大直径泥水平衡顶管机在沿海地区施工的主要技术措施初探

刘敏

摘 要：随着非开挖施工技术在城市建设中得到越来越广泛应用，顶管技术在南方沿海地区的电力、给排水、燃气等领域飞快发展，该文以深圳市某变电站线路配套电力电缆隧道工程为例，对大直径泥水平衡顶管机在沿海地区施工采取的主要技术措施进行探讨。

关键词：大直径泥水平衡顶管机 施工 技术措施

中图分类号：U175 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（b）-0069-02

1 工程概况

某变电站线路配套电力电缆隧道工程位于深圳市福田区新洲路东侧（主要位于绿化带中），隧道南起莲花路口，北至北环大道；隧道沿途需穿越深圳地铁二号线和莲花西路，沿线两侧主要构筑物为医院和居民小区。本工程包括3#工作井～4#工作井隧道段188m、4#工作井～5#工作井隧道井474m、5#工作井～北环市政隧道井隧道段314m三个区间段，隧道全长976m，隧道设计外径为3580mm，内径为3000mm的圆形，拱顶埋深7～14m，采用顶管法施工技术。

工程地下水位埋深约2.4～7.6m，高程3.98～15.08m。项目施工区域地质从上而下可以概括为：填土层、淤泥层、中粗砂、砂质粘土层。3#～4#顶管区间穿越砂质粘土层；4#～5#顶管区间穿越砂质粘土层，5#工作井～北环大道在建市政隧道顶管区间穿越砂质粘土层及中粗砂。结合工程所处地质环境情况，此电力电缆隧道采用泥水平衡顶管机施工。

2 工程特点

（1）本工程位于深圳市福田区新洲路东侧，需穿越深圳地铁二号线和莲花西路，沿线两侧主要构筑物为医院和居民小区，周边高档住宅及基建设置一应俱全，地下管线丰富，且多沿道路两侧敷设，施工过程中要严格控制地面沉降变形。

（2）本工程施工场位于新洲路右侧的绿化带，施工场地狭窄，需要占道施工。隧道施工过程中，管件吊装频繁，对交通构成影响，需要进行交通疏解。

（3）本工程施工区域地质从自上而下主要有：人工成因杂填土、人工成因填石、淤积成因淤泥质土、冲洪积成因粉质粘土、冲洪积成因细砂、冲洪积成因粗砂、残积成因砂质粘性土、基岩。隧道管道穿越的地层主要为砾质粘土层，地下水位高，4#工作井～5#工作井段隧道长474 m，施工距离长，顶管阻力大，容易出现顶偏现象。施工难度较大，顶管施工精度要求高。

3 设备特点

针对本工程地质条件，经研究选择了一种具有破碎能力的泥水平衡的顶管机（TPND-3500型，图1），使切削下来的泥土在泥土仓内形成塑性体，以平衡土压力，而在泥水仓内建立高于地下水压力10～20kPa的泥水、泥浆，以平衡地下水压力。通过把进水添加粘土等成份的比重调整到一定范围内，即使挖掘面是砂的土质，也可形成一层结实的不透水泥膜，同时平衡地下水压力和土压力。

4 施工主要技术措施

4.1 顶管进出洞口的质量控制措施

顶管进出洞口主要通过安装安装止水圈和加固机头出洞口控制措施解决。

（1）安装止水圈。洞口止水圈主要由预埋钢环、压板、橡胶圈和安装钢环组成，安装位置要根据出洞轴心位置进行调整。止水圈允许机头有2cm轴线位置，若机头偏差超过2cm，止水圈的安装位置必须根据实际偏差进行调整。

（2）加固机头出洞口。本工程进出入洞口主要为砾质粘土层，施工时在进出洞口周围采用Φ600三管旋喷桩进行加固（图2），以提高这部分土的强度，从而使工具管在出洞时土体不发生坍塌现象。

