泥水平衡頂管施工技術(shù)和質(zhì)量控制

袁繼攀

（廣東鑫隆管業(yè)有限公司，廣東 516157）

0 引言

隨著我國社會發(fā)展的不斷加快，當(dāng)代社會的生活節(jié)奏也在不斷提升，效率已經(jīng)成為了很多行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞。而泥水平衡頂管技術(shù)在相關(guān)工程中的應(yīng)用，均能夠在保障工程質(zhì)量的同時，有效提升施工效率。為此，相關(guān)工作人員應(yīng)進(jìn)一步提升對泥水平衡頂管施工技術(shù)的掌握度，確保技術(shù)應(yīng)用效果的充分發(fā)揮。

1 概述頂管施工技術(shù)

頂管技術(shù)歸根結(jié)底就是一種在地下開展的管道施工活動，這一技術(shù)的應(yīng)用并不需要較大的開挖作業(yè)量，同時也不會對路面地面等造成破壞，常被用于市政道路、鐵路或建筑物等特殊區(qū)域中的管道電纜敷設(shè)施工中。相較于傳統(tǒng)開挖技術(shù)而言，在這些工程中應(yīng)用頂管技術(shù)，有助于減輕施工人員的工作量，能夠幫助施工人員將作業(yè)流程變得更加簡便，具體來說，應(yīng)用頂管技術(shù)后，施工人員不再需要對地下水位進(jìn)行控制，就能夠有效避免土體出現(xiàn)疏干和固結(jié)的現(xiàn)象。這樣一來，就能夠幫助企業(yè)大大提升施工作業(yè)效率，降低施工成本。

2 泥水平衡式頂管技術(shù)分析

2.1 應(yīng)用原理

泥水平衡頂管施工技術(shù)作為當(dāng)前較為先進(jìn)的一種頂管施工技術(shù)，其在實(shí)際施工中的應(yīng)用主要是通過泥水產(chǎn)生的力來實(shí)現(xiàn)對壓力與地下水壓間平衡的有效控制。具體來說，施工人員先是使用送水泵來將預(yù)先準(zhǔn)備好的泥水泵送到挖掘面，隨后再利用井內(nèi)旁通壓力調(diào)整閥來對排泥泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)對進(jìn)水壓力的準(zhǔn)確控制，最終達(dá)到控制地下水壓與挖掘面壓力的目標(biāo)，確保掘進(jìn)設(shè)備刀盤能夠在一個穩(wěn)定平衡的壓力環(huán)境下開展施工作業(yè)。只有這樣，才可能保障挖掘面的穩(wěn)定，才能夠避免地面出現(xiàn)沉降或隆起的現(xiàn)象。而泥水平衡頂管設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)是依靠主軸偏心回轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，該設(shè)備刀盤正面的開口往往較大，即使是一些體積較大的卵石，也能夠放入其中。其中，刀盤正面的上下兩個部分各分布著一個進(jìn)口，進(jìn)口面積共占頂管機(jī)全斷面的五分之一左右。由于大齒輪與主軸及軋輥等的一體性，再加上刀盤位置在主軸的左端，因此，當(dāng)?shù)侗P驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，刀盤與軋輥也會隨之轉(zhuǎn)動。因而，在應(yīng)用掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行作業(yè)時，刀盤就會同時對土砂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削，并對對石塊進(jìn)行軋碎。當(dāng)被軋碎的石塊體積小于泥土倉中與泥水倉間的連接間隙時，就可以順利由泥土倉進(jìn)入到泥水倉中，以便被排泥管排出。需要注意的是，泥土倉與泥水倉的連接縫隙大小并不是固定的，其往往會隨著刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)而不斷的完成由小到大的循環(huán)。這樣一來，就能夠在完成軋碎小石塊任務(wù)的同時，將泥水泵中的泥水順利送至泥土倉中。正因?yàn)槿绱?，掘進(jìn)設(shè)備才能夠在砂土與粘土等不同土質(zhì)環(huán)境下均保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢

泥水平衡頂管施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢包括以下幾點(diǎn)：其一，具有廣泛適用性，其能夠在大部分的土質(zhì)環(huán)境中穩(wěn)定發(fā)揮自身功效，不易受地下水壓力的影響。其二，具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，由于其在應(yīng)用過程中，并不會過多牽動周邊土體，因此，作業(yè)挖掘面就更加穩(wěn)定，也就不易發(fā)生地面沉降問題，對工程周邊環(huán)境影響較小。其三，具有更小總推力，泥水平衡頂管施工技術(shù)相較于其他頂管施工技術(shù)而言，其總推力更小，特別是在粘土地質(zhì)中的應(yīng)用效果十分顯著，能夠滿足長距離頂管施工需求。其四，具有更優(yōu)作業(yè)環(huán)境，由于泥水平衡頂管技術(shù)的應(yīng)用主要是依靠泥水管道來對多余土體進(jìn)行運(yùn)輸?shù)?，不需進(jìn)行土方的吊裝與搬運(yùn)，大大提升了作業(yè)環(huán)境的安全度，且其應(yīng)用能夠在大氣常壓狀態(tài)下完成，也就不會對施工人員造成安全威脅。其五，具有更快效率，由于泥水平衡頂管技術(shù)在應(yīng)用過程中，對多余土體的運(yùn)輸具有連續(xù)性，因此作業(yè)效率較高，有助于保障施工進(jìn)度。

3 影響泥水平衡頂管施工技術(shù)的相關(guān)問題

3.1 頂力問題

泥水平衡頂管施工技術(shù)在應(yīng)用過程中，頂管所承受的頂力往往會隨著頂進(jìn)作業(yè)的不斷推進(jìn)而不斷加大，但是這種增加并不是無限的，頂管所受壓力與受管道強(qiáng)度與后座推力承載限度的限制密切相關(guān)。因而，頂管所承受的頂力就直接決定了施工過程中的頂進(jìn)距離。而這也就是當(dāng)前應(yīng)用泥水平衡頂管施工技術(shù)應(yīng)用效果的重要問題之一。

3.2 方向控制問題

而管道頂進(jìn)的方向能夠保證與設(shè)計軸線一致，同樣也是影響泥水平衡頂管施工效果的重要問題之一。一旦在實(shí)際施工中，出現(xiàn)頂進(jìn)方向失誤的問題，就會直接導(dǎo)致管道所承受的頂進(jìn)壓力變化較大，進(jìn)而增加了管道損壞的危險，在管道頂進(jìn)壓力激增的情況下，頂進(jìn)作業(yè)難度也就相應(yīng)增加，無法保障施工的有序進(jìn)行。

3.3 土體及地下水平衡問題

泥水平衡頂管施工過程中，掘進(jìn)設(shè)備極有可能會在作業(yè)過程中遇到土體與地下水平衡問題，進(jìn)而對地面上的建筑物平衡與穩(wěn)固造成不良威脅，也有可能會導(dǎo)致管道頂進(jìn)方向失誤的問題，進(jìn)而為頂管施工作業(yè)增加難度。

