泥水平衡顶管控制.docx

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泥水平衡顶管控制

泥水平衡顶管质量控制

近年来，在开封、郑州等地管道顶管的施工中，相继采用了泥水平衡法顶管施工，解决了传统顶管出现的弊病，下面就泥水平衡顶管施工简要说明，以帮助监理人员更好了解。

一、简介

泥水平衡顶管施工是机械化顶管施工的主要方法之一，属于机械化、长距离顶进施工技术，其特点为：

刀盘将切削的土壤送入泥水仓，然后由送水泵将具有一定浓度的泥水送至挖掘面，通过刀盘充分搅拌后由排泥泵经排泥管道将泥水送至地面泥浆池，经沉淀或分离后泥水可重复利用，残渣外运；掘进过程通过刀盘以及顶速平衡正面土压力，调节循环水压力用以平衡地下水压力；采用流体输送切削入泥仓的土体，顶进过程中不间断，施工速度快；无需土质改良或降水处理，施工后地表沉降小。

通常泥水平衡顶管的主要设备有：

掘进机、主顶设备、测量设备、井内旁通、控制系统等；辅助设备包括：

泥水处理设备、注浆设备等。

泥水平衡顶管施工适用于各种粘土、粉土、砂土和渗透系数较大的砂卵石，也适应强风化岩等恶劣地质条件下的室外给水、排水、电力及其它适用于顶管施工的管道工程。

泥水平衡顶管一般适用于管径D400~2400mm的管道施工，由于泥水平衡顶管顶距长、不需降水、能很好控制地面隆沉、施工安全等特点，并可适用于各类复杂地质条件，因此像穿越重要公路、铁路、建筑物等特殊工程地段、穿越砂层、淤泥质土等特殊地质构造地段应用泥水平衡顶管施工工法，可达到良好的效果。

