浅谈泥水平衡式顶管施工工艺及质量控制

梁建军

摘要：顶管技术作为一种地下管道施工手段，无需大量挖泥、挖土及破坏路面，在道路、铁路、建筑物、河床下等特殊地段敷设管道、电缆等施工工程，可避免为疏干和固结土体而采用降低水位等辅助措施，从而大大加快施工进度、节省大量投资，是真正的无污染、高效率的施工技术，文章对泥水平衡顶管施工工艺及其质量控制进行了探讨。

关键词：泥水平衡；顶管施工技术

一、 泥水式顶管施工分类及优点

完整的泥水顶管系统分为八大部分：第一部分是掘进机。它有各种形式，因而也就有区分各种泥水顶管施工主要依据；第二部分为进排泥系统。普通泥水顶管施工的进排泥系統大体相同；第三部分是泥水处理系统；第四部分是主顶系统，它包括主顶油泵、油缸、顶铁等；第五部分是测量系统；第六部分是起吊系统；第七部分是供电系统；第八部分是洞口止水圈、基坑导轨等附属系统。泥水式顶管施工有以下优点：

1、 适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下，它也能适用。

2、 可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小。因此，采用泥水式顶管，特别是采用泥水平衡式顶管施工引起的地面沉降也比较小。

3、 与其他类型顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土层这表现得更为突出，所以它适宜于长距离顶管。

4、 工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、搬运土方等容易发生危险的作业。它可以在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。

5、 由于泥水输送弃土的作业是连续不断地进行的，所以它作业时的进度比较快。

二、 泥水平衡式顶管施工常见问题的分析及预防

1、 管道轴线偏差过大。偏差结果：管道轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏。

纠偏措施：（1） 顶管施工前对管道通过地带的地质情况认真调查，指导纠偏。纠偏按照“勤测量、勤纠偏、小量纠”的操作方法进行。（2） 采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合。（3） 加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。（4） 顶进过程中随时绘制顶进曲线，以利指导顶进纠偏工作。

2、 地面沉降或隆起。沉降或隆起结果：顶管施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生地面沉降或隆起，使管道周围道路交通受到影响，甚至危及到正常使用和安全。

防治措施：（1） 严格控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法。（2） 在顶进过程中及时足量地注入符合技术标准的润滑支承介质填充管道外围环形空隙。施工结束及时用水泥或粉煤灰等置换润滑泥浆。（3） 严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏。

3、 顶力突然增大。增大现象：在顶进过程压力表指针突然增大。

防治措施：（1） 按不同地质条件配制适宜的泥浆，并采取同步注浆的方法，并及时足量的沿线补浆，经常检查膨润土质量，特别是不得含砂。（2） 顶进施工前对顶进设备进行认真的检修保养。（3） 停顶时间不能过久，发生故障及时排除。

4、 钢筋混凝土管节裂缝。裂缝现象：管节纵向和环向有明显裂缝，造成管道渗水、漏水。

预防措施：（1） 管材进场后要进行质量验收，验收不合格要及时退货。（2） 顶进时严格控制管道轴线偏差，控制顶力在管节允许的承压范围以内。（3） 在管节运输过程中采取管垫等保护措施，并做到吊（支）点正确，轻装轻卸。

5、 顶管前端正面土体坍塌。坍塌现象：顶管施工中实际出土量远远大于理论出土量，且地面有明显塌陷。

预防措施：顶进施工中采取短开挖、勤顶进的方法，并随时注意到土质的变化情况，向土仓内加泥浆，使出土量与顶进量基本一致，保持土仓压力平衡。

三、 泥水平衡式顶管施工质量控制措施

1、 顶进轴线控制措施。（1） 导轨安装必须严格控制其精度：轴线位置：3mm；顶面高程：0～+3mm；两轨间距：±2mm。确保机头出洞有良好的导向。 （2） 顶进初始阶段，根据激光点的位置随偏随纠，在开始的100m，将平面及高程偏差控制在20mm以内。顶进阶段要做到勤测勤纠，每项纠偏角度应保持10′～20′不得大于1°。偏差较大或有偏差趋势时加大测量频率。（3） 认真做好测量及纠偏记录，测量结果必须反映机头切口的偏差情况。并分别绘制平面、高程偏差曲线图。根据曲线图认真分析可能发展趋势，制定切实可行的纠偏方案。 （4） 设置轴线偏差报警值，顶进过程中，轴线累计偏差值超过50mm或每米管节偏差超过3mm时，需组织技术人员进行分析研究，分析其可能的发展趋势，制定切实可行的纠偏方案。（5） 顶进过程中，每顶进100m，测量人员必须对测量控制点进行复核一次；距离进洞口200m以内，每顶进30m对测量控制点复核一次。每次复核必须从业主提供的原始控制点开始进行复核，一直复核到机头切口，确保顶管顺利进洞。

2、 后靠稳定保证措施。（1） 后座安装时必须与后座支墩紧贴，并与顶管轴线垂直，顶进过程中经常检查后靠的稳定情况。（2） 在后靠上设置位移观测点，每顶进一节管子，对后靠进行一次位移观测。如发现后靠有位移甚至开裂等情况，根据具体情况研究解决方案。（3） 当顶力接近后靠顶力设计值时，尽早开启中继间。

3、 沉降控制措施。（1） 控制地层损失，在顶进初始阶段30m，设立地面沉降实验段；在顶进结束时及时关闭出土阀，同时刀盘停止旋转，杜绝主顶停止顶进时机头刀盘空转、排泥等人为影响地表沉降的因素。（2） 控制注浆量。（3） 控制纠偏幅度。（4） 管材供应及拼装。（5） 泥浆置换。

4、 顶管施工监测。工程监测是确保工程质量、施工安全的重要手段。首先布设沉降观测点，然后设置监测报警值，并对管线部位的要求设置报警值，根据施工进度，在不同阶段应有不同的监测频率。

四、结论

顶管技术作为一种地下管道施工手段，无需大量挖泥、挖土及破坏路面，在道路、铁路、建筑物、河床下等特殊地段敷设管道、电缆等施工工程，可避免为疏干和固结土体而采用降低水位等辅助措施，从而大大加快施工进度、节省大量投资，是真正的无污染、高效率的施工技术，已有一百多年历史。随着液压技术的进展，大型千斤顶的采用，才使其在技术上有可能获得迅速推广。与传统的“挖槽埋管法”相比，适应当前的环保要求，去除因传统施工所造成的尘土飞扬、交通阻塞等扰民因素，这一技术还可以在一些无法实施开挖作业的地区铺设管线。

参考文献：

[1] 魏纲，魏新江，徐日庆.顶管工程技术[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2] 葛春辉.顶管工程设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

（作者单位：山东水利建设集团有限公司）