机械顶管施工技术在康庄路项目排水工程中的应用

王磊

摘 要：本文根据笔者多年实践工作经验结合康庄路（豫兴大道～科学大道）项目工程，对机械顶管施工技术在康庄路项目排水工程中的应用进行了分析。

关键词：顶管技术;施工技术;设备安装

1 工程地质及水文条件

根据钻探揭露，勘探深度内地层表层覆盖第四系素填土，其下以第四系上更新统坡洪积形成的黄土状粉质粘土、中更新统坡洪积形成的粉质粘土等，下部为新近系形成的粘土岩。

根据勘探钻孔的水位观测结果，场地地下水主要赋存在于③7、④2层中，地下水埋深8.6 m～23.2 m，相应高程207.9 m～223.6 m，地下水类型为上层滞水，分布不连续，地下水位变化大，经调查地下水位年变幅2 m～3 m左右。

2 工程特点分析及方案确定

排水管道施工过程中，管道埋深比较深，可达7.5 m～

11.72 m。该地段地质存在上部滞水，地下水埋深8.6 m～23.2 m，水量大。因此，采用泥水平衡式机械顶管施工。

顶管井采用现浇C30P8钢筋混凝土圆形沉箱，壁厚500 mm，分段浇筑。当混凝土强度达到设计要求时，进行挖沉，达到设计标高后，密封300 mm厚C20素混凝土底部。

泥水平衡顶管施工适用于渗透系数大的各种粘土、粉土、砂土和砂石。也适用于强风化岩等恶劣地质条件下的各种埋置管道，适用于各种复杂地质条件。因此，在砂层、粉砂质土等特殊地质构造断面采用泥水平衡顶管施工是适宜的。

泥水平衡顶管施工属于机械化长距离顶管施工技术，可以有效解决传统顶管施工中存在的地形土质、顶管长度、施工安全和环境污染等问题。与传统的人工开挖顶管施工相比，具有更強的适用性、更高的效率和更好的安全性，对工程顶管施工可取得较好的效果。

3 泥水平衡式顶管施工

3.1 测量放线及工作井施工

采用基站式GPS（RTK）进行轴线定位，采用水准仪进行高程定位，并在定位轴线以外，征地范围之内设置永久测量控制桩。

根据设计顶进位置处进行顶进工作井放线，顶管井制作及开挖下沉（顶管坑工作井底口内直径长7.5 m，以便放入顶管机头）严格按照设计支护方案施工。配合降水施工，顶管施工前，基坑内水位降至坑基底0.5 m～1.0 m之下，确定无地基土扰动后，进场施工。

3.2 后背墙施工

后靠背为油缸顶进套管的反力的支撑结构，要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀，后背墙施工时应与顶进路径轴线相垂直，后背墙底至工作坑底500 mm以下，与工作坑壁之间空隙部分用碎石填充并捣实，根据顶进反力验算后背墙受力情况，确定后背墙结构形式以确保满足顶进强度和刚度。本工程经验算，后靠背拟采用C35现浇钢筋混凝土结构，采用C18@200*200 mm三层铺设，尺寸为3.0 m×2.5 m，厚度为30 cm。

3.3 顶管机就位及主顶设备安装

用起重机吊起顶管机，把顶管机放在顶坑内的导轨上。顶管机前端距离井壁250 mm左右。升降后，调整底盘和顶管机头的位置、标高、中心线、俯仰角和旋转角，确保顶管机的轴线、导轨的轴线和主顶筒的轴线一致。

顶设备采用两个300T双恒压油缸，安装油缸底盘时应牢固支撑，防止变形或位移。安装主顶油缸架时应准确定位，确保油缸受力点位置正确，标高、平面安装误差应控制在3 mm以内。安装在油缸架上的油缸中心误差控制在3 mm以内。主顶油缸的油路应平行，每个油缸应有进油和出油的控制系统。

3.4 顶进施工技术

（1）安装顶压环并卡牢管后端，校核管线标高和方向，各方面都准备好后方可操作顶进。

（2）接通电源，机头刀盘开始转动，转速由慢到快，当设备的参数稳定后，启动进出泥泵出泥，开始泥浆循环。

（3）调整进出泥浆泵流量，机头刀盘的操作全部采用在管道外控制台控制，由1名操作手实现对工具头刀具的转动、纠偏控制、压力显示、实时监控（工具头安装了摄像头、控制台上安装了电视机）。

