泥水平衡顶管在市政排水管道施工中的应用研究

摘要：泥水平衡顶管作为一种非开挖技术，在穿越河流、道路、地下管线复杂等限制条件下的管道施工中得到广泛应用。以某市政排水管道施工为例，结合项目实际情况，制订科学的泥水平衡顶管施工方案，对泥水平衡顶管施工工艺进行研究，并针对顶管施工过程中常见的质量问题采取相应的管控措施。研究表明，在市政排水管道施工中应用泥水平衡顶管施工技术能保证施工质量，值得在同类工程中推广和应用。

关键词：市政排水管道""泥水平衡顶管""施工方案""质量控制

Research"on"the"Application"of"Mud-Water"Balanced"Pipe"Jacking"in"Municipal"Drainage"Pipeline"Construction

PENG"Zhongxiang

Shenzhen"Yuetong"Construction"Engineering"Co.，"Ltd.，"Shenzhen，"Guangdong"Province，"518000"China

Abstract："As"a"trenchless"technology，"mud-water"balanced"pipe"jacking"has"been"widely"used"in"pipeline"construction"under"the"restrictive"conditions"of"crossing"rivers，"roads"and"complex"underground"pipelines."Taking"the"construction"of"a"municipal"drainage"pipeline"as"an"example，"combining"with"the"actual"situation"of"the"project，"a"scientific"mud-water"balancednbsp;pipe"jacking"construction"scheme"is"formulated，"the"construction"technology"of"mud-water"balanced"pipe"jacking"is"studied，"and"corresponding"control"measures"are"taken"for"the"common"quality"problems"in"the"construction"process"of"pipe"jacking."The"research"has"shown"that"the"application"of"mud-water"balance"pipe"jacking"technology"in"the"construction"of"municipal"drainage"pipeline"can"guarantee"the"construction"quality，"and"it"is"worth"popularizing"and"applying"in"similar"projects.

Key"Words："Municipal"drainage"pipeline;"Mud-water"balanced"pipe"jacking;"Construction"scheme;""Quality"control

由于市政排水管道施工受特殊地理位置和地质条件的影响，施工场地受限，明挖施工方式存在一定的局限性[1]。为了降低对市政道路和周围建筑的影响，保证施工质量，本文对顶管施工技术进行研究。泥水平衡顶管施工作为顶管施工中一种比较典型的施工技术，具有施工效率高、成本低、对环境影响小等特点，且具备较好的地层适应能力，应用范围较为广泛[2]。为此，本文依托某市政排水管道施工实践，对泥水平衡顶管在市政排水管道施工中的应用进行如下研究。

1"工程概况

1.1"概况

拟建工程为某道路改造项目，位于深圳市光明区。本次道路改造基本沿旧路走向，现有道路基本与远期规划红线走向一致，并根据地形拟合现有道路中心线，基本利用现有中央分隔带，以及机动车道的宽度、辅道的宽度，对路口路段根据交通组织进行了局部优化。拟在道路两侧新建污水管道，管底埋深约5"m，管径600"mm。污水管顶管施工采用泥水平衡顶管施工工艺。

1.2"工程地质水文条件

根据钻探揭露，拟建场地地层结构自上而下为人工填土（Qml）、第四系全新统沼泽沉积层（Q4h）、第四系晚更新统冲洪积层（Q3al+pl）、第四系坡积层（Ｑdl）、第四系残积层（Qel）、燕山晚期侵入岩（γ53）等，且场地内填土密实程度不均匀，在水平和垂直方向，其组成成分不均匀。现状道路下填土层已完成自重固结，以稍密～中密为主；非现状路面下填土层，结构以稍密为主。

拟建场地地下水主要来自于地表水和地下水。其中，地表水主要来自于道路沿线水库与零星分布的水塘；地下水主要来自于上层滞水、孔隙潜水和基岩裂隙水。地下水水位较高，具微承压性，对混凝土结构具有腐蚀性。

