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污水管网中泥水平衡顶管施工的应用

2021-05-04 94 上传者：管理员

摘要：顶管作为非开挖施工技术,在城市地下管网、污水管网和河流等地下工程中得到了广泛的应用。文章以某污水管网施工为例，从泥水平衡顶管施工中的顶进设备布置、施工工艺、工作井土方开挖、支护设置、排水以及质量控制方面进行了详细阐述，为类似工程提供参考。

关键词：
工作井
施工技术
污水管
泥水平衡法
质量控制
顶管施工
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1、引言

泥水平衡顶管施工技术能够在不开挖或减少开挖次数的基础上，完成管道埋设。其主要指利用施工设备的顶力，减少管道与土壤之间的摩擦，从而实现将管道依次顶入土中。具体施工原理：通过主顶油缸、中继间等，将工具管等工具推进至接收坑内[1]。管道则紧随在工具管等设备的后方，并埋设在两井之间。

2、工程概述

本工程顶管从泉秀路与云鹿路交叉口处的污水管道起，沿云鹿路东侧车行道下，至宝洲路与丰海路交叉口。衔接丰海路污水管道，沿宝洲路南侧车行道下，至宝洲路与坪山路路口顶管工作井止，全长约1489m。施工现场处于繁华地段，如果采用开挖施工法，不仅将对城市地貌产生严重影响，延长工期，而且还会造成交通堵塞，给周围群众带来不便。因此，为避免对城市环境、群众以及交通产生影响，本工程决定大部分环节采取非开挖泥水平衡顶管施工方法，小部分环节采取开挖施工方法。

实际施工中，管材将选取钢筋混凝土钢承口管、橡胶圈接口、DN800管径，其施工段长度为1489m；开槽埋管将采用HDPE塑料排水管、电热熔或热熔带接口、DN400管径，施工段长度为49m；沉井支护采用高压旋喷柱。

3、泥水平衡法顶管顶进设备布置

3.1 顶进系统

在工作井的主顶装置中，共存有两只千斤顶。主顶千斤顶为单冲程千斤顶，总行程为2.5m，每只顶力为4000kN，总顶力为8000kN，如下图所示。在实际施工中，施工人员需注意控制油压。不同油缸分别具有与其匹配的独立油路控制系统，该系统能够根据施工需求，对主顶装置进行调整，从而实现辅助纠偏。

3.2 通风系统

在长距离、较深的顶管施工中，通风具有重要地位，其可对施工人员健康产生直接影响。因此为实现良好通风，本工程将利用净化装置对含氧量较高的空气进行处理，并通过空气压缩系统，将其送至工具头顶部。而针对抽风，本工程将在距离工具头12m～15m的位置安装抽出式轴流风机，并在其中间区域设置力轴流风机，从而实现浑浊空气的排放。

3.3 通讯系统

针对管内与工作面现场通讯，本工程将采用对讲机以及HE系列的自动电话总机，并利用程控电话机为双方建立稳定联系。

3.4 供电系统

为解决工程临时用电负荷变化较大的问题、满足工作井以及顶管需求，所以本工程计划向附近单位借用150kW的临时用电。并额外配备一台180kW的环保低噪音型发电机，备用导线选择截面为75mm2的BX型导线。部分临时电路敷设照明为220V，并依照“三相五线制”架设临时动力线。

4、泥水平衡顶管施工技术方案

4.1 顶管施工工艺流程

(1)对高程与轴线进行测量；

(2)挖掘顶管工作井、设置顶进后背，并谨慎安装辅顶管导轨；

(3)严格安装止水圈、割除洞口；

(4)安装并调试主顶工作站；

(5)开动挖掘机头刀盘，将挖掘机头以及先导管顶入后，依次运出多余泥土；

(6)下管，安装管节，并利用顶铁将管材顶进土体；

(7)在安装下管的同时，检测其是否正常推进，并确保掘进机能够顺利推进至接收井[2]。

4.2 测量系统

首先，本工程将建立控制点。工作井与接收井施工结束后，进行测量放线工作时，施工人员将参照其穿墙孔与接收孔的实际坐标，并在确定管道顶进轴线后，将其投放至测量平台与井壁。在测量控制网建成于工作井四周时，其将定期对控制点进行复核。其次，管道施工测量[3]。本工程将利用高精度全站仪系统对施工管道进行测量，并将平台设置在顶管后座处、测量光靶安装在工具头尾部。在实际测量过程中，全站仪系统将对测量光靶位置直接进行测量，并通过倾斜仪分析掘进机机头的实际情况。最后，测量校核。全站仪系统的测量精准度极易受到顶管距离的影响，造成该种现象的主要原因如下：(1)后视点与测量仪器之间的距离较近，但前视点距离则较远，因此短边控制长边的现象出现，从而导致精准度降低；(2)顶管内部空气湿度较高，导致激光束出现抖动，从而对精准度产生影响。

