大口徑長距離機械頂管施工技術的應用研究

王紀恩

(太原市排水管理處，山西太原 030006)

大口徑長距離機械頂管的施工技術占地面積比較小，施工過程控制嚴格，能夠有效地保證交通的暢通，在穿越公路、鐵路、河流以及建筑物等一些障礙物的時候能夠大大減少沿途的拆遷工作量，有效地降低工程的造價。因此，深層次地研究分析頂管技術及其應用顯得意義重大。

1 工程概況

在市政污水處理工程中，大口徑長距離的污水管道的鋪設是工程中經常會遇到的一項問題。伴隨著頂管施工技術的不斷推廣應用，目前頂管施工技術的研究已經成為一項引人關注的課題。

一些不允許實施開挖的工程路段，采取頂管技術是最理想的選擇，它是地下管道中常用穿越障礙物的方法。施工的過程中，首先工作井要設置好，并且在其內部安裝頂管機導軌及液壓千斤頂，然后借助于頂管機的掘進和千斤頂的定力把預制的那些管段頂入地層，一邊頂進一邊接長管段，一直到越過那些障礙物，并最終抵達接收的井中，如果頂進過程中須克服的阻力超過千斤頂的能力，需要適當增加中繼站。

某市政污水處理廠采用頂管施工技術外截污干管，污水管道的總長度大概有1 000 m，在地層下邊9 m～12 m處選用直徑為1.6 m的鋼筋混凝土的焊管，運用氣壓平衡和泥水平衡兩種方法試點頂進施工，頂管的總長度為965.6 m，雖然在施工過程中遇到些困難，但是通過試點，該施工技術獲得了圓滿的成功，贏得了很好的社會和經濟效益。

2 機械頂管施工技術基本原理

機械頂管施工技術主要是借助于主頂油缸和中繼站的頂進力，從工作坑內把頂管掘進機或者是工具管穿過土層直到頂進到接收坑內以此來吊起來。同時，要把跟隨其后的掘進機或者是工具管后在兩個工作坑間進行埋設。本文主要闡述氣壓平衡頂管技術和泥水平衡頂管技術的基本工作原理。

氣壓平衡頂管的工作原理是:氣壓平衡法頂管是設置兩道氣壓的密封門在頂進管道的前面的工具管內，第一道門關閉時，在前艙充進壓縮的空氣，正因為壓縮空氣滲透進正面地層的空隙中，從土壤的縫隙中把掘進機前面的土層中的地下水排擠到遠處，才能提供一個無水穩定的作業環境給工具管，與此同時，氣體的壓力也穩定著機頭前面土體的開挖面一直不會坍塌。第二道門關閉增壓促使后艙前后壓力等同，此時把第一道門打開，管道不僅能向前挺進并且把挖出的土運送到兩道門間的轉運艙中;然后把第一道門關閉機頭前艙的氣壓逐漸穩定再將后艙氣壓減為零，再把第二道門打開，保證管道和后艙相同，把轉運艙中的土送到作業井。邊挖邊頂進行管道作業，頂進長度也匹配于開挖量，這就是全氣壓的人工挖土的頂進技術，作業人員須帶壓工作。

泥水平衡頂管的工作原理是:通常采用機械水力切削泥土，借助水力運送廢棄土，同時也有利用泥水壓力平衡地下的水土壓力。在泥水平衡頂管施工過程中，必須有一定壓力泥水填充在泥水倉中從而保證挖掘面的穩定。在挖掘面上泥水能夠形成一層泥膜，這種泥膜不透水，能夠有效阻止泥水滲透到挖掘面內。同時泥水本身有一定的壓力，能夠很好地平衡地下的土壓力以及水的壓力。