泥水平衡顶管施工技术是利用泥水压力来平衡土压力和地下水压力的一种顶管施工方法。

其基本原理是由送水泵将具有一定浓度的泥水送至挖掘面，再经井内旁通压力调整阀及调整排泥泵转速来调整进水压力大小，使其平衡地下水压及挖掘面土压力，尽量使掘进机刀

盘在平衡压力下工作，从而可防止由于挖掘面的失稳，造成地面沉降和隆起。

基本工艺流程

加中继间

二、施工要点

1．施工准备

泥水平衡顶管施工前应编制详细的施工组织设计，其中施工方案应包括以下内容：

（1）施工依据、内容、范围

施工方案应依据经过批准的工程文件，按照经过批准的地堪资料进行工艺设计；施工方案应明确施工内容和范围并绘制施工现场平面布置图。

（2）顶管设备选择

泥水平衡顶管机有多种类型，应根据不同的地质条件选择适用的机型，以达到良好的顶进效果。

（3）施工工艺

施工工艺主要包括：

顶管区间段长度的确定，是否使用中继间以及中继间的数量和布置；初始顶进的方案及措施；测量及纠偏的方法；长距离顶进减阻的方案及措施；泥水的运输方案。

（4）施工工艺参数的计算

工艺参数计算主要包括：

顶力的计算、后背承载力的计算、土压力和泥水压力控制值计算、泥水的稠度控制计算、注浆系统的相关计算等。

（5）顶管工作井的设计和施工方法

工作井的设计和施工方法主要包括以下内容：

工作井的位置及断面形式的选择；工作井的尺寸；工作井的开挖及支撑方法；后背结构的设计及安装方法；洞口密封的设计；工作平台的支搭方法；工作井的降水措施等。

（6）设备安装调试的技术措施

施工设备的安装、调试的技术措施主要包括：

施工设备的安装位置、安装精度和牢固要求、安装顺序、调试方法和要求等。

（7）施工过程控制的技术措施

施工过程控制的技术措施主要包括以下内容：

工作井内管子的吊运的安装、泥水处理、测量等作业的空间布置以及及平行或交叉作业的安排等；顶管入洞及出洞措施；施工过程中操作室与掘进机头、中继间的联络方式等。

（8）质量安全技术措施

质量及安全技术措施主要包括：

控制顶进轴线、高程误差及其他质量因素的措施；顶进操作及设备维护的技术与安全措施；控制地面隆起、沉降的措施；穿越重要构筑物的技术与安全措施。

（9）应对突发事件的预案

进行施工过程中技术、质量、安全的风险分析，制订处理风险事件的应急措施。

（10）顶管施工记录

记录包括顶进过程中的顶进长度、顶力数值或油泵压力表数值、管位偏差及其校正情况、机械运转情况、中继间使用情况、土质水位变化及出现的问题等。

2．工作井（坑）

（1）工作井位置的选择应根据管道设计、地形、地层结构、施工环境条件等因素选定。

（2）工作井的开挖深度应满足顶进设备轨道高程及基础厚度的要求。

（3）工作井的结构及支撑应根据开挖断面、挖深、土质条件、

地下水状况及总顶力等进行施工设计。

（4）工作井前壁上应预留顶管入土洞口，洞口中心应与管道中心重合，洞口直径宜大于顶管机刀盘直径2~5cm。

（5）工作井应采用钢筋混凝土护壁，工作井内应设有集水坑。

（6）根据施工设计搭建用于吊运和防护的工作平台，工作井上的平台孔口的尺寸满足管子及弃土吊运空间所需。

依据管重及其他附加荷载计算选用工作平台承重主梁。

依据起吊设备能力及起吊物重量核算起重架。

垂直运输设备必须按施工中最大起吊重量选型，且符合起重设备使用的有关规定。

起重设备设专人检验、安装，并遵守安全操作规程。

（7）工作井应设防雨棚，有良好的施工照明条件。

（8）顶管完成任务后，应及时拆除、清理工作井，并进行井室等施工作业，经检验合格后及时回填。

3．设备安装及试运行

设备安装前，根据设备的操作要求及施工方便的原则确定各设备的安装位置、各种管线和电缆的铺设位置及走向等。

对设备的吊运、安装顺序进行计划和安排。

（1）设备的安装

①主顶设备底盘的安装应支撑牢固，防止产生受力变形或位移。

底盘的调整的定位宜在将顶管机吊运至底盘导轨上后进行。

②主顶设备液压系统宜设置在主顶设备附近以便于操作，液压软管接头连接清洁无污染。

③吊运完成后，调整底盘及顶管机机头的位置、高程、中线、仰俯角、旋转角等。

④工作井总电源闸箱及用电设备必须执行三相五线制，且安装漏电保护装置，工作坑及管内使用36V以下的照明设备；总电源的匹配大于顶管施工过程中需同时运行的全部设备功耗之和；长距离顶管时须考虑电缆的电压降。

顶管机头内应设有应急照明电源，顶管机机头、工作坑及地面设备之间设置通讯联络设备。

⑤工作井内测量仪器的基座不能固定在主顶装置底盘、工作井后背或其他可能在顶进受力时产生变形或位移的基础上，应安装在独立的固定基座上，以减少重复移动和调整次数；宜使用激光经纬仪或激光指向仪与安装在顶管机内的激光目标靶共同组成方位误差测量系统，对顶进的高程的轴线误差进行全过程的监控。

⑥泥水分离系统及注浆系统应安装在地面上适当的位置，符合便投料和排放所需落差的工艺要求。

⑦顶进时应根据所顶管道的管径确定安装通风设备的位置的长度。

通风设备结合管内的工作环境条件选定，保证管内有足够的氧气。

（2）设备试运行

设备试运行之前，应对设备的安装，各种管线、电缆的连接进行检查，确认安装和连接无误后方可接通电源。

设备的试运行应遵照设备说明书进行。

通过试运转查找和消除设备可能存在的所有问题，确认其处于完好状态。

主要包括以下内容：

①不加载的情况下，电源电路开关的接通、切断工况试验的检查。

②液压系统控制阀件的动作灵敏、正确，特别注意有无控制电路反接的现象、操作台显示动作与实际动作是否一致。

③设备润滑和密封系统供油正常，油路畅通，供油压力可在设定的范围内调节。

④刀盘正反旋转动作正确，无异常响声。

⑤纠偏千斤顶的伸缩动作正常，编组动作与操作台显示一致。

试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。

⑥顶进千斤顶伸缩动作正常，试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。

⑦泥水处理系统、注浆系统输送泵的试运转符合设备说明书的规定。

⑧对注浆管路进行加压试验和检查，保证管路畅通、无泄漏。

4．顶进

设备安装、调试和试运行正常后开始正式顶进。

（1）初始顶进

我们把从破洞一直到第三节砼管全部推进入土中的全过程称之为初始顶进。

在顶管施工中，初始顶进是一个至关重要的阶段，它的成败将取决于整个顶管过程的成败。

我们把初始顶进分为以下几步：

第一步是破洞。

在破洞之前，洞口必须要有防止土体或砂层塌方的措施。

在土质均匀的黄土中顶进时，一般洞口采用砖砌封门；但是在砂土中，比较有效的是采取深层搅拌桩和高压旋喷两种方法，但是笔者推荐采用高压旋喷来对顶管井洞口外土体进行加固。

