泥水平衡頂管技術(shù)在過河污水管道中的應(yīng)用

張 淼

(中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，重慶 400700)

1 工程概況

豐縣東城路改造項目為南北向交通主干道，改造范圍為北環(huán)路—南環(huán)路，北起現(xiàn)狀北環(huán)路車行道邊，道路跨現(xiàn)狀豐沛運河，改造長度為4862.676m，規(guī)劃紅線寬度40m,為瀝青混凝土路面。本工程設(shè)計污水頂管穿越豐沛運河，位于豐沛運河橋東側(cè)20m處，總長80m，采用d800“F”型鋼承口式鋼筋混凝土管(Ⅲ級)，具體段落為WA11工作井—WA12接收井，頂管工作井內(nèi)徑6.5m，壁厚0.65m，起沉標(biāo)高36.05m，下沉設(shè)計標(biāo)高29.05m；接收井內(nèi)徑4.0m，壁厚0.5m，起沉標(biāo)高36.71m，下沉設(shè)計標(biāo)高29.21m，管道坡度為2‰。穿越河道污水管道施工平面位置見圖1。

圖1 施工平面位置

豐沛運河河面寬約60m，水面高程36.08m，河底高程33.09m，頂管管底高程30.05m，頂管施工范圍內(nèi)地表附著物已移除完畢，不影響施工。頂管施工縱斷面見圖2。

圖2 頂管施工縱斷面

2 施工總體部署

2.1 施工平面布置

本工程周邊地勢空曠，使用材料主要為鋼筋、模板、預(yