淺談氣壓平衡頂管在城市排水工程中的應用

劉洪

摘 要：文章結合工程實例，對氣壓平衡頂管在城市排水工程中的具體應用進行了分析。

關鍵詞：氣壓平衡管；排水工程；應用

隨著社會的日益進步和經濟的快速發展，城市排水量持續增長，污水排水管的管徑也在逐漸增大，這就對排水管的施工提出了更高的要求，頂管施工是城市排水工程中一項重要的施工技術，在施工過程中必須不斷的加以完善，這樣才可以符合當前不斷發展的排水工程的需求。下文將重點介紹氣壓平衡頂管在城市排水工程中的具體應用。

1 工程概況

長沙引水及水質環境工程一標段地處長沙市圭塘河西岸，東邊為圭塘河防洪堤，其建筑物較為分散。為了能夠保護建筑物，對于地下頂管施工方案進行了初步的擬定。這一標段的土含水量十分大，土質較為復雜，有些地段的管道軸線上部有很多淤泥，并且有大于Φ500mm的樹木以及塊石。為了能夠確保管道順利頂進，將管道頂進過程中存在的障礙物清除，并且保證地表不會出現沉降，管錢不出現塌方，管內不會存在安全隱患，土方開挖出來之后含水量不大，外運起來方便，經過對多種方案進行比較，選用了氣壓平衡頂進方法對管道進行施工。

2 氣壓平衡管施工

2.1 氣壓平衡管的施工特點

跟泥水以及土壓施工進行比較，氣壓平衡頂管的特點主要有：地下的水十分豐富，如果土質的含沙量很大，那么機頭前邊的密封倉內的壓縮空氣就能夠從縫隙中把地下水排出，從而形成沒有水的比較干燥的環境，這樣一來可以防止由于含水量太大而導致管內出現塌方。因此，在頂進的過程中不能過大的擾動土層，還需要準確控制出土的數量，挖運出的土的含水量不會很大，外運起來也比較方便。然而由于壓縮空氣很容易出現滲漏，所以對于土質以及周邊的環境都有一定的比較嚴格的要求。

2.2 氣壓平衡管的施工適用范圍

氣壓平衡管比較適合于在含水量十分大的粉砂層施工，而且其管道的上部有著厚度較好的覆土層，或者還有一層能夠組織氣壓泄露的粘土層。要是覆土層深度不夠，而且透氣性比較好的話，土質就會有較好的滲透性，如果出現長時間的失水其內聚力就會失去，導致挖掘面的穩定性缺失，從而造成坍塌現象，這是不適合采用的。

2.3 氣壓平衡頂管施工的分類

一般情況下，氣壓平衡頂管施工主要包括局部氣壓平衡頂管施工以及全氣壓平衡頂管施工。

局部氣壓平衡頂管施工中，其壓縮空氣只可以在挖掘面上發揮作用的一種頂管施工。頂管掘進的中部會設置一塊隔板，這塊隔板將掘進機分成了前艙和后艙。通過管道將壓縮空氣送入氣壓艙中，從氣壓艙中挖掘的土運用螺旋輸送機來送出，恰好螺旋輸送機里面的土可以起到土塞的作用，把氣壓艙里面的壓縮空氣給堵住，與此同時還能夠把土輸送出去。局部氣壓平衡頂管施工屬于比較特殊的半機械式頂管施工，基本上施工人員都是在常壓下進行作業的。

全氣壓平衡頂管施工主要是在頂進管的前邊的機頭立面設置兩道氣壓密封門。把第一道艙門關閉，把壓縮空氣充進前艙，壓縮的空氣滲透到正前方土層的縫隙當中，把工具管前邊土層里的地下水從土壤中的空隙中排擠出來，這樣一來便可以為工具管施工創造一個較為穩定的無水的環境。與此同時，氣體的壓力對于機頭前的土體的開挖面也起著支撐的作用，使其能夠保持穩定而不出現坍塌。之后把第二道艙門關閉并把壓縮空氣充入進去，等到前邊和后邊兩個艙的壓力相等的時候，再把第一道門打開，使管道往前頂進。把挖出的機頭錢的土運往兩道艙門之間的轉運艙里邊，把第一道門關閉，再把第二道門打開，保持管道和后艙相通，把土轉運至工作井之外。管道是一邊挖一邊頂的，開挖的量和頂進的長度是要互相匹配的，全氣壓平衡頂管施工是一種人工施工法，施工人員必須要帶壓進行施工。