4.2 顶管轴线控制措施

顶管要按设计要求的轴线、坡度进行。主要是掘进机头部测量与纠偏的相互配合。纠偏是完成管道线型的主要手段。纠偏原则如下。

（1）勤测勤纠：即每顶进一段距離，测量一次工具头轴线及标高偏差情况。纠偏人员将工具头现在纠偏角度、各方向上千斤顶的油压值、轴线的偏差进行纠偏。

（2）小角度纠偏：每次纠偏角度要小，微机每次指出的纠偏角度变化值一般的都不大于0.5。

4.3 通过不稳定流砂及淤泥层的处理

管道的顶进如果遇到不稳定流砂及淤泥层，在流砂性质的土层和淤泥质，这类不稳定性土层中，采取如下措施。

（1）少出土、多顶进、不抽水，保持流砂及淤泥层的稳定。

（2）在顶进过程中，应该随时注意工具头前端的土压情况，保证使工具头前端土体不发生流沙流泥和坍塌。

（3）在含砂量过大的地层需要加注泥浆，以增加土体和易性和平衡

土体的压力。

4.4 地面及建筑物沉降控制措施

地表监控采用地表和深层观测相结合的方法。沿顶进轴线的管线保护和重要区段应增加每天监测次数以致进行24 h跟踪监测。正常情况下地面的观测点每天进行1～2次沉降跟踪观测，经数据处理分析后作为及时调整掘进机参数的依据，减小地面沉降量。

施工前应对工程地质条件和环境情况进行周密细致的调查，制定切实可行的施工方案，并对距离管道近的建筑物和其它设施采取相应的加固保护措施。

4.5 中继间顶进中渗漏预防措施

中继间渗漏的原因，这是由于中继间的密封受到磨损以后而产生失效所致。

中继间渗漏的处理措施：采用耐磨橡胶制成中继间密封件，把密封件设计成双密封圈，密封圈空隙采用油脂灌封，防止、减少砂子等杂物进入，减少磨损。

4.6 长距离顶管信息化施工管理措施

4#工作井～5#工作井段隧道长474 m，施工距离长，顶管阻力大。须进行详细的信息化施工。

（1）首先在施工前对顶管设备进行检查，在确认设备运行正常情况下进行施工，每顶进一节混凝土管须对混凝土管进行标高复核并做出完好的原始记录，各班组及管理人员对各项质量指标的落实情况都有鉴别数据生成，质量问题能及时发现，敦促班组及时整改。

（2）顶管过程中对原始数据的记录进行收集，并对高程控制做流程行像进度图，对高程超接近规范警示的进行监控纠偏。

（3）在施工过程中对顶管纠偏进行全方位的跟踪和记录：纠偏控制量20mm内，管道偏差超过20mm须向项目经理、技术负责人报告，纠偏千斤顶伸出量不得大于20mm，大于此值的纠偏须由项目技术负责人许可。

（4）在顶进施工中对浆液配置安排专业技术施工人员进行全跟踪检查，做到顶管前后都对设备运行跟踪数据的记录。

（5）注浆是通过注浆泵进行的，施工人员根据顶进长度的压力表和流量表，可以控制注浆的压力（压力控制在水深的1.1～1.2倍）和注浆量（计量桶控制）。

（6）触变泥浆由膨润土、水和掺合剂按一定比例混合而成。施工人员严格现场按重量计的触变泥浆配合比为：水：膨润土=8∶1，膨润土：CMC=30∶1。本工程购置膨润土袋装复合材料，在现场施工加水拌和。

造浆静置→注浆→顶管推进（注浆）→顶管停顶→停止注浆。

（7）数量和压力

压浆量为管道外围环形空隙的1.5倍，压注压力根据管顶水压力而定。

5 主要参数、效益

在深圳电网隧道工程建设工程中，大直径顶管施工技术得到很好地应用，使得本工程安全可靠，经济合理，具有以下优点：（1）减少开挖面，安全可靠。（2）绿色节能、因地制宜、经济合理。（3）施工进度快，质量有保证。

6 结语

因此，大直径泥水平衡顶管机施工技术措施，在南方沿海地区地质复杂，变化多样的地质条件下进行顶管施工得到有效采用。有力保证了整体工程的施工进度，质量和安全，可在类似工程项目中进行推广。