1.3"周边管线情况

拟建工程施工区域位于城市主干道两侧内，由于顶管下穿城市主干道和辅路，道路下方管线密集。顶管施工前，应探明管线位置、走向和埋深，以防施工时对其造成损坏，引发安全事故。

2"泥水平衡顶管施工方案

综合分析工程地质水文、周边管线、施工需求等因素，拟建工程采用泥水平衡式顶管施工技术完成排水管道施工，顶管工作井和接收井采用沉井法施工，其中，顶管工作井设计规格为φ6"m，顶管接收井设计规格为φ3"m，管道材料为DN600"mm内衬PVC承插钢筋混凝土Ⅲ级管，以保证开挖面土体的稳定性，避免发生垮塌现象。

根据上述工程地质水文条件可知，顶管穿越段有全风化、强风化、中风化岩层，因此，顶管设备选用具有破岩功能DN600型号的泥水平衡式微型顶管机，设备参数如表1所示，以满足破岩顶进和排渣要求，可有效避免排泥管堵塞，保证顶管施工效果。

3"泥水平衡顶管施工要点

3.1"顶管工作井施工

本工程顶管工作井采用钢筋混凝土结构的矩形井。现场就地对工作井的井壁进行浇筑，浇筑混凝土强度等级为C30，抗渗等级S6，钢筋型号为HPB300和HRB400，钢筋保护层厚度40"mm，采用沉井法施工。在沉井施工前，先对地下管线进行详细探测并采取相应的保护措施。根据井高，采用分次制作、一次下沉的施工工艺。在施工过程中，遇渗透性较强的粗砂层时，应在工作井预留洞口采用法兰套管进行止水。待达到设计标高后，及时封底并浇筑钢筋混凝土底板。

3.2"工作井导轨安装

采用型号为DN600泥水平衡式微型顶管机进行排水管道顶管施工。工作井导轨安装是保证顶管机顺利施工的基础。在安装前，根据导轨中心线、导轨顶面标高等，确定并校正导轨中心位置，利用测量仪器监控，允许轴线偏差3"mm左右、两轨内距偏差±2"mm，以提高导轨安装的精度。待工作井导轨安装完成后，还应在预留洞内安装副导轨，且轴线高程与主导轨保持一致，防止顶管机机头进洞后发生低头现象，从而保证顶管施工效果。

3.3"顶进施工

3.3.1"始发顶进施工

在洞圈内的竖井结构全部破除后，应立即开始顶进施工。由于始发洞门预埋钢环和机壳间存在15"cm的间隙，顶管机头始发时容易引起水土流失，严重时会导致地面沉降，造成地下管线损坏，因此，必须采取相应的措施，确保顶管机头始发安全，如掘进前检查系统的完好性、根据始发地层情况调制泥浆等。

3.3.2"顶进参数设置

在泥水平衡顶管施工中，顶进施工是其关键环节。"在顶管设备实际入洞前，应注意调整顶管掘进参数，判断其是否满足施工需求。因此，必须结合现场环境、地质条件、顶管设备性能等合理设置顶进参数，具体如表2所示。

3.3.3"入洞控制

在入洞前，应先加强施工监测并检查端墙情况，必要时，采取相应措施，以保障端糟结构安全与前方土体稳定。根据本工程特点，设计每4节管布设1节注浆管，依次调整注浆孔的位置，确保每个方向都能注浆润滑，同时还应合理确定注浆量及注入压力，使其满足施工需求[3]。结合本工程具体情况，选用具有一定比重黏土成分的优质触变泥浆，泥浆性能控制标准如表3所示。

根据管道周围空隙的大小与周围土层的特征，根据相关公式，计算DN600顶管段每米注浆量V＝[3.14×（0.8/2）2-3.14×（0.6/2）2]×1＝0.2198"m3。在施工中，注浆量还可根据施工现场土质、顶管顶进、地面沉降情况等进行适当调整。根据本工程的管道深度H和土的天然重度γ，确定注浆压力为0.53～0.80"MPa，实现泥浆压力平衡，保证泥水平衡顶管施工效果。在注浆前，应先将泥浆搅拌均匀，然后灌入储浆罐内静置24"h，再对泥浆的比重、黏度等性能参数进行检验，确保性能满足施工要求。