因为一般顶管施工都在比较狭小的场地，深层搅拌桩的施工设备庞大，占地大，桩机高度很高，在市区很容易受高压线等的制约，另外相比于高压旋喷造价高，所以不推荐使用。

高压旋喷桩机小，加固土体效果理想，加固顶管井洞口外土体时可以采用纯水泥浆，也可以掺加适量的粉煤灰，主要根据工期和经济性选择。

我们在工程工作井洞口外侧采用水灰比为1：

1的水泥浆，添加2%氯化钙，正常气温养护期7－10天，

因为养护期过长高压旋喷处理过的土体强度大，机具穿过困难；而在接收井洞口处理时则掺加了30％的粉煤灰，养护期28天。

实践证明，其固砂效果非常好，而且不影响顶进；同时高压旋喷还可用于对工作坑坑壁的预支护，也取得了令人满意的效果。

第二步是让顶管机入土。

当封门破除后，可把顶管机刀盘开动，用主顶油缸徐徐把顶管机推入土中。

这一过程中应注意防止刀盘嵌入砂土中不转而顶管机壳体旋转，我们采取了控制顶进速度和在顶管机左右两侧加设角撑的办法来防止其旋转。

第三步是将机头后方的两根砼管与机头管连接，形成一个整体，用来控制顶进段的高程和中线。

至此，初始推进工作完成，此时应停下来进行一次全面的测量，并把测量数据绘成曲线，便于分析。

同时，在初始顶进中还需注意，应在初始顶进的后期方可以进行正常的方向校正工作，这是因为如果当第一节砼管尚未与顶管机后壳体联接时进行纠偏，这时顶管机的前壳体已在土中，后壳体沿在导轨上，纠偏时前壳体不动，后壳体则有可能偏离导轨，不仅起不到纠偏作用，反而会带来更多的麻烦。

在初始顶进阶段若非要纠偏不可，这时也只能用纠偏油缸推出（即用纠偏油缸伸出），而不能用纠偏油缸拉（即不能用纠偏油缸缩回）。

（2）顶管机刀盘转速和扭矩控制和调整

①在顶进过程中，根据土质情况和顶进效果进行刀盘转速和扭矩的控制和调整。

②正常顶进情况下刀盘应调至高转速、中低扭矩的状态工作，以获得较好的泥水分离效果。

在施工中需停止刀盘回转时，应先停止顶

进，让刀盘回转一段时间，观察到刀盘工作电流（或工作油压）开始回落后方可停止刀盘回转。

在顶进过程中发现刀盘工作电流（或油压）异常上升时，应降低顶进速度或停止顶进，待刀盘电流（或油压）平稳后再按正常速度顶进。

③当顶管机头发生自转时，应将刀盘回转方向调至与顶管机头自转相同方向进行顶管机头的旋转偏移纠正。

④刀盘的重新起动应采取一切可能的措施降低起动阻力，在确认不会对设备造成破坏或进一步加大顶进困难后，方可加大扭矩起动刀盘。

（3）顶进设备操作

①顶进设备的操作应按前方顶进反馈的控制信息要求实施。

②初始顶进或中途停机重新顶进时，都应遵循从低速到高速的控制原则。

③顶进速度应尽量控制平稳，尤其要避免顶速突然加大的现象。

④对顶进过程中出现的任何工作油压波动都应及时分析原因并采取相应措施。

⑤遇到下列情况时应立即停止顶进，及时分析原因并采取相应措施，处理完善后再继续顶进：

A顶进顶力骤升或顶力达最大值时；

B后背发生位移或后背开裂时；

C千斤顶油管不通或油泵工作不正常时；

D进水排泥管路不畅时；

E监视器工作不正常时；

F激光经纬仪工作不正常时；

G砼管出现裂缝或破损时；

H洞口止水圈漏水时；

I电路发生故障时。

（4）纠偏操作

顶进过程中的纠偏是顶管作业质量好坏的关键，若操作不当，可能造成顶力骤升、管接口破损，严重时可能造成管道无法顶进，引发严重的安全、质量事故和重大经济损失，尤其是在砂层中顶进，管道极易因为泥水过度冲刷造成顶管机机头下沉，因此，对于顶进过程的纠偏显得尤为重要。

在机头和机头连接工具管出洞前，即使发生中线和高程偏差，也尽可能不要纠偏，因为此时纠偏，机头连接管尚位于导轨上，起不

到纠偏效果；机头连接管出洞后，若高程中线在±2㎝以内时，可不纠偏，当高程或中线超出标准值2㎝以上时，根据监视器内的光点位置变化趋势进行纠偏，必须有一个提前量，纠偏遵循“先纠高程，后纠中线，小角度连续纠偏”的原则，纠偏油缸的伸出量一次不得太大（以不超过2㎝为宜）；当光点位置有反向移动趋势或移动速度放缓时，可将纠偏油缸缩回，停止纠偏，纠偏时还应观察监视器内仰俯角和旋

转角变化，作为参考数值，仰俯角和旋转角最大偏差不得超过原始值3°。

当监视器中光点发生显著变化时，应停止顶进，测量人员须下坑对经纬仪进行重新校正复核，查找是否属仪器被触碰或震动所致；若不是，须进行原因分析，并会商处理办法。

顶进工程中，操作人员应随时监测监视器各项数据的变化，并及时记录，在分析记录数据的基础上进行纠偏。