泥水平衡頂管施工技術(shù)研究

吳京東

中鐵三局五公司 山西萬榮 044200

1 泥水平衡頂管施工原理

泥水平衡頂管施工是頂管施工的常用方法。泥水平衡頂管是指在開挖過程中，通過泥水壓力的流入來平衡巖體的外部壓力和地下水的壓力。泥漿水主要通過泥漿泵控制泥漿的輸出。泥水平衡頂管施工的工作原理是在掘進機頭管頭后預(yù)制封閉隔板，掘進機刀頭與封閉隔板之間的空間形成泥漿池。泥漿水通過相應(yīng)的管道高速輸送到泥漿罐中。泥水在掘進面形成不透水的泥水膜，膜壓阻止泥水滲入掘進面。在開挖過程中，高壓泥漿水產(chǎn)生的壓力平衡了巖體和地下水的外部壓力。掘進機施工過程中，切頭切割的巖土直接送入泥漿池。泥漿池里的攪拌器將使巖石和水均勻地攪拌。攪拌后的高濃度漿體通過輸出管流入泥水分離系統(tǒng)。巖石和土壤通過分離系統(tǒng)排入泥槽，分離出的泥水再次壓入泥槽。流程如圖1所示。

圖1 泥水平衡式頂管工藝原理圖

2 泥水平衡法頂管的優(yōu)點

(1)適用土壤質(zhì)量范圍較廣。如果地下水位較高，一般的頂管施工是不可能的，可以采用泥漿水平衡法。(2)泥水平衡頂管施工時，由于泥漿潤滑作用，總推力較小，特別適用于長距離頂管；普通鋁土礦管摩擦力大，不適合長距離頂管。(3)開挖面穩(wěn)定得到有效維護，頂管周圍土體擾動較小，頂管頂進引起的地面沉降較小。(4)由于采用泥漿管道輸送廢土，無垂直升降土方等危險作業(yè)，確保施工安全；此外，該方法避免了對土壤的輸送粉塵污染。(5)料漿輸送至廢棄土外進行連續(xù)作業(yè)，施工進度更快。

3 泥水平衡頂管施工技術(shù)

3.1 泥水的配制

泥水一般是在頂進施工前配制好，其一般由水、黏土及添加劑按照一定比例配制而成，配制比例一般會根據(jù)地質(zhì)條件來做出相應(yīng)的調(diào)整。因此針對不同地質(zhì)條件下的泥水配制比例是不同的，包括泥水壓力的及時調(diào)控是泥水平衡頂管施工的關(guān)鍵措施。如果泥水配制沒有達(dá)到預(yù)定要求容易引起地表塌陷或隆起、泥漿突涌等安全事故。可調(diào)控的泥水一般具有流動性好，物化性能優(yōu)良，泥水膜性能優(yōu)良，泥漿的黏度適中等優(yōu)點。泥水在掘進過程中主要起到平衡巖土壓力、輸送切割巖土等功能。

3.2 泥漿分離技術(shù)

泥水的再次利用是工程作業(yè)的關(guān)鍵，因此泥漿的分離技術(shù)就顯得很重要。泥漿的分離技術(shù)采用泥漿凈化處理設(shè)備，該設(shè)備的工作原理為：輸出管排出的混合泥漿通過泥漿分流器進入泥漿處理系統(tǒng)，泥漿處理系統(tǒng)設(shè)置篩分器，篩分器可以將粒徑在一定范圍內(nèi)的渣料振動篩選出來。篩渣通過管道進入泥漿凈化裝置，通過振動、沉淀、脫水等工序反復(fù)處理。

3.3 土體平衡技術(shù)措施

土壤平衡是保證工程順利進行的重要因素。正在施工時，考慮使用掘進機挖掘時，是否會損壞建筑物或土層以上的道路。如果有倒塌的可能性，會給地面建筑物帶來毀滅性的災(zāi)難。因此，在施工之前，要進行地層壓力和地下水壓的測定工作。計算正確的數(shù)值，有必要調(diào)整在掘進機前的土壓和注水壓力。隨時監(jiān)測施工中的各項因素，隨時了解地面的具體情況，了解水壓力、泥土流量、頂進速度，防止地面土堆及拱門。

