泥水平衡法顶管技术在武汉地区应用的可行性分析

摘 要：结合在武汉地区的工程实例说明泥水平衡顶管工法在施工中的一些重要的技术操作要点，并对地质勘察的重要性和机型选择的方法作了进一步的探讨，证明了该项技术在武汉地区是完全适用的，从而从而推广泥水平衡顶管工法在武汉地区的应用。

关键词：顶管技术；泥水平衡法；施工

1 工程概况

该项目位于武汉市一条较繁华的街道，沿线聚集大量的院校、科研机构、住宅小区和店铺，人车混流，流量较大；原有地下管线纵横交错。该项目污水管线管道全长1357m，管道直径800mm，埋深4.5～6m。管道沿线范围内的地质情况主要为填土、粉质粘土、砂质粘土以及砂层等，含水量23%～39%，地下水位较高。

2 顶管方案

2.1 机头选型

根据设计文件所提供的地质资料显示，施工断面都为松散、软弱的粘质砂质土层，比较适合于泥水平衡顶管机的使用，因此施工单位购进了一台TCZ800泥水平衡顶管机。该技术与人工顶管相比具有以下优点：

2.1.1 掘进机能适用于复杂的土层条件，特别是含水量大的粘质和砂质土层。

2.1.2 主压千斤顶一次顶进长度超过100m。

2.1.3 通过电脑监控，方向的控制精度很高，带有伊式机公司专利的RSG双光靶方向控制系统，经由有经验的人员操作可将误差控制在10mm以内。

2.2 施工现场布置

顶进管线总长1357m，沿线共设置顶管工作坑6座，采用双向顶进，即向一个方向顶进完毕后调头再向另一个方向顶进，平均每段顶进距离110m。工作坑范围内实行封闭管理。顶管工作坑均使用钢筋混凝土沉井结构，坑内布置后背、导轨、主顶工作站；坑外地面上布置泥水处理系统，沉淀池为两座铁制水池。

2.3 顶力计算

根据泥水平衡法顶管顶进力的经验计算公式可得：总推力为33.15+2376.35=2409.50kN。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。工作坑设计允许承受的最大顶力为4000kN，管材轴向允许推力3000kN，主顶油缸选用2台2000kN级油缸，每只油缸顶力控制在1800kN以下，这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力3600kN。因此无需增加额外的顶进系统即可满足要求。

3 工程实施

3.1 工程的进展

工程施工的各阶段都比较顺利，在粘性土层中施工时，由于其顶进总推力较小，因此顶进速度很快，尽管是不是成熟的技术，但纯顶进速度仍最快达到过20m/10h，较以前普遍使用的人工顶管法效率提高了5倍以上；在砂性土层中，针对地下水压力高、工作面土层自立性差的问题，通过控制泥水仓中平衡介质的密度，保持泥水压力来达到稳定工作面的效果。

3.2 主要施工参数的设定与调整

3.2.1 顶进速度控制。顶进速度的控制过程中，注意以下几点：

3.2.1.1 主顶启动时，必须检查千斤顶是否靠足，开始顶进和结束顶进之前速度不宜过快；每节顶进开始时，应逐步提高顶进速度，防止启动速度过大。

3.2.1.2 一节顶进过程中，顶进速度值应尽量保持恒定，减少波动，保证切口水压稳定和送、排泥管的畅通。

3.2.1.3 顶进速度的快慢必须满足每节润滑泥浆注浆量的要求，保证润滑泥浆系统始终处于良好工作状态。

3.2.2 平衡介质的调配。平衡介质必须达到一定的相对密度，它是一个主要的控制指标，不宜过高或过低。平衡介质可以是清水，也可以是清水聚合物或类似物质（通常采用膨润土浆液），具体的配合情况以及密度要根据地层的渗透性来确定。

在本工程施工过程中，根据不同的土质条件来控制泥浆密度来保持工作面的稳定状态。

3.3 采取注浆减摩措施，有效降低顶进阻力

顶管施工中，顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力。

4 施工效果

该工程实际顶管长度为1105m，工期为40天，从施工情况来看达到了预期效果，主要表现为：

4.1 顶管顶进速度快，平均日顶进距离25m，比普通人工顶管法提高了4倍。

4.2 顶管法施工采用全封闭进行，其生产作业完全不受周边环境的干扰，而且在天气恶劣情况下仍可正常施工，较开挖方式灵活许多。

4.3 在本工程地质条件复杂、地下水位较高的困难条件下，顶进过程中未出现工作面坍塌的情况，地下水也未大量涌入顶管工作坑内；顶进管道质量较好，高程和轴线偏差经测量均保持在±25mm以内；管道闭水试验均一次成功。

5 结语

该工程实例证实了武汉地区的地质特点完全适用于泥水平衡式顶管施工技术，对于武汉地区既有松散的软弱土层，又有富含砂砾石的中硬地层这样比较复杂且变化较大的地层，只要掘进机选择适当，泥水平衡式顶管技术一定能够很好地应用。

参考文献

[1] 余彬泉，陈传灿.顶管施工技术[M].北京：人民交通出版社，2012.

作者简介：甘斌（1977- ），女，湖北咸宁人，鄂州职业大学建筑工程学院，讲师，研究方向：土木工程学。