長沙引水以及水質的環境工程一標段管道的軸線處于粉質細砂和泥質粉砂巖中，而且有些地區還有很多大于φ500mm的樹木和塊石，所以，為了能夠把所有的障礙物都清除干凈，運用了全氣壓平衡頂管法來進行施工。

2.4 全氣壓平衡頂管施工的工藝流程

3 氣壓平衡管施工過程中的控制要素

3.1 施工過程中氣壓的控制

為了能夠確保管道上的建筑物和構造物、地表不會由于管道帶壓頂進而出現隆起或者沉降現象，一定得對氣壓的大小進行控制，對于氣壓，其計算公式為：

P′=βP

公式當中的P′指的是選用的氣壓；β指的是經驗系數；P指的是地下水在平衡點的壓力。

經驗系數的P在取值的時候主要依賴于土質，土質不同P的取值也就不行同，通常情況下，其取值范圍如表1所示

表1

與此同時，氣壓的大小還有一個基準點，平衡地下水壓力或者壓力都需要把這個基準點當作標準，一般，<φ2000mm的頂管，其主要是以管道的軸線為基準點，>φ2000mm的頂管，其多把頂管以下2 /3的管外徑作為基準點。之外，還應該對土質的透氣性進行考慮，如果土中頂管透氣性好較好，所選的氣壓距地域平衡點的地下水壓。

3.2 中繼間數量和位置的控制

由于本工程被建筑物影響，井段的距離很大，井段距離過大，W 360#～W 364#段的距離為250m。為確保頂進時管道不會磨損，要依據實際對頂力進行計算，并設置中間繼。其計算公式為：

（i：中繼間數量；F總頂推力；Fimax：中繼間最大頂推力；η：效率系數）

4 氣壓平衡管施工中常見問題及解決方法

4.1 氣壓外泄

施工時，由于管道中線與離圭塘河距離近。河道內睡眠出現氣泡，檢查發現時氣壓外泄。由于漏氣不太嚴重，采取了丟砂包方法來處理。對于這種臨河的管道穿越粉砂層現象，開工前要給管道周圍注漿，形成封閉氣壓艙，防止氣壓外泄。

4.2 中繼間發生折點

在施工過程中，由于中繼間油缸的形成比較長，所以中繼間處會很容易產生一個較為明顯的折點，使得管道的方向不好掌控。因此，應該對油缸的形成加以控制，一般情況下，建議控制在三十厘米。

4.3 中繼間回縮

如果覆土深面管徑大，由于中繼間和液壓頂的距離比較近，中繼間斷面所受的力比較大，很容易發生油缸后縮。為了有效防止此種現象，液壓頂需要和中繼間保持適當的距離，另外，還需要在中繼間油缸的回油路中安裝單項背壓閥。

4.4 注漿減阻效果不明顯

在施工的過程中，前后兩次的頂進推力是有很大差距的，所以注漿減阻的效果看著也不是很明顯。檢查后發現，在這一時間段內，存在著注漿停止或者吸漿量非常小的現象。所以，需要采用膨潤土觸變泥漿，并且其比重還應適當，這樣可以讓管道的四周形成漿套。在對注漿孔注漿之前要先將其清洗干凈，運用壓力表對注入的漿液量進行控制，同時還應該時常隨管道四周進行漿液補注。

5 結語

伴隨著城市的不斷發展和社會化進程的加快，為了使城市的地下官網配套設施能夠更加完善，氣壓平衡頂管將更加廣泛的應用于排水施工中。然而因為氣壓平衡頂管有著特殊的施工要求，在具體施工中，必須要對工程的地質、土的粒徑及組成等與工程有關的各種情況進行認真的分析，保證施工的每一道工藝，并對其壓力進行嚴格控制，從而使氣壓平衡頂管的優越性得以充分的發揮。

參考文獻

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