3 機械頂管施工技術的主要施工措施

機械頂管施工技術的主要施工措施包括以下幾個方面:1)拔樁、初樁及刃機頭。把機頭用80 t的起重機將其吊到井內，平穩地放置在導軌上，導軌與管外皮間要確保接觸嚴實，靠近通口。把工作坑洞口范圍內的鋼樁用起重機拔起高過管外皮20 cm左右即可。這時，馬上把導軌的機頭頂到洞口的地方，確保洞外土體與機頭的正面緊密地頂嚴實，然后立即把機頭頂進土里。采用4組M30的螺栓加強機頭與第一～第三節管間的連接，防止機頭下跌。2)機械出土。首先轉動刀盤，機頭借助工作井內的油缸向前頂進，用螺旋輸送機把刀盤旋轉攪到底部的土提升之后裝卸到運土車內送走。運土車在用8號槽鋼焊接，用螺旋連接的輕型軌道上運行。鑒于管道線路比較長，管道內運土通常采用人工配合卷揚機推運土車，把土輸送到工作坑內，最后用起重機吊到地面的運土車里。3)當頂進的油缸伸出大概0.7 m時，回動油缸，下一塊頂鐵，然后繼續前進，最后出土。4)泥漿進行減阻。大口徑長距離的頂管減少摩擦阻力的方式是用泥漿。在開始施工之前，先用水濕潤管材，再用黃油涂于表面。注入的泥漿如果在管子的外圍形成完整的漿套，就能達到減少摩擦阻力的效果。補漿管的位置要視情況布置，頂進結束后，置換已經形成的泥漿套。5)偏心破碎的頂進技術。頂管的工具頭在頂進的過程中碰到障礙物，為防止碎石堵管、堵泵或者是損壞設備，制作相應的碎石攔截箱并安裝在排漿泵前和工具頭后，同時加上循環泥漿出渣以及減速頂進的方式。6)選取潤滑材料。一般情況下選用膨潤土或者粘土等材料制作成泥漿液體，要控制好泥漿的濃度及使用量，減少壓力，降低擾動。7)安裝止水圈。針對泥水平衡頂管技術中，對頂管機和洞口建筑的縫隙之間的止水密封能夠很好地確保頂管機出洞的順利性。一旦失去止水密封就會引起很嚴重的后果，如土體流水、破壞土體平衡等。設置密封性能特別好的止水圈意義重大。首先把膨脹螺絲打好，再在膨脹螺絲上套上橡膠圈，然后就在橡膠圈上壓上壓板，最后在壓環上壓上壓板，上緊螺絲。

4 施工過程中的控制措施

在施工過程中，首先確定好幾個重要的控制參數:頂進長度、刀盤扭矩及泥水艙的壓力值的計算。根據實際情況，按照慣用的公式計算出這些參數，便于工程的順利進行。其次是掘進速度的控制以及排土量的計算。依據確保挖土面平衡來控制掘進的速度，并且要控制管理掘進速度及計算排土量。實際意義上的挖掘量取決于頂管機的斷面面積和推進速度，而密度計的讀數以及排泥管的流量計確定排土量。最后是進出洞的控制。頂管施工技術最重要的一道工序就是頂管機的進出洞。在工作井內，進洞就是在地層中頂管機完成某一個區域的隧道施工之后進入接收井的過程，相反，按照設計的高度及方向頂管機推出預留的孔洞進入到正常土層的過程稱之為出洞。在掘進施工過程中一定要監控好頂管機的推進方向以此確保避免土體流失及安全。采用高壓注漿的方式進行后續的施工，效果更加顯著。

5 結語

頂管施工技術的工藝特點如下:借助于刀盤及頂進速度來平衡正面的土壓力，通過循環調節水壓力來平衡地下水的壓力。采取流體方式輸送切削入泥倉的土，不間斷地進行頂進過程，這樣施工速度比較快，由于施工所引起的地表下沉的比較小，能夠很好地保護環境，同時也不需要改良地盤或者進行降水處理，施工之后對環境沒有什么損壞。結合實際的頂管技術施工工程，總結出頂管技術最關鍵的環節是掘進速度和管線的定位，環節控制的好壞直接影響著工程的質量問題。同時大口徑長距離頂管技術施工中必須依據設計要求、環境條件以及合理配套等等才能獲得良好的收益。鑒于頂管技術擁有其他很多工藝技術無可替代的優越，在今后的市政污水處理建設工程中會得到更加廣泛的應用。

［1］陳仕華.市政工程建設中頂管技術在污水管道工程中的應用［J］.建材發展導向，2011，9(5)：379-380.

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