（4）进入千斤顶后，观察工作仓土压力表，调节泥浆泵的流量在泥浆平衡的工作位置，当进入泥浆和挖泥船泵稳定工作时，调节进入泥浆和挖泥船泵的量，使工作仓内必须保持一定的压力，仓内泥浆压力应与地下水压力平衡，泥浆压力过大，地面标高高;由于泥浆压力过低，地面下沉，所以控制顶部进出泥浆的速度非常重要。然后操作油缸进行顶起，直到顶出一段管道为止。拆迁的供水、排泥管，使用起重机下一节套管安装在坑里，套管接口位置设置止水围裙，袖子接触减少应力集中的位置，安装后的套管对接位置5 mm五合板缓冲垫，重新安装泥浆和供水管道，检查工具、设备是否正常启动后和千斤顶、顶管机，继续顶头、再顶，重复以上步骤直到顶顶完成。

（5）顶起过程中工具头的测量和校准。站在后面的工作位置测量，测量的引入基地地面、地下，为了避免变形引起的误差的工作好，放在的崛起的全站仪激光全站仪发射屋顶水平喷射方向后，胶头的测量工具，通过望远镜每隔0.5 m记录工具头的偏差。

当机头偏离设计轴线时，立即使用设置在机头后部的整流千斤顶组来改变机头端面的方向，以减少偏差，使管道沿设计轴线顶起。顶管纠偏质量的好坏将直接影响到顶管施工的质量。顶进时，必须严格控制顶头的方向，必须随时纠正偏差，控制管道的线形。

在顶升过程中，加入触变泥浆填充管道周围的空隙，形成泥套，可以支撑地层，减少地面沉降，减少顶升阻力。

注入触变泥浆：顶管机外径应比顶管机外径大2 cm～

6 cm。灌浆后，应在土与管之间形成10 mm～30 mm厚度的泥圈。

3.5 顶管机的接收

接收井位于管道的检查井位置。接收井应预留顶管出口，出口直径应大于顶管直径10 cm～20 cm。当顶管机1 m～2 m接收坑壁附近的，顶起顶管机的速度应该调整和控制，和顶管的轴线的测量和控制机器应该加强减少不利影响的积极抵抗管道的接收。可在接收井的接收孔轴线上安装临时支架，防止顶管头跌落。管道进入接收井的接收孔后，应按设计要求堵塞接收孔与管道之间的间隙。在洞穴出口前，应提前对洞穴入口土进行加固，控制洞口土的强度和均匀性。在洞口设有密封装置，保证密封效果。

3.6 泥水处理系统处理

通过向刀盘注入含有一定浓度的泥浆，通过大刀盘切削工具头前方的原状土，与注入的泥水搅拌。采用管道运输的方式，泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理，泥浆可以反复循环使用，处理好的泥沙用泥浆车外运，避免污染环境。

3.7 顶进后处理

顶管机进入接收井时，应及时破碎接收井接收孔填充物，调节止水装置，启动排水系统，直至将顶管机完全顶至接收井内。

顶进管外填充注浆（注浆料为：合理配比的水泥加粉煤灰浆），顶管完成后及时对管道外壁进行充填加固，把原注入的膨润土（触变泥浆）浆置换掉，保障被穿越的地面构筑物安全。

顶进结束后应对顶进管道内的悬吊螺钉孔和顶进管道的内接缝按照设计要求进行处理。

4 结语

机械顶管施工，解决了在含有大量地下水的土质结构特殊地段时，人工掏土易造成坍塌、效率低、受周边环境制约等缺点，通过本工程实践证明，泥水平衡顶管施工有对道路、交通、周围土层的影响较小，可保持挖掘面的相对稳定，施工后地面沉降极小，采用泥水平衡顶管施工工期较短，投入施工人员少，施工精度高，可节约各项成本，同时减少了降水、土体加固等措施，作业比较安全。该工程通过采用泥水平衡式机械顶管施工，切实解决了施工存在的问题，保证了施工安全、质量和进度，提高了管道施工整体质量。

参考文献：

[1]孙路文.泥水平衡机械顶管施工工艺在实际施工中的应用[J].科技与企业，2014（2）：185+187.

[2]吴荣荣.泥水平衡式曲线顶管施工技术在电力改造工程中的应用[D].华侨大学，2013.

[3]李振静.泥水平衡式顶管施工技术在市政排水工程中的运用[J].工程技术（全文版），2016（10）：274.