張前華

（贛州市金淼建設(shè)工程有限公司 江西 贛州 341000）

市政工程通常是在城市空間開展，施工現(xiàn)場(chǎng)涉及大量的建筑、道路及其他的公共基礎(chǔ)設(shè)施等，這些設(shè)施的存在會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生不利的影響，部分施工內(nèi)容會(huì)影響道路交通，甚至需要拆除地表建筑以保證工程施工的順利進(jìn)行。在市政工程地下管道施工中，應(yīng)用泥水平衡頂管施工技術(shù)則可規(guī)避這一問(wèn)題，其無(wú)需進(jìn)行地面開挖，通過(guò)工作井與接收井，使用頂管機(jī)直接在地下頂管作業(yè)，施工對(duì)地面事物影響較小，施工質(zhì)量和施工效率表現(xiàn)良好。但是，在實(shí)際的應(yīng)用中，需著重考慮地質(zhì)條件，明確適用范圍及技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)，以此來(lái)保證市政工程的頂管施工質(zhì)效。

1 市政工程實(shí)例

以某地排水工程為例，污水管道總長(zhǎng)為2876m，管徑為500～1650mm，管道埋設(shè)深度為1.60～6.25m。由于管道鋪設(shè)沿線存在公路及通水箱涵，部分施工段無(wú)法使用明挖施工方法，需要應(yīng)用泥水平衡頂管施工技術(shù)。在前期的地質(zhì)調(diào)查中獲知，施工路線的土質(zhì)結(jié)構(gòu)如下：第一層主要是雜填土，部分地段存在淤泥；第二層為砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土等；第三層為淤泥粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏性土，并且淺部黏（粉）性土層中存在潛水。本文以其中一段頂管施工為例，進(jìn)行泥水平衡頂管施工技術(shù)的應(yīng)用分析，該段長(zhǎng)度為142m，采取兩段頂管施工方案，在施工路段的兩端各設(shè)置一個(gè)接收井，中間設(shè)置作業(yè)井，井點(diǎn)選擇了沉井施工方案，為了保證井點(diǎn)作業(yè)的安全性，井的底部采用鋼筋混凝土進(jìn)行加固處理，井壁進(jìn)行高壓旋噴樁施工，以為泥水平衡頂管施工做好準(zhǔn)備。

2 泥水平衡頂管施工前期準(zhǔn)備

2.1 選用頂管機(jī)

頂管機(jī)在選用之前，需進(jìn)行頂管施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查，并征求施工技術(shù)人員的建議，選擇性能規(guī)格符合頂管施工的頂管機(jī)。該工程選用的是泥水平衡式頂管機(jī)，其具有非常好的自動(dòng)平衡性能，尤其是頂進(jìn)過(guò)程中沉降控制精度高，可控制在1cm 以下，頂進(jìn)速度快，實(shí)現(xiàn)泥水加壓與地下水壓的雙向平衡，確保泥水平衡頂管施工的安全可靠進(jìn)行。并且，頂管機(jī)本身配備了檢測(cè)儀器，可進(jìn)行頂進(jìn)參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，以為頂管施工作業(yè)提供參考，進(jìn)一步保障頂管施工的質(zhì)量。

2.2 注漿設(shè)備系統(tǒng)配置

泥水平衡頂管施工泥漿主體材料為膨潤(rùn)土，需事先配置完成，使用2臺(tái)液壓注漿泵作為注漿設(shè)備，一臺(tái)注漿，一臺(tái)補(bǔ)漿，同步協(xié)同進(jìn)行泥水平衡頂管施工作業(yè)。另外，機(jī)內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)漿箱，尺寸為2m×0.9m×1m；地面也設(shè)有儲(chǔ)漿箱，體積為2m×1.5m×1m。泥漿在預(yù)制過(guò)程中，膨潤(rùn)土與水需充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)間要超過(guò)0.5h，然后將泥漿放入地面儲(chǔ)漿箱，儲(chǔ)存大約6h，等到泥漿發(fā)酵完全后，使用注漿泵泵送至壓漿管道內(nèi)。在泵送之前，還需再次攪拌發(fā)酵后的泥漿，以防止泥漿在管道中的摩擦力過(guò)大影響到壓漿效果。整個(gè)注漿系統(tǒng)由單缸液壓注漿泵、液壓動(dòng)力站、輸漿總管組成［1］，總管使用高壓軟管與壓漿孔進(jìn)行連接，液壓注漿泵施加壓力將泥漿通過(guò)輸漿總管泵送至壓漿管道，以輔助頂管施工作業(yè)。