4 控制泥水平衡頂管施工質(zhì)量的技術(shù)措施

4.1 洞口止水技術(shù)措施

在開展泥水平衡頂管施工活動時，施工人員往往會對那些供管道的進(jìn)出工作坑的孔洞與管道之間的縫隙進(jìn)行封堵，以便有效將地下水與泥砂隔絕于工作坑之外，避免對工作坑內(nèi)的施工作業(yè)造成不良影響，有效保護(hù)周邊環(huán)境安全。由此可知，洞口止水技術(shù)的應(yīng)用十分重要。具體來說，施工人員在面對不同構(gòu)造的工作坑時，必須選用對應(yīng)的洞口止水技術(shù)。比如，針對鋼板樁工作坑，施工人員就可以通過選用較高級配的素砼來澆筑一道前止水墻的，來實(shí)現(xiàn)洞口止水的目標(biāo)，應(yīng)確保止水墻位于管道頂進(jìn)方面前面的工作坑內(nèi)，并依據(jù)管道內(nèi)徑來對止水墻的寬度進(jìn)行控制，通常寬度應(yīng)在2 米到5 米之間，厚度則在0.3 米到0.5 米之間，高度則在1.5 米到4.5 米之間。需要注意的是，當(dāng)工作坑內(nèi)土質(zhì)條件不佳時，鋼板樁間咬口封住泥水的概率較低，此時施工人員就應(yīng)確保前止水墻的寬度能夠與工作坑內(nèi)部凈尺寸一致，隨后再將橡膠止水圈安裝在前止水墻上的預(yù)留孔洞內(nèi)。而當(dāng)施工人員面對鋼筋砼沉井時，就不需要澆筑前止水墻，施工人員可以直接將橡膠止水圈安裝在洞口上。而當(dāng)施工人員面對覆土較深或需要穿過江水河水的工作坑時，施工人員應(yīng)先設(shè)置一道充氣止水圈，隨后再設(shè)置洞口止水圈，確保洞口止水效果能夠滿足施工所需。

4.2 進(jìn)出洞口技術(shù)措施

水泥平衡頂管施工過程中，頂管進(jìn)出洞口環(huán)節(jié)的操作也是影響整體施工效果的重要部分，為此，施工人員就應(yīng)合理控制頂管進(jìn)出洞口環(huán)節(jié)的施工。特別是針對那些需要從工作坑中出來的頂管，只要保障頂管能夠順利安全的出來，在一定程度上就能夠有效保障頂管施工質(zhì)量。需要施工人員注意的是，針對土質(zhì)不佳的洞口區(qū)域，必須對其進(jìn)行必要加固處理。隨后，施工人員還應(yīng)配合使用鋼封門來滿足出洞需求。當(dāng)前較為常見的加固處理技術(shù)主要包括高壓旋噴技術(shù)、攪拌站動技術(shù)與注漿技術(shù)以及凍結(jié)技術(shù)。而當(dāng)洞口區(qū)域土層條件良好時，且挖掘面區(qū)域的土體具有較強(qiáng)的自立性時，施工人員就不再需要對其進(jìn)行加固，可直接在洞口外設(shè)置一扇鋼封門，以便滿足掘進(jìn)設(shè)備安全出洞的要求。

4.3 糾偏與導(dǎo)向技術(shù)措施

在水泥平衡頂管施工過程中，管道都是隨著掘進(jìn)設(shè)備的前進(jìn)而不斷深入的，具體來說也就是先由掘進(jìn)設(shè)備挖掘洞穴，隨后在洞穴內(nèi)進(jìn)行管道的敷設(shè)。這樣一來，一旦掘進(jìn)設(shè)備行進(jìn)過程中存在偏差，敷設(shè)后的管線與設(shè)計好的路線間也就勢必會存在偏差。為此，如何針對掘進(jìn)設(shè)備的行進(jìn)路線進(jìn)行合理糾偏就直接影響著頂管施工質(zhì)量。這就要求施工人員能夠全面掌握糾偏與導(dǎo)向技術(shù)措施，具體包括以下幾點(diǎn)：其一，應(yīng)隨著掘進(jìn)設(shè)備的不斷頂進(jìn)來開展糾偏工作。其二，糾偏角度應(yīng)合理科學(xué)，避免因糾偏角度過大而導(dǎo)致軸線出現(xiàn)過大彎曲的問題。其三，應(yīng)盡量選擇質(zhì)量極佳的管道來進(jìn)行第一段管線的敷設(shè)，以便更好的應(yīng)對掘進(jìn)設(shè)備頂進(jìn)過程中因糾偏處理而出現(xiàn)的較大反復(fù)應(yīng)力。其四，應(yīng)注重對第一段管線敷設(shè)長度的合理控制，避免因管線過長而影響糾偏效果。其五，應(yīng)明確掘進(jìn)設(shè)備糾偏后的滯后性，正確認(rèn)識掘進(jìn)設(shè)備測點(diǎn)與前端間的距離差。其六，在固定糾偏角的前提下，管道轉(zhuǎn)變半徑也是固定的，為此，施工人員就應(yīng)綜合相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便對掘進(jìn)設(shè)備測點(diǎn)的前進(jìn)線路進(jìn)行合理繪制。最后，當(dāng)遇到軟弱土層或地層不均勻或覆土過薄的情況時，掘進(jìn)設(shè)備糾偏工作效果往往難以保證，為此施工人員應(yīng)針對上述特殊情況預(yù)先制定出有效處理方案，以便保障糾偏工作的順利進(jìn)行。