4.3 工作井土方开挖

工作井土方开挖需与机械、人工开挖法进行结合。在开挖前，有关人员需谨慎进行定位放线工作，并明确地下管线实际走向以及埋深[4]。此外，本工程将选派专人负责地下管线的监护工作，以此对地下管线安全提供保障作用。在实际施工中，施工人员将采取由上至下逐层开挖法，并在严格遵循相关原则的基础上，首先开挖上层土体。依照相关标准，工作井旁不允许堆积废土，不允许存放材料、机械设备以及水泥罐等。基槽边外部荷载必须低于15kPa，且不允许出现流水现象，避免水流渗入基槽，对边坡稳定性产生影响。在工作井挖掘支护工作完成后，应立即开展钢板围挡工作，并在其周围设置安全警示标志。

4.4 工作井支护设置

井壁支护处理在施工中具有重要地位，其能够有效防止工作井坡面坍塌[5]。针对该点，施工人员应选取20mm厚木板进行支撑，并满铺设置。若土质极易坍塌，或受到场地等因素的限制，难以大程度开挖，施工人员即可采取浇筑护壁等措施，以此为工作井顺利施工提供保障作用。

4.5 工作井排水

根据相关标准，工作井内不允许出现水流，若出现少量地下水时，施工人员需在井内四周筑起宽0.3m，高0.4m的土埂用来拦截地下水、在井内挖掘出0.3m×0.3m的边沟，将水流以3‰的坡率引往集水坑，并及时用Φ50口径污水泵将其排出，避免其浸泡边坡，对作业产生影响。

4.6 工作井底板设置

在底板混凝土垫层的浇筑过程中，施工人员应确保井底面平整；清除浮泥，避免封底混凝土中渗入杂质；混凝土面的泥污必须及时清除；底板垫层混凝土强度为C30，厚度为500mm，混凝土抗渗等级S6。

4.7 工作井后基座设置

在该工程中，施工人员需确保后座墙强度，并在完成后，为其加垫20mm的厚钢板，以此满足顶管的最大顶力。

5、顶管施工质量保证措施

(1)后座必须紧贴后座支墩，并与顶管轴线垂直；

(2)严格安装顶进油缸；

(3)严格控制导轨轴线与顶面位置；

(4)严格检修工具管、调试及止水试验；

(5)做好穿墙准备工作、确保机械调试程度、做好防渗水工作；

(6)加强测量工作效率与质量；做到随偏随纠，小角度纠偏的原则连续纠偏顶进；

(7)触变泥浆的压送工作必须与顶进同时进行；严格控制泥浆比例，并根据不同土质条件进行调整；在管段上进行补浆，确保泥浆减阻质量；

(8)谨慎布置管道内设备与管路，必要情况下，应采取单边配压重的方法进行纠扭；

(9)做好详细记录，确保数据精确，为分析、掌握顶进情况、管理人员下达决策提供可靠依据；

(10)工程技术人员必须跟班值勤，确保每班至少有一名工程技术人员在岗，避免施工中出现的问题得不到及时解决。

6、结语

总之，在科学技术不断发展的背景下，顶管施工方法已从人工作业发展至机械作业，该种作业方式不仅能够显著提升施工效率，而且能够对人员安全提供保障作用。在此其中，常见的平衡理论有气压、土压以及泥水，其已成为目前市政行业顶管施工的主流方式。因此，施工单位在工程中应尽量使用该种施工方法，使得城市地貌得到保护，工程项目才能避免对群众生活产生影响。

参考文献：

[1]高立康,张海蛟.粉砂岩及细砂地层的泥水平衡顶管技术[J].中国建材科技,2020,29(05):121-123.

[2]李磊,张建新.泥水平衡法顶管工程事故实例及分析[J].天津城建大学学报,2020,26(04):266-270+311.

[3]刘涵.泥水平衡顶管施工技术在市政工程施工中的应用[J].中国高新科技,2020(14):62-63.

[4]夏堃.清河水库供水工程泥水平衡工艺顶管施工探讨[J].内蒙古水利,2020(06):42-44.

[5]彭富波,张磊,鲁燕杜,等.市政管网小管径泥水平衡顶管机不同地层刀盘选型技术[J].长江工程职业技术学院学报,2020,37(02):4-7.

曾清河.泥水平衡顶管施工在污水管网中的应用[J].安徽建筑,2021,28(04):86-87.