2.3 泥水循環(huán)系統(tǒng)

2.3.1 泥水循環(huán)系統(tǒng)分析

一是注漿管。主體注漿管選用鋼管材質(zhì)，管徑參照頂管機(jī)的接口進(jìn)行選擇，轉(zhuǎn)彎位置則使用軟管連接。

二是輸水電機(jī)。根據(jù)施工設(shè)計(jì)中地下水壓力進(jìn)行選擇，電機(jī)輸出的泥水壓力要高出其30kPa左右。

三是泥水濃度。其關(guān)系到頂管過(guò)程中的排泥，應(yīng)參照工程地質(zhì)條件進(jìn)行確定。在土層滲透系數(shù)不大的情況下，泥水比重應(yīng)小于1.0；如果是中等水平，則要提高比重，增加膨潤(rùn)土的添加量，維持泥水的均衡，應(yīng)在1.05～1.10；如果系數(shù)較大，則泥水比重還要增加，需提高至1.10～1.20，以保證頂管作業(yè)過(guò)程中的泥水濃度，維持泥水壓力的穩(wěn)定。通過(guò)泥水比重的嚴(yán)格控制，可確保泥水頂管過(guò)程中的平衡，加快泥膜形成的速度，保持工作面的穩(wěn)定。由于泥水處于不斷的循環(huán)狀態(tài)［2］，會(huì)損失一定量的黏土，需注意在泥水平衡頂管過(guò)程中不斷添加適量的黏土，保持泥水比重的穩(wěn)定，以確保頂管作業(yè)的質(zhì)量。

2.3.2 注意事項(xiàng)

一是在泥水平衡頂管過(guò)程中持續(xù)循環(huán)泥水，導(dǎo)致泥水中的黏土處于消耗狀態(tài)，所以，應(yīng)密切關(guān)注泥漿的粘度，頂管過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量，及時(shí)添加黏土，以將粘度維持在22～35Pa·s；二是注意泥水壓力的控制，通常要大于地下水壓力30kPa 左右；三是頂管之前先進(jìn)行內(nèi)循環(huán)的檢測(cè)，并進(jìn)行泥水壓力的改善，確定壓力穩(wěn)定后，檢查外循環(huán)，評(píng)估頂管作業(yè)的情況；四是頂管機(jī)頂進(jìn)作業(yè)不斷切削土層，需要泥水循環(huán)不斷地排土，需在這一過(guò)程中使用渣漿分離器及時(shí)將泥漿中的渣土去除；五是每完成一段頂管作業(yè)后，泥水循環(huán)系統(tǒng)不可立即停機(jī)，應(yīng)等待3min 后再關(guān)閉系統(tǒng)；六是頂管作業(yè)結(jié)束后，先關(guān)閉系統(tǒng)的截止閥，然后才可拆下泥漿管。

2.4 觸變泥漿減阻系統(tǒng)

觸變泥漿減阻系統(tǒng)由螺桿注漿泵、高速攪拌筒、儲(chǔ)漿箱組成。總管管徑與注漿泵相同，選用的是G50 鋼管，機(jī)尾配置壓力表，支管材質(zhì)為耐壓橡膠，注漿孔縱向按照4 根管道的長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且注漿孔中安裝球閥，壓漿孔組分別設(shè)置在管道頂部與兩側(cè)，每個(gè)位置安裝3組。

