泥水平衡法頂管施工中常見問題及處理措施

徐 權

(太原理工大成工程有限公司，山西 太原 030024)

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泥水平衡法頂管施工中常見問題及處理措施

徐 權

(太原理工大成工程有限公司，山西 太原 030024)

介紹了泥水平衡法頂管施工的工藝原理及特點，結合太原市晉陽污水廠主干管工程監理的實踐經驗，分析了泥水平衡法頂管施工中的常見問題，并提出了針對性的解決措施，取得了良好的施工效果。

泥水平衡法，頂管施工，土壓平衡，管道

頂管施工是一種不需開挖路面就能穿越道路、管線、建筑物等的地下管道施工方法，泥水平衡法頂管是近幾年發展起來的較先進的頂管方法，在市政工程中已進行運用。太原市晉陽污水廠主干管工程全部采用較先進的泥水平衡法頂管工藝。晉陽污水廠主干管工程起點分別是河西北中部污水處理廠和南堰污水處理廠，終點是清徐晉陽污水處理廠。全線共分為8個標段，全長32 km，管徑2 000 mm～3 000 mm鋼筋混凝土管，管道埋深最深處為15.74 m,最淺處為8 m。通過在此項目施工監理過程中取得的實踐經驗分析泥水平衡法頂管施工中經常遇見的問題及處理措施。

1 泥水平衡頂管施工的工藝特點

1.1 泥水平衡法頂管工藝及原理

泥水平衡法頂管是利用頂管機添加的泥水壓力來平衡頂進工作面上管外的水壓力和土壓力，棄土以泥漿的方式排放出頂管機，在不開挖地面的前提下，利用液壓千斤頂從工作井將鋪設的管道頂入接收井，工藝如圖1所示。

1.2 泥水平衡法頂管的優點

1)適用的土質范圍比較廣，如地下水位很高，普通頂管無法施工，泥水平衡法適用。2)泥水平衡頂管施工時由于泥漿潤滑作用所以總推力比較小，特別適用于長距離頂管；普通掏土頂管摩擦力較大，不適用于長距離頂管。3)可有效地保持開挖面的穩定，對所頂管道周邊的土體擾動較小，因此由于頂管所引起的地面沉降比較小。4)因為它采用泥漿管道輸送外棄土方，不存在垂直吊運土方等危險作業，保證了施工安全；另外該方法避免土方運輸揚塵污染。5)泥漿輸送外棄土方為連續作業，因此施工進度較快。

2 泥水平衡法頂管施工中常見問題及處理措施

2.1 管道頂進偏位過大，管道接口破損、漏水

1)偏位原因。a.未對工作井出洞口土體加固。b.機頭糾偏系統發生故障。c.每次掘進機長度與所頂管子直徑不成比例。d.掘進機糾偏長度小，糾偏力度不夠。e.機頭測量系統故障，測量數據失真。f.不能及時糾偏，位移偏大后糾偏幅度過大造成二次偏位。g.工作井由于受降水影響或外力擠壓發生位移和傾斜。h.信號傳輸錯誤。i.土質變化較大，開挖面失去穩定性。

2)預防及處理措施。a.采取注漿或旋噴等方法對進出洞口土體進行加固。b.掘進機進場后，要派專人對其進行調試、保養、維修、檢修完成后集中驗收。c.機頭設計充分論證后反復試驗，性能穩定后方準許出廠。d.進行施工隊、項目部、監理三級測量復核制度。e.經常對工作井的位移進行測量復核。f.勤測量、微糾偏原則。g.隨時確定機頭動態曲線圖，以曲線圖來指導糾偏工作。h.遇到突發情況，應及時逐級匯報，采取措施，杜絕方向失控情況發生。

2.2 頂管區域周邊地面發生大面積沉降與隆起，對周邊建筑物或設施造成較大影響

1)原因分析。a.掘進機正面土壓失衡引起的沉降與隆起。從土壓平衡掘進機的原理來說，當掘進機通過充分的切削和攪拌，在進土倉內形成具有較大塑性和流動性的土體。當正面的土壓控制在被動土壓和主動土壓之間時，地面才會下陷或隆起。實際上由于土質變化較大，完全按理論計算進行控制往往有較大差異，不能正確把握，造成土壓失衡引起沉降。另外，由于有些土壓平衡掘進機對土的適應性不夠完善，如刀盤切削面積過小，推進速度或螺旋輸送機轉速不能調整，使得土壓控制不利或不便，造成土壓失穩引起沉降與隆起。b.管道外周空隙引起的沉降與隆起。管道外周空隙是由掘進機糾偏或曲線推進造成的，因為在糾偏和曲線推進時形成的管道截面面積大于管道截面，其空隙由周邊土體填充而引起沉降。現在一般頂管都采用觸變泥漿減摩技術，掘進機外徑較管道外徑大2 mm～3 mm，以便形成漿套，若注漿不及時就會引起沉降。c.管道與周圍土體摩擦引起的沉降與隆起。管道在推進時與周圍土體存在摩擦，這種摩擦往往使土體發生剪切擾動，造成土體移動而導致地面沉降。在管節外形不規整、接口不平或管道不順直的情況下，這種剪切擾動就會加劇，增大地面沉降與隆起。d.管道接口滲漏引起的沉降與隆起。當管道接口密封圈安置不當或管端受力不勻而破壞，以及管道接口彎折過度造成密封不良時，就較有可能發生接口滲漏，水土從而流失，這種土層損失必定會引起地面沉降與隆起。并且管道接口滲漏亦造成觸變泥漿的流失，支承土體和減小摩擦力的作用大大降低，亦可能引起上述兩種原因的沉降與隆起。