4"泥水平衡顶管施工过程的质量管控

4.1"不良地质处理

4.1.1"孤石地质处理

当顶管施工遇孤石、顶管机顶进过程中无法顶进时，应及时采取处理措施，以保证施工质量。（1）在地面具备条件时，从地面钻孔预裂爆破、冲孔清除；（2）遇孤石群，首先应向土仓加气压，然后在掘进时采用低转速、低扭矩和低推力谨慎前进；（3）遇到地勘未探明孤石时，采取地面钻孔静爆预裂处理。

4.1.2"软硬不均及硬岩地层处理

顶管穿越软硬不均与硬岩地层时，需控制顶管自身的各项掘进参数，控制好顶管推进速度和姿态，保持推进速度的恒定和稳定。加强同步注浆和二次注浆，采取信息化施工，加强建构筑物的监控量测，信息及时反馈，严格控制沉降和位移，确保顶管顺利掘进通过。

4.2"测量与纠偏

测量是顶管施工阶段非常重要的一项工作。在顶进施工时，应遵循“勤顶勤测、随时校正”的原则进行测量，不能出现少测和漏测。采用全站仪和激光经纬仪进行测量，并在顶管机头部布设三维坐标控制点。在顶管机下管前和下管开顶后各需要测量1次，保证顶进施工质量。在正常顶进时，测量频率为每顶进30"cm/次，最后整体顶进1"m后需要复测一次。测量完成后，根据仪器测量读数，经精确计算得出顶进参数，包括顶管转角、顶管中心方向偏差值、顶管坡度、顶管中心高程等，为调整顶管机施工参数提供依据[4]。

在测量时也要伴随着纠偏工作，按照“增加纠偏频率、减小纠偏幅度”原则，随测随纠。为确保管道入土的位置不出现偏差，在顶进第一节管时应立即进行纠偏，保持测量间隔不超过50"cm；在正常顶进段，保持测量间隔不宜超过100"cm，纠偏随着测量进行。在纠偏时，应逐步将已顶好的管道复位，避免猛纠硬调，以防产生相反的结果。

4.3"控制泥水管内沉淀和堵塞

在顶进施工中，如果泥水管内部发生沉淀、堵塞等现象，则会阻碍顶管机的顺利推进，进而影响顶管施工质量[5]。针对不同原因，应采取有效处理措施：（1）如果排泥泵达不到所需的流量要求时，则应该更换泥泵；2）如果顶进施工段存在含水量小的黏土地质情况时，应减小刀盘厚度，并适当加大送水量，以降低管内沉淀和堵塞。

5"结语

综上所述，在市政排水工程中应用泥水平衡顶管施工工艺不仅能确保工程的顺利开展，还能减少对周边环境的破坏。为此，本文结合具体工程实践，合理进行顶管设备选型，对泥水平衡式顶管施工工艺进行分析；并结合实际情况，针对施工中比较常见的质量问题制订相应的处理措施，做好质量通病防治，以保证泥水平衡顶管施工效果。

参考文献

[1]刘俊奇，梁小军，张峻伟.渣浆转换过滤泵送系统在土压平衡顶管施工中的应用[J].公路，2021，66（1）：390-394.

[2]秦林，郝欣，汪林.顶管技术在地下空间中小型管道施工中的应用[J].现代隧道技术，2022，59（S2）：228-233.

[3]张勇，邓力铭，周田园.泥水平衡式顶管施工技术在排水管道施工中的应用[J].四川水泥，2023（10）：230-232.

[4]杨开放，韩治，牟雨龙，等.城镇市政道路下泥水平衡式顶管机施工质量控制[J].中国新技术新产品，2022（12）：115-117.

[5]坚洪坤.泥水平衡法顶管在市政工程施工中的应用[J].工程技术研究，2024（3）：74-76.