2.5 工作井施工

泥水平衡頂管施工的工作井采用的是沉井施工方案，井底加固處理使用的是鋼筋混凝土樁。在鋼筋作業(yè)過(guò)程中，預(yù)埋鋼板，然后再進(jìn)行混凝土澆筑，以方便于井底導(dǎo)軌的安裝。所以，在預(yù)埋鋼管作業(yè)中，采用了加固措施以增加錨固強(qiáng)度，防止導(dǎo)軌運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生位置偏移。導(dǎo)軌與鋼板采用焊接進(jìn)行連接，需注意焊接作業(yè)質(zhì)量的檢測(cè)，并對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行加固，保證導(dǎo)軌運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定可靠。主頂油缸架的安裝誤差要控制在5mm 以內(nèi)［3］，選擇拼裝結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)良好的承載力。整個(gè)工作井的井壁進(jìn)行高壓旋噴樁作業(yè)，并進(jìn)行強(qiáng)度與剛度的檢測(cè)。其中，承壓壁（后背墻）需要承擔(dān)頂管作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的反作用力，需進(jìn)行頂管后背處理，使用50b型工字鋼焊接，與井壁之間設(shè)置墊板，以保證承壓壁可完全承擔(dān)這些反作用力，促進(jìn)頂管頂進(jìn)施工作業(yè)的順利開展。

3 泥水平衡頂管施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 安裝導(dǎo)軌與節(jié)管

導(dǎo)軌的軌道高15cm、內(nèi)距1m，為鋼制定型導(dǎo)軌，由鋼軌、橫梁、墊板等組成，順著注漿管道的坡度安裝。在安裝過(guò)程中，要保證軌道處于中心線之上，盡量減少安裝位置偏差。導(dǎo)軌與預(yù)埋鋼板連接時(shí)，選擇使用的是槽鋼焊接，導(dǎo)軌鋪設(shè)前，道床必須墊平、搗實(shí)。導(dǎo)軌安裝的質(zhì)量要求是位置準(zhǔn)確，安裝牢固，可完全承擔(dān)頂管作業(yè)形成的壓力，不會(huì)發(fā)生變形、位移等問(wèn)題，以及兩條導(dǎo)軌對(duì)稱平行等高。并且，在頂管作業(yè)過(guò)程中，進(jìn)行導(dǎo)軌高程、中線位置、中心標(biāo)高等各項(xiàng)參數(shù)的觀測(cè)，隨時(shí)進(jìn)行頂進(jìn)的調(diào)整，最大限度地降低頂進(jìn)軸線的偏差。安裝節(jié)管作業(yè)時(shí)，在工作井上設(shè)置起重設(shè)備，由其將球墨鑄鐵管吊入井中，在起吊之前，進(jìn)行鐵管的質(zhì)量檢查，確定有無(wú)裂縫、平直度是否合格，最后準(zhǔn)確地吊裝在軌道上，并注意對(duì)準(zhǔn)管口。

3.2 安裝頂鐵

在完成球墨鑄鐵管安裝后，在頂進(jìn)側(cè)的鐵管口安裝U形頂鐵，增加管口受力范圍，形成對(duì)管壁的保護(hù)作用［4］。頂鐵與管口大小相吻合，保持其中心線與管道軸線的相切合，頂鐵與管道之間增設(shè)木板，作為接觸面受力的緩沖，保證兩者受力的均衡，完成安裝后，立即鎖定，同時(shí)清理干凈導(dǎo)軌與頂鐵表面。在頂管作業(yè)過(guò)程中，頂鐵附近不可有人員滯留，并高度關(guān)注頂鐵的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)頂進(jìn)異常，保證頂管作業(yè)的安全。

3.3 進(jìn)洞技術(shù)要點(diǎn)

