淺談泥水平衡頂管施工在濮陽市引黃灌溉調節水庫工程中的應用

□郭慧娟 □胡東亞

（1濮陽市引黃工程管理處；2濮陽市引黃灌溉調節水庫建設管理辦公室）

1 工程概況

根據工程規劃，濮陽市引黃灌溉調節水庫1#退水渠于濮范高速里程樁號K49+580處采用頂管方式垂直穿越濮范高速公路，頂管為2道，每道長度96m，穿越處路面高程56.16m，地面高程51.60m，頂管中心高程43.30m。頂管管材采用DN2200鋼筋混凝土Ⅲ級管，接口型式為柔性接頭B型鋼承口管接口，內襯DN1800鋼管輸水，鋼管與鋼筋混凝土Ⅲ級管之間采用C15自密實混凝土填實。工程施工期間不影響高速公路正常進行。根據設計頂管兩端各布置永臨結合沉井，作為頂管施工工作井與接收井，沉井平面為矩形，內部尺寸為8m×11m，沉井總高度為11 m，井壁厚度為0.80m，底板厚1.00m，井壁和底板混凝土強度等級為C30，封底混凝土強度等級為C20，厚度為1.30m。

2 施工方案確定

近幾年，在管線穿越公路主干線時，雖然采用了人工頂管施工方法，但是，由于擠壓式短距離頂管施工而引起路面隆起，人工挖掘式頂管施工而引起的路面沉陷時有發生。由于本工程管徑大，且頂管穿越的是高速公路，上方又有一處蓋板涵，地面一旦受擾動將直接影響上蓋板涵整體性，對高速公路運行存在較大風險。

泥水平衡頂管能有效平衡土壓力和地下水壓力，適應的地質范圍較廣，具有以下優點：

2.1 采取全封閉式頂進，可有效的保持挖掘面的穩定，對管道周圍的土體擾動小，能很好地控制地面沉降；

2.2 與其它類型頂管相比，泥水平衡頂管施工的總推力較小，適宜較長距離頂管；

2.3 工作井內的作業環境好，頂管自動控制，管內不用人員作業，安全性高；

2.4 由于采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土，搬運土方等容易發生危險的作業；

2.5 由于泥水輸送棄土的作業連續進行，故其施工速度快，能有效保證工期；

2.6 采用泥水管道輸送棄土，噪音小，并經泥水處理系統處理后再進行棄土，環境污染小；

2.7 節約工時，提高工效；

2.8 施工工藝簡單，能有效控制施工精度，而且成本低等；便于施工控制和管理；

2.9 頂進長度一次可達200m以上；

2.10 泥水加壓平衡工具管與其他工具管相比，具有平衡效果好，結構緊湊，技術先進，由于出土方式是用水力機械化連續出土，所以頂進速度快，對土質的適應性強。無論是粘性土還是砂性土，均能收到良好的效果。

經綜合考慮以上因素，本工程施工單位決定采用泥水平衡法頂管施工。

3 工藝原理

泥水平衡頂管施工是一種以全斷面切削土體，以泥水壓力來平衡土壓力和地下水壓力，利用泥水作為輸送棄土介質的機械式頂管作業。

泥水平衡式頂管機中，隨著工具管的推進，進泥管不斷向開挖面供應配制好的泥漿，刀盤不斷轉動，將開挖的棄土與泥水攪拌成泥漿排出泥水艙，并保持一定的壓力，并根據施工現場情況控制在一定范圍之內，從而穩定開挖面，使刀盤在有泥水壓力的情況下向前鉆進，以減少頂進阻力。

也可根據頂管長度設置中繼間，即用于分段頂進而設在管段中間的封閉的環形小室，用鋼材制作，沿管環設置千斤頂，可分段克服摩擦阻力，接力頂進，從而解決頂力不足的問題。采用這種方法，將管道分段逐次推進，從而實現長距離頂管。

頂管過程中通過激光導向，計算機指導糾偏施工，確保頂進線路與高程準確。

圖1 泥水平衡頂管施工工藝原理圖

4 頂管設備及工藝流程

泥水平衡頂管系統主要由頂管機頭、地面操作臺及其他輔助設備組成，機頭內部有PLC控制箱，地面操作臺隊機頭給出動作信號控制機頭的動作。排泥系統將棄土排除，吊車下管，由千斤頂將管道分段頂進。

泥水平衡頂管的工藝流程為：工作井及后背墻制作→測量放樣→井下主要設施安裝→地面輔助設施安裝→機頭工具管安裝就位→測量設備安裝→設備運行調試→頂管頂出工作井→正常頂進作業并測量控制→機頭頂進接收井→清理作業現場。