3.4 洞口止水技術(shù)措施

在管道過程中，堵截孔并截水是該過程中的重要組成部分。如果把管子插入井口或井口的窟窿里，就會發(fā)現(xiàn)管子和井口之間有一定的空隙。這個間隙必須在操作中堵塞。如果不出現(xiàn)交通堵塞，地下水和沙土就會從縫隙中進入洞穴，妨礙正常的工程，也會對地面造成危害，引發(fā)山體滑坡。周圍的建筑物都倒塌了，所以發(fā)生了事故。因此井口固定是施工技術(shù)的重要組成部分，要重視施工單位的高度。另外，各作業(yè)坑的結(jié)構(gòu)也不相同，根據(jù)作業(yè)坑的特征，選擇了在坑中堵塞水的方法。如果礦井是鋼板木樁的結(jié)構(gòu)，在停止水之前，必須在孔內(nèi)設(shè)置性能良好的純硅墻壁。

3.5 洞口止水技術(shù)

頂管過程中，孔處止水是頂管過程中的重要組成部分。當(dāng)管道進入接收井的孔或工作井的孔時，管道與孔之間存在一定的間隙。此間隙必須在操作過程中予以堵塞。如果不堵塞，地下水和泥沙就會通過縫隙流入坑內(nèi)，這將極大地阻礙正常施工，也會給地面的土層帶來危害，塌陷等更加嚴(yán)重。周圍的建筑物倒塌，發(fā)生了一起事故。因此，井口止水是頂管施工技術(shù)的重要組成部分，應(yīng)得到施工單位的高度重視。此外，每個工作坑的結(jié)構(gòu)也不盡相同，根據(jù)不同工作坑的特點，選擇了在孔處堵水的方法。如果工作坑為鋼板樁結(jié)構(gòu)，在頂管止水前，應(yīng)在坑內(nèi)設(shè)置性能較好的純硅墻體。

4 泥水平衡法頂管施工中常見問題及處理措施

4.1 管道頂進偏位過大，管道接口破損、漏水

（1）偏位原因。①工作井出口土體未加固。②頭部矯正系統(tǒng)發(fā)生了故障。c、掘進機的長度和管道的直徑不是正比。③掘進機的故障很小，故障不足。④測定磁頭測量系統(tǒng)的故障以及測定數(shù)據(jù)的失真。⑤偏差不能立即糾正。當(dāng)變化變大時，校正范圍變大，不會發(fā)生二次偏差。⑥因降雨和外力的影響，井的位移，發(fā)生傾斜度。

（2）預(yù)防及處理措施。①注射和回轉(zhuǎn)流可以加強進出口土壤。在掘進機進入現(xiàn)場后，需要進行調(diào)查、維護、檢查、驗收完畢后的維護。②經(jīng)過反復(fù)演示，對頭設(shè)計進行充分的測試，在性能穩(wěn)定之后允許出廠。③對施工隊、項目部、監(jiān)理實施3級計量評議制度，測定作業(yè)井的變位經(jīng)常進行。④勤勉的測量和微觀修正的原理。

4.2 鋼筋混凝土管道接口滲漏

（1）原因分析。①管道的縫隙在運輸和卸載過程中損壞或者管道的接頭和密封材料的質(zhì)量不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。②管道處理缺少時長或偏差，而不是時長。③管接口或止水裝置的選擇與請求不一致。（2）治理方法。浸泄漏量小的情況下，環(huán)氧樹脂的水泥砂漿泄漏，如果泄露嚴(yán)重，需要大面積的化學(xué)注射處理。

4.3 鋼筋混凝土管中裂縫造成管道滲水、漏水

（1）原因分析。①管強度不符合設(shè)計要求。②在頂進過程中，由于承受天花板的壓力或軸過于偏離，導(dǎo)致管節(jié)應(yīng)力發(fā)生裂縫。③輸送中管子的接縫處裂開。（2）處理方法。根據(jù)裂縫的長度、寬度和方向，詳細(xì)地分析裂縫的原因和性質(zhì)。根據(jù)裂縫的程度，不同的處理方法。裂縫可以使用環(huán)氧樹脂灰漿來處理。裂縫壞得很厲害。