首先，在工作井中確定頂管洞口位置，然后向前挖大約50cm，啟動(dòng)頂管機(jī)，將機(jī)頭緩慢向洞口移動(dòng)，直至刀盤完全進(jìn)洞后，安裝好止水圈。啟動(dòng)頂管機(jī)運(yùn)行，測(cè)量土壓為0.1MPa、出漿機(jī)土壓為0.08MPa時(shí)，頂管機(jī)開始進(jìn)入頂進(jìn)作業(yè)狀態(tài)。在頂管機(jī)刀盤切削土層時(shí)，機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)形成反作用力，使軌道與其之間的摩擦力增加，機(jī)頭頂進(jìn)軸線易出現(xiàn)偏移，應(yīng)在頂管機(jī)入土之前，在軌道上安裝限位設(shè)備，并將頂進(jìn)速度設(shè)定小于50mm/min，防止刀盤旋轉(zhuǎn)形成過(guò)大的作用力。在頂進(jìn)超過(guò)2m后，如果機(jī)頭旋轉(zhuǎn)不夠順暢，緩慢增加頂進(jìn)速度，機(jī)頭未入土之前，土壓應(yīng)維持在40kPa左右，直至機(jī)頭完全進(jìn)入土中，開始下第一節(jié)管并進(jìn)行封閉處理。

3.4 頂進(jìn)施工技術(shù)要點(diǎn)

在完成進(jìn)洞準(zhǔn)備后，將安裝好的第一節(jié)球墨鑄鐵管進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)，使用千斤頂施加作用力，促使第一節(jié)鐵管進(jìn)入挖好的土洞中，完成第一節(jié)鐵管頂進(jìn)后，留出大約0.4m左右，用于與第二節(jié)鐵管連接。將千斤頂退回，拆除頂鐵［1］，進(jìn)行第二節(jié)球墨鑄鐵管的安裝與頂進(jìn)，重復(fù)上述施工過(guò)程。當(dāng)機(jī)頭即將到達(dá)接收井之前，大約在25m的位置時(shí)，進(jìn)行軸線的檢測(cè)，以確定機(jī)頭在接收井中的位置。為了保證進(jìn)入接收井的安全，應(yīng)與工作井使用相同的封堵措施，在接近接收井的洞口時(shí)，將機(jī)頭出口位置的井壁挖開，在進(jìn)洞后，立即分離機(jī)頭與節(jié)管，同時(shí)，使用水泥砂漿填充管壁與土層之間的縫隙。

3.5 出洞技術(shù)要點(diǎn)

機(jī)頭在即將到達(dá)接收井之前，在接收井出洞口的位置，找準(zhǔn)時(shí)機(jī)，也就是頂管土壓、水壓消失的情況下，機(jī)頭停止作業(yè)，在接頭管的中心位置打入一根鋼釬，然后檢查好頂進(jìn)軸線，開動(dòng)主頂油缸接著進(jìn)行頂管［5］。當(dāng)機(jī)頭露出后，關(guān)停頂管機(jī)，開始進(jìn)行接收作業(yè)，將機(jī)頭取出放在托架上，在接收井上方使用起重設(shè)備吊出，完成整個(gè)頂管作業(yè)流程。

3.6 設(shè)置監(jiān)測(cè)與通信系統(tǒng)

泥水平衡頂管施工需要地上與井下之間的作業(yè)協(xié)調(diào)，應(yīng)保持通信的通暢，因此，地上指揮中心、接收井、工作井、頂管機(jī)等各配置一部對(duì)講機(jī)，用于頂管作業(yè)過(guò)程中的溝通交流。此外，為了保證頂管作業(yè)的安全及作業(yè)指揮調(diào)度協(xié)調(diào)的時(shí)效性，在施工現(xiàn)場(chǎng)的地面、井下、管道等位置設(shè)置了實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，提高施工過(guò)程的管控力度。

3.7 頂管測(cè)量質(zhì)量控制

3.7.1 軸線測(cè)量

頂管作業(yè)比較容易出現(xiàn)的問(wèn)題是頂進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線出現(xiàn)偏差，應(yīng)在頂進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行軸線的測(cè)量。一般來(lái)說(shuō)，每頂一個(gè)節(jié)管測(cè)量一次，但是，為了避免出現(xiàn)頂進(jìn)偏差，應(yīng)根據(jù)頂進(jìn)作業(yè)的實(shí)際表現(xiàn)隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量，并要做好復(fù)測(cè)工作，以便于及時(shí)糾正偏差，加快頂進(jìn)的進(jìn)度。在頂進(jìn)軸線測(cè)量中，選擇使用激光經(jīng)緯儀跟蹤頂管機(jī)中的光靶，測(cè)量人員可以隨時(shí)獲取頂進(jìn)的軸線測(cè)量數(shù)據(jù)，每完成一節(jié)頂管作業(yè)，回測(cè)一次軸線數(shù)據(jù)。高程測(cè)量的是頂管機(jī)中心標(biāo)高，然后參照設(shè)計(jì)標(biāo)高，借助水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整，以形成對(duì)頂進(jìn)高程的有效控制。