4.4 土體平衡技術(shù)措施

在水泥平衡頂管施工過程中，施工人員還應(yīng)針對掘進(jìn)設(shè)備前進(jìn)方向及上方土層平衡狀態(tài)的合理保持，避免因掘進(jìn)施工破壞土層平衡而造成地面塌陷問題，甚至影響到地面建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這就要求施工人員能夠?qū)敼軐用娴耐翆訅毫εc地下水壓力等進(jìn)行準(zhǔn)確計算，并以此為依據(jù)來對掘進(jìn)設(shè)備前倉需要承載的土層壓力與進(jìn)水壓力進(jìn)行設(shè)置。與此同時，施工人員在作業(yè)過程中還應(yīng)同時對地面情況與進(jìn)水壓力、出泥流量以及頂進(jìn)速度等進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督與控制，確保頂進(jìn)施工作業(yè)進(jìn)度的合理性，避免對地面造成不良影響，最大限度的保證地面不受頂進(jìn)施工的影響。

4.5 觸變泥漿減阻技術(shù)措施

在泥水平衡頂管施工過程中，極易因頂力問題的出現(xiàn)而對頂進(jìn)施工造成阻礙，在這種情況下，施工人員就可以選擇利用觸變泥漿來減少頂進(jìn)壓力。具體來說，在通過對管道外壁進(jìn)行觸變泥漿的壓注后，管道外側(cè)就會形成一個較為潤滑的泥漿套，不僅能夠有效降低管道頂進(jìn)壓力，同時，還能夠充分發(fā)揮支撐作用，降低土體坍塌風(fēng)險。

4.6 中繼站技術(shù)措施

而中繼站技術(shù)措施的充分利用，也能夠有效解決泥水平衡頂管施工過程中的頂力問題，特別是針對那些長距離頂管施工作業(yè)，在不斷頂進(jìn)過程中，管道承載的摩擦力也會不斷增加，這時使用中繼站就能夠有效分擔(dān)主站所承受的頂進(jìn)壓力。通過設(shè)置多個中繼站，就能夠幫助管道實(shí)現(xiàn)分段頂進(jìn)，此時僅最后區(qū)段的管道頂進(jìn)工作由主站承擔(dān)，能夠有效保障頂進(jìn)施工進(jìn)度。

4.7 地下管線沉降保護(hù)措施

在使用泥水平衡頂管施工技術(shù)的過程中，挖掘正面土體不易出現(xiàn)沉降問題，這是由于掘進(jìn)設(shè)備性質(zhì)所決定的。與此同時，當(dāng)出洞頂管第一節(jié)進(jìn)入土層后，施工人員還應(yīng)注重將刀盤推力值與泥漿壓力值控制在合理狀態(tài)。通過對泥水平衡頂管施工技術(shù)的合理應(yīng)用，就能夠有效控制挖掘面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。通常來說，在軟弱土層中應(yīng)用這一技術(shù)時，施工人員能夠?qū)⑵骄貙訐p失控制在百分之二以下，也就能夠有效降低地面沉降的幾率。還需注意的是，施工人員應(yīng)注重對掘進(jìn)設(shè)備頂進(jìn)偏差趨勢的科學(xué)分析，通過對糾偏角度的合理控制，將管道偏差值控制在30mm之內(nèi)。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)代城市建設(shè)發(fā)展的不斷完善，泥水平衡頂管技術(shù)這一非開挖施工技術(shù)的應(yīng)用越來越普及。為此，企業(yè)就應(yīng)加大對泥水平衡頂管施工技術(shù)的研究，確保全面把握泥水平衡頂管施工質(zhì)量控制措施，保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的順利獲取。