，对于城市交通、给排水等基础设施的建设具有重要意义。因此，在今后工程项目施工过程中，应该认识到该技术的重要性，结合施工现状与要求，对技术不断优化与改进，保证技术优势在充分发挥的同时，工程项目能顺利推进。

参考文献：

[1]张金刚.泥水平衡法顶管施工工艺关键技术解析[J].河南水利与南水北调,2022,49(10):57-58.

[2]陈云强.浅谈泥水平衡式顶管施工技术[J].门窗,2021(01):80-81.

[3]王进先.淤泥地层泥水平衡顶管施工关键技术研究[J].科学技术创新,2021(33):84-85.

[4]蒋红,艾思平,张思梅.泥水平衡顶管施工的关键技术分析[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2021,15(02):16-19.

[5]刘功政.泥水平衡式顶管施工关键技术[J].西部交通科技,2020(08):68-73.