3.7.2 頂管動(dòng)態(tài)測(cè)量

頂進(jìn)的節(jié)管必須保持與設(shè)計(jì)軸線的一致性，為了避免節(jié)管出現(xiàn)位移偏差，需對(duì)頂管進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)推進(jìn)偏差并進(jìn)行糾正。在節(jié)管推進(jìn)土層之前，每前行30cm，測(cè)量一次，完全進(jìn)入土層之后，每前行100cm，進(jìn)行一次頂進(jìn)姿態(tài)的測(cè)量［6］，以提高調(diào)整的頻次，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)軸線的精確控制。在動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)軸線偏差，立即進(jìn)行調(diào)整，并且在出洞、進(jìn)洞等關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)需要保證測(cè)量的精確性，并合理增加測(cè)量頻率。

3.8 監(jiān)測(cè)措施

3.8.1 地表監(jiān)測(cè)

地表監(jiān)測(cè)主要是在頂管的初始時(shí)期，在頂管設(shè)計(jì)軸線的位置，間隔4m 設(shè)置監(jiān)測(cè)樁，主要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容是地表隆起或是沉降，統(tǒng)計(jì)記錄頂進(jìn)過(guò)程中的這兩項(xiàng)參數(shù)，以作為調(diào)整頂管機(jī)作業(yè)參數(shù)的依據(jù)，主要有推進(jìn)速度、土壓力等。

3.8.2 沉降監(jiān)測(cè)

使用水準(zhǔn)儀對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量高程數(shù)據(jù)與原始高程進(jìn)行比對(duì)，并繪制出沉降曲線，預(yù)測(cè)曲線的發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)定沉降閾值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)沉降量超出該值后，應(yīng)立即停止作業(yè)，然后對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，開展調(diào)整措施的分析，制訂出有效的解決方案。

3.8.3 監(jiān)測(cè)頻率

根據(jù)頂管作業(yè)的進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)頻率的設(shè)定，一是頂管機(jī)頂進(jìn)初期，在距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)約20m時(shí)，進(jìn)行3次以上的監(jiān)測(cè)；二是頂管進(jìn)入監(jiān)測(cè)點(diǎn)20m 范圍后，每過(guò)1h監(jiān)測(cè)1次，當(dāng)監(jiān)測(cè)到沉降或隆起參數(shù)不穩(wěn)定的情況下，增加監(jiān)測(cè)的頻率，開展持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、匯總、統(tǒng)計(jì)，繪制出變化曲線，預(yù)測(cè)發(fā)展結(jié)果，并上報(bào)給項(xiàng)目管理部門進(jìn)行研究解決。

4 結(jié)語(yǔ)

在市政工程中應(yīng)用泥水平衡頂管施工技術(shù)，具備以下優(yōu)勢(shì)：一是該技術(shù)不受地表事物的限制，在施工沿線設(shè)置工作井與接收井，地下作業(yè)對(duì)土層擾動(dòng)較小；二是頂管施工與明挖施工相比，開挖與回填作業(yè)量少，加快了施工進(jìn)度；三是在管道埋設(shè)深度過(guò)大的情況下，泥水平衡頂管施工的成本低、施工操作簡(jiǎn)單、施工效益表現(xiàn)良好?；诖?，在市政工程管道工程施工中，結(jié)合施工沿線的土質(zhì)狀況及地表建筑和公共設(shè)施情況，深入分析研究該施工技術(shù)，明確技術(shù)應(yīng)用的要點(diǎn)，保證技術(shù)應(yīng)用的準(zhǔn)確性，對(duì)于市政工程施工有著積極的影響。