機械頂管工藝在市政污水處理工程中的應用

摘要：擬建南寧市江北片污水管網高新區污水管工程部分路段采用機械頂管（泥水平衡頂管）處理，其具有距離短、深度淺、工期緊、難度大等特點，于此，文章根據既往施工經驗決定使用偏心破碎泥水平衡頂管掘進機，結合注漿減磨技術、管口對接技術、頂進控制技術、應急技術措施等，以保障機械頂管施工安全、進度和質量。

關鍵詞：機械頂管；市政工程；污水處理

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）10-0064-02

擬建南寧市江北片污水管網高新區（豐達路、高新東三路、科園東十一路等）污水管工程，管線總長度為11941米。根據設計圖紙污水管道工程地質勘察報告得知：頂管穿越土層主要有紅粘土、紅粘土，施工前觀察施工現場的地形地貌、周圍建筑物和地下管線分布位置等特點，結合工程范圍內的水文地質條件，決定采用機械頂管（泥水平衡頂管）處理部分路段。

1 機械頂管基本原理和技術特點

機械頂管指利用主頂油缸和中繼間頂進力，把工具管或者掘進機從工作坑直穿土層頂進到接收坑后吊起，然后將管道埋設于兩個工作坑之間的施工技術，主要包括氣壓、土壓和泥水平衡三種工法。泥水平衡頂管指利用水力、機械力等外力切削泥土后輸送棄土，并利用泥水壓力抵消地下水壓力、土壓力的機械頂管技術，其基本原理是：儲存一定壓力的泥水于泥水倉中，使挖掘面表層形成一層不透水的泥膜，以阻止泥水向挖掘面滲透并保證挖掘面整體穩定；同時，依靠泥水本身壓力以平衡地下水壓力和土壓力。由此，結合本工程實例，將機械頂管施工技術的主要特點表述如下：一是施工區域狹窄，機頭調運空間小、次數多；二是頂管區域覆土淺、車流大，因動何載持續、變化不斷易造成各種工程事故；三是施工深度淺、工期緊、難度大以及地下土質差，須確保文明施工、安全施工和交通安全；四是機械設備重量大且用電量多，須注意支護安全及電器設備的運行安全等。

2 頂管掘進機選型

本工程因施工安全、質量、工期等方面要求高，結合既往施工經驗和成功技術，決策采用NPD-B1000、NPD-B800、NPD-B500型偏心破碎泥水平衡頂管掘進機，其主要特點如下：（1）適用砂土、卵石土、粘質土、軟巖等多種土質條件，滿足本工程機械頂管的施工需求；（2）頂管機、泥水循環系統、泥水分離系統與主千斤頂成套配置，不僅可以組成操作靈活、密封性好的分離系統，而且能節省安裝空間；（3）采用地面遙控操作系統，可在控制臺上進行方向控制與施工監測。

2.1 注漿減磨技術

機械頂管過程中的摩阻力主要由工具管切土正壓力、管壁摩擦阻力及工具管氣水壓力等組成，本工程使用注漿減磨技術進行頂力控制和阻力降低，其基本原理是：于管壁與土壁的縫隙間注入觸變泥漿，不僅減少管壁與土壁之間的摩擦力使頂進力增大，而且形成泥漿潤滑套以防止崩塌事故。觸變泥漿由膨潤土、堿、水等成分配制，特殊要求下可適當摻入石灰膏、緩凝劑和塑化劑等外加劑，使觸變泥漿固結增強并在輸送和灌注過程中具有良好的流動性和可泵性。觸變泥漿使用注意事項如下：其一是注漿孔的布置根據管道直徑大小確定，每個斷面宜設置3個左右注漿孔；其二是灌漿壓力必須按實際情況調整，并按灌漿孔前后順序依次進行灌漿；其三是當灌漿過程中出現接頭滲漏、管路堵塞、機械故障等問題時，處理后方可繼續頂進。

2.2 管口對接技術

管口對接技術指泥水平衡機械頂管施工過程中遇到轉彎時的施工工藝。實際施工中，首先是注意管節的選用和按照有關規范現場檢查驗收管材，如發現不合格品堅決予以退回處理，為管口對接質量提供材料保障；并在管材運送、擱置、起吊等移動過程中，使用專用護具以防止管接口受壓變形。其次，管口對接前檢查管節接頭尺寸、橡膠圈、襯墊板等部位，確認其外觀和質地是否合格。最后，在接口處涂抹薄層硅油等對橡膠無侵蝕性的潤滑性材料，均勻加力以保證與上節管的鋼套環同軸度，并且保證橡膠圈不反轉、不移位、不露出；頂管結束后，在管口處抹成一個光滑的漸變面并于管內間隙處填充彈性密封膏。承上，管口頂進過程中，必須隨時注意和觀察管材余量情況，如果發生供應不及時、不到位現象，則易使周圍土體固結而摩阻力增大，嚴重時甚至會出現軸線偏差和機頭沉降問題。