5 質量控制

5.1 管材質量控制

根據設計要求，經建設單位、監理單位、施工單位成立考查組，實地考查頂管生產廠家，委托經驗豐富、信譽好、質量佳的廠家生產管材。

管材生產過程中，由監理單位派員全程駐廠監造，確保工程質量符合設計與相關規范要求，并按規定的時間運送到施工現場。

5.2 施工質量控制

5.2.1 后背墻的設置

后背墻是頂管作業時為千斤頂提供反作用力的一種結構。在施工中，后背墻結構必須滿足頂管最大允許頂力和設計要求，并能有效地傳遞作用力。否則，頂進工程就要停頓。

本工程利用已澆筑好的工作井井壁作后座墻。并在井壁內側千斤頂后方增設墊板，確保后座墻的平面與頂進軸線垂直，并保證其強度、剛度滿足要求。

5.2.2 設備安裝及試運行

設備安裝前，根據設備的操作要求及施工方便的原則確定各設備的安裝位置、各種管線和電纜的鋪設位置及走向等。對設備的吊運、安裝順序進行計劃和安排。

設備安裝完成后，對各種管線、電纜的連接進行全面檢查，確認安裝和連接無誤后接通電源，對設備進行試運行，查找和消除設備可能存在的所有問題，確認其處于完好狀態。

5.2.3 頂進操作

頂管施工前，施工單位對參加頂管施工的全部人員進行詳細的技術交底，并對施工人員進行相關培訓，經確認各項工作均正常時，開始管理頂進操作。

5.2.3.1 下管就位

下管前先對管道外觀進行檢查，主要檢查管道是否有破損、縱向裂縫，管徑符合規范要求，管口無破損，檢查合格后方可用起重設備吊至工作坑的導軌上就位。

5.2.3.2 管道頂進

頂進作業開始時，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進速度，另一方面要不斷調整油缸編組和機頭位置，待各接觸部位密合后，即按正常頂進速度頂進，頂進中若發現油路壓力異常，應立即停止作業，查明原因并經過處理無異常后方可繼續頂進作業。

5.2.3.3 頂進測量

本工程測量所需的儀器有全站儀、經緯儀和高精度的水準儀。應用以上儀器對頂管軸線進行跟蹤測量。

頂管頂進過程中，必須做好頂進軸線的偏差控制，反復測量并校正，始終保證測量軸線在管道中心線位置。還定時復測及時調整布設在工作坑后方的儀座，避免頂進時移位和變形。施工過程中，始終貫徹“勤測、勤糾、緩糾”的原則，通過調節糾偏千斤頂的伸縮量，使偏差值逐漸減小并回至設計軸線位置，保證頂管機處于良好的工作狀態。

5.3 減阻措施

本工程管節外壁合理布置注漿孔，孔位均勻對稱布置，施工過程中向孔內注入觸變泥漿形成泥漿套，以減小管壁與土體間的摩阻力。

為了減小管材與土層之間的摩擦力，在管材外層需涂抹一層潤滑劑。確保工程連續頂進，日均進尺約12m，最長停頓時間<5h。

6 施工措施及注意事項

6.1 施工組織措施

為保證工程順利進行，施工單位在施工組織上采取了如下措施：

積極與監理單位、設計單位、業主單位及濮范高速管理部門溝通，根據現場摸查出的實際情況，編制專項施工方案，并組織有關專家進行評審，根據專家意見對方案進行優化，經審批后實施，確保了項目施工工期。

結合濮范高速管理部門意見，對高速公路實施保通措施，并編制相應應急預案，組織相關人員成立應急小組，針對可能出現的問題，制定及時恢復的措施，把施工影響降到最低。

施工過程中，安排專職人員對頂進距離及時如實地填寫記錄，交班時認真進行交接。由項目負責人協調，及時處理頂進過程中出現的問題。

在頂進作業中，機械、物資配備由項目負責人統一調配，確保工程連續進行，以防在頂進作業中發生意外而停頓的情況。

6.2 施工過程須注意的問題

6.2.1 當頂管作業暫停時，應加強對頂管周圍的土層或洞口巡查，防止泥水流失，尤其是頂出接收井時更應防患洞口止水圈漏水。停頓期間，應根據注漿系統泥水壓力情況，適時向管道內補充注漿，否則，恢復頂進作業時挖掘面可能失穩。

6.2.2 在頂進作業中，應在施工影響區域布設觀測點，加強對頂管通過路線的地面水平位移、路面沉降、上部建筑物沉降、工作井水平位移等進行重點監測，一旦發現所監測目標有異常現象，應立即停止施工，并及時采取相應的措施和對策，保持挖掘面的穩定。

6.2.3 在頂進過程中，隨時注意泥水的濃度和相對密度是否正常，還要注意進排泥泵的流量及壓力是否正常，防止排泥泵的排量過小而造成排泥管的淤積和堵塞現象。

7 施工效果

7.1 工程質量符合設計標準。通過對頂進長度為192m的管段按有關要求進行檢測，檢測結果符合設計要求。

7.2 施工中線誤差小。由于頂進作業過程中不間斷的對管道軸線進行測量、控制、糾偏，中線誤差控制在允許誤差范圍內，符合相關技術標準與設計要求。

7.3 除高速公路一蓋板涵外，施工范圍內無其他構筑物，由于施工過程中控制較好，未發現因土層發生擾動而產生的地面變形。施工過后，頂管路線上方地面無沉降，對止部的蓋板涵無負面影響。

8 結語

綜上所述，泥水平衡頂管施工是一項系統性的工作，它對地下管道的建設具有重要的作用。因此，頂管施工需要施工人員具備各種理論知識和專業技能，加強施工過程中的監控，時刻關注各種參數的變化，及時做好應對措施，從而保證工程的順利實施。

濮陽市引黃灌溉調節水庫1#退水渠穿越濮范高速頂管施工順利完成，得益于此施工工藝的先進性，隨著施工技術越來越先進、機械設備不斷發展與更新、施工工藝越來越完善，泥水平衡法頂管施工應用也將越來越廣泛。

[1]全國一級建造師執業資格考試用書編寫委員會.水利水電工程管理與實務[M].北京：中國建筑工業出版社，2015年5月第四版.

[2]紀新穎.泥水平衡機械頂管施工技術及應用[J].城市建設理論研究，2012（14）.

[3]武鵬志.淺談市政工程中頂管施工技術[J].珠江水運,2012（14）.