2)處理措施。a.施工前應對距離管道較近的建筑物和其他設施制定切實可行的加固保護方案，應仔細研讀該工程地質勘察報告了解地質情況，結合工程實際選用正確機頭。b.隨時觀察千斤頂的頂推力，發現異常及時找原因，保證頂進推力與前端土體壓力動態平衡。c.施工時隨時檢測管道高程和軸線偏位情況，發現偏差要及時糾正，避免發生較大偏位后大幅度糾偏造成土體大面積移動引起沉降，避免糾偏力過大造成管道破損、管端碎裂、接口密封失效，從而使頂管泥漿順管道流失造成地面大面積沉降。d.頂進過程中由于工具管直徑比頂管直徑大，所以頂進過程中應及時足量地注入滿足要求的潤滑支承材料，保證管道四周空隙泥漿壓力符合要求。頂管完成后及時用水泥漿或粉煤灰漿等進行置換。e.管道承口插口之間選用合格密封圈，承口鋼板保證圓度，謹防滲漏。

2.3 頂推力突然加大

1)原因分析。a.管道周圍地質情況突然變化造成土層塌方或工具管前端遇到管線或較大石頭，使阻力增大。b.減阻介質膨潤泥漿配比突然變化或注漿管堵塞，減阻效果下降，使摩擦阻力驟然加大。c.管道彎曲變形，進而摩擦阻力增大。d.頂進設備油泵、油缸、油路或壓力表等出現故障。e.頂進施工中因各種原因停頓時間過長，潤滑泥漿失水失去減阻效果。2)處置措施。a.做好護壁，隨時用探頭監測機頭前障礙物情況，遇見管線要進行改移。b.頂管頂進過程中，必須密切檢測頂進軸線和高程，及時糾偏，使管道軸線被控制在合理范圍以內。c.根據不同地質條件嚴格控制膨潤泥漿配比，并采取同步、及時、足量地注入泥漿。d.頂進施工前應派專人對頂進設備進行調試、保養、維修、檢修完成后集中驗收。e.頂進停止時間間隔不能過久，發生故障應及時快速排除。

2.4 鋼筋混凝土管道接口滲漏

1)原因分析。a.在運輸、裝卸、安裝過程中管節破損或管節和密封材料質量不滿足技術標準。b.管道頂進過程中糾偏不及時或糾偏不到位造成軸線偏差過大，進而造成接口錯位、管口破裂、橡膠止水圈封閉不嚴。c.管道接口或止水裝置選型不符合要求。2)治理方法。滲漏較小可用環氧樹脂水泥砂漿抹到滲漏處，如管口破裂滲漏嚴重則需要大面積化學注漿的方法進行處理。

2.5 鋼筋混凝土管中裂縫造成管道滲水、漏水

1)原因分析。a.管材強度達不到設計要求。b.頂進過程中頂力過大，超過管節所能承受的壓力，或軸線偏差過大，致使管節應力集中產生裂縫。c.運輸過程中造成管節裂縫。2)處理方法。根據裂縫長度、寬度以及裂縫方向，認真分析裂縫產生的原因和性質，根據不同裂縫程度，分別采取不同的處理方法，裂縫較小可采用環氧樹脂水泥砂漿等措施處理，裂縫破損嚴重采用周圍注漿或挖除后返工處理。

3 結語

晉陽污水廠主干管頂管工程中遇到許多問題，結合現場條件和理論規范，采取以上措施進行處理，起到了很好效果，該工程一次性通過驗收試水，經過總結分析，對泥水平衡法頂管施工常見的問題和防治措施談談自己一點膚淺的看法。

[1] 中國非開挖技術協會.頂管施工技術及驗收規范(試行)[Z].2006.

[2] CECS 246：2008，給水排水工程頂管技術規程[S].

The common problems and treatment method in sludge-liquid balance method pipe jacking construction

Xu Quan

(DachengEngineeringLimitedCompany,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China)

This paper introduced the process principle and characteristics of sludge-liquid balance method pipe jacking construction, combining with the common problems in main pipe engineering construction of Taiyuan Jinyang sewage treatment plant, and put forward specific measures, achieved good construction results.

sludge-liquid balance method, pipe jacking construction, earth pressure balance, pipe

1009-6825(2016)28-0104-02

2016-07-26

徐 權(1974- )，男，工程師

TU991.36

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