2.3 頂進控制技術

頂進控制技術指對頂進過程中軸線偏差、精度、坡度和方向等方面進行的技術控制。本工程測量技術要求為：中心控制精度達到1/70000或者符合工程測量四等三角網的相關技術要求；高程控制精度符合國家三等水準測量的相關技術要求。

承上，頂進控制的主要步驟如下（注：水準儀、經緯儀經校核合格后方可使用并須定期校核）：（1）測量定線：依據工程項目部提供的交樁導線點和線位，確定并放出施工中心線、工作坑中心線和接收井中心位置，高程控制必須設置臨時水準點以滿足精度要求；（2）復核定線：復核測量圖紙是否符合設計圖紙，若復測偏差值符合相關規范要求，方可將成果及定線成果圖報監理審批；（3）復核水準點：每次進行測量時，對臨時水準點進行閉合測量，若閉合差復測合格，及時報監理審批；若閉合差復測不合格（大于±12K1/2），則不得使用；（4）控制管道中心：中心復測合格后，設置中心控制樁并做明顯標志（例如砌磚保護等）；（5）控制管道高程：水準點復測合格后，在工作坑內設置不少于2個的臨時水準點，供施工過程中使用，另外，其測量結果須進行閉合效核后方可使用；（6）復測頂管中心、高程：頂管施工過程中，須定期復測井內中心線和標高樁，以防止頂管反作用力下井中心發生偏移。

最后，頂進過程中的方向控制指操作機頭糾偏，始終保證激光點在二號光耙的中心，即方向控制步驟與要點如下：第一是嚴格的放樣復核，做好原始記錄。頂進前必須遵守嚴格的放樣復測，堅持施工組測量員→項目管理部→監理工程師的三級復測程序，確保測量準確性和精度標準；第二是及時調整并定時復測布設于工作井后方的儀座，以必須避免頂進時其發生移動、變形、跑偏情形；第三是頂進糾偏控制必須遵循“勤測量、多微調、勤糾偏”的原則，合理設置偏差警戒線，使糾偏角度始終位于10′～20′之間；第四是初始推進階段方向主要由主頂油缸控制，應控制主頂推進速度保證質量，而且要不斷調整油缸編組和機頭以滿足糾偏標準；并不斷測量工具管的高程轉動方向，使管道按照設計高程和要求方向頂進，及時根據測量結果而調整糾偏千斤頂，使機頭改變方向按設計軸線頂進，從而實現頂進方向的控制；第五是頂進施工前，應提前制定坡度計劃，事先計算每一米、每節管的標高位置，預測頂進過程中的故障問題并制定解決方案，以保證符合設計坡度要求和質量標準。另外，因本工程采用激光定位，則須保證激光束中心、高程校核準確性；而且部分頂管段因穿越道路可能導致路面沉降，因此必須在附路管道中心線和兩側位置設沉降觀測點并定期觀測，以便發現問題及時采取相關應急處理措施。

2.4 應急技術措施

應急技術措施指泥水平衡機械頂管施工中遇到不同地質情況或者其他特殊情況時的技術處理，主要有下述四種情況，第一是發生土質突然變硬情形時，須通過掘進機上的加泥孔向土倉內加入水或泥漿；第二是發生土質突然變軟的情形時，須連接把前三節管子和工具頭，使其組成統一整體以增加剛性，避免機頭因土質變軟發生突然沉陷故障；第三是頂管施工過程中，一旦發生異常的偏差或糾偏失效，首先必須在允許偏差標準以內立即停止施工，然后在如實匯報情況后分析原因、找出對策、解決故障，方可繼續頂進而不可采取盲目行動；第四是頂管施工過程中，一旦出現管頂底土承載力過低或者為松散土層時，必須對管頂和管底部位進行灌漿

處理。

3 結語

綜上所述，機械頂管工藝首先必須考慮具體的工程地質條件和水文地質條件，結合機械頂管工藝的原理和特點，選取合理的頂管掘進機選型；其次應在頂進過程中利用注漿減磨技術、管口對接技術、頂進控制技術等保障機械頂管施工安全、進度和質量；最后當發生不同地質情況或者特殊情況等則可使用應急技術措施予以適當處理。

參考文獻

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作者簡介：陳蓮（1977—），女，廣西壯族自治區冶金建設公司工程師，研究方向：市政工程。