泥水平衡法頂管技術在武漢地區應用的可行性分析

摘 要：結合在武漢地區的工程實例說明泥水平衡頂管工法在施工中的一些重要的技術操作要點，并對地質勘察的重要性和機型選擇的方法作了進一步的探討，證明了該項技術在武漢地區是完全適用的，從而從而推廣泥水平衡頂管工法在武漢地區的應用。

關鍵詞：頂管技術；泥水平衡法；施工

1 工程概況

該項目位于武漢市一條較繁華的街道，沿線聚集大量的院校、科研機構、住宅小區和店鋪，人車混流，流量較大；原有地下管線縱橫交錯。該項目污水管線管道全長1357m，管道直徑800mm，埋深4.5～6m。管道沿線范圍內的地質情況主要為填土、粉質粘土、砂質粘土以及砂層等，含水量23%～39%，地下水位較高。

2 頂管方案

2.1 機頭選型

根據設計文件所提供的地質資料顯示，施工斷面都為松散、軟弱的粘質砂質土層，比較適合于泥水平衡頂管機的使用，因此施工單位購進了一臺TCZ800泥水平衡頂管機。該技術與人工頂管相比具有以下優點：

2.1.1 掘進機能適用于復雜的土層條件，特別是含水量大的粘質和砂質土層。

2.1.2 主壓千斤頂一次頂進長度超過100m。

2.1.3 通過電腦監控，方向的控制精度很高，帶有伊式機公司專利的RSG雙光靶方向控制系統，經由有經驗的人員操作可將誤差控制在10mm以內。

2.2 施工現場布置

頂進管線總長1357m，沿線共設置頂管工作坑6座，采用雙向頂進，即向一個方向頂進完畢后調頭再向另一個方向頂進，平均每段頂進距離110m。工作坑范圍內實行封閉管理。頂管工作坑均使用鋼筋混凝土沉井結構，坑內布置后背、導軌、主頂工作站；坑外地面上布置泥水處理系統，沉淀池為兩座鐵制水池。

2.3 頂力計算

根據泥水平衡法頂管頂進力的經驗計算公式可得：總推力為33.15+2376.35=2409.50kN。根據總推力、工作井所能承受的最大頂力及管材軸向允許推力比較后，取最小值作為油缸的總推力。工作坑設計允許承受的最大頂力為4000kN，管材軸向允許推力3000kN，主頂油缸選用2臺2000kN級油缸，每只油缸頂力控制在1800kN以下，這可以通過油泵壓力來控制，千斤頂總推力3600kN。因此無需增加額外的頂進系統即可滿足要求。

3 工程實施

3.1 工程的進展

工程施工的各階段都比較順利，在粘性土層中施工時，由于其頂進總推力較小，因此頂進速度很快，盡管是不是成熟的技術，但純頂進速度仍最快達到過20m/10h，較以前普遍使用的人工頂管法效率提高了5倍以上；在砂性土層中，針對地下水壓力高、工作面土層自立性差的問題，通過控制泥水倉中平衡介質的密度，保持泥水壓力來達到穩定工作面的效果。

3.2 主要施工參數的設定與調整

3.2.1 頂進速度控制。頂進速度的控制過程中，注意以下幾點：

3.2.1.1 主頂啟動時，必須檢查千斤頂是否靠足，開始頂進和結束頂進之前速度不宜過快；每節頂進開始時，應逐步提高頂進速度，防止啟動速度過大。

3.2.1.2 一節頂進過程中，頂進速度值應盡量保持恒定，減少波動，保證切口水壓穩定和送、排泥管的暢通。

3.2.1.3 頂進速度的快慢必須滿足每節潤滑泥漿注漿量的要求，保證潤滑泥漿系統始終處于良好工作狀態。

3.2.2 平衡介質的調配。平衡介質必須達到一定的相對密度，它是一個主要的控制指標，不宜過高或過低。平衡介質可以是清水，也可以是清水聚合物或類似物質（通常采用膨潤土漿液），具體的配合情況以及密度要根據地層的滲透性來確定。

在本工程施工過程中，根據不同的土質條件來控制泥漿密度來保持工作面的穩定狀態。

3.3 采取注漿減摩措施，有效降低頂進阻力

頂管施工中，頂力控制的關鍵是最大限度地降低頂進阻力，而降低頂進阻力最有效的方法是進行注漿。注漿使管周外壁形成泥漿潤滑套，從而降低了頂進時的摩阻力。

4 施工效果

該工程實際頂管長度為1105m，工期為40天，從施工情況來看達到了預期效果，主要表現為：

4.1 頂管頂進速度快，平均日頂進距離25m，比普通人工頂管法提高了4倍。

4.2 頂管法施工采用全封閉進行，其生產作業完全不受周邊環境的干擾，而且在天氣惡劣情況下仍可正常施工，較開挖方式靈活許多。

4.3 在本工程地質條件復雜、地下水位較高的困難條件下，頂進過程中未出現工作面坍塌的情況，地下水也未大量涌入頂管工作坑內；頂進管道質量較好，高程和軸線偏差經測量均保持在±25mm以內；管道閉水試驗均一次成功。

5 結語

該工程實例證實了武漢地區的地質特點完全適用于泥水平衡式頂管施工技術，對于武漢地區既有松散的軟弱土層，又有富含砂礫石的中硬地層這樣比較復雜且變化較大的地層，只要掘進機選擇適當，泥水平衡式頂管技術一定能夠很好地應用。

參考文獻

[1] 余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術[M].北京：人民交通出版社，2012.

作者簡介：甘斌（1977- ），女，湖北咸寧人，鄂州職業大學建筑工程學院，講師，研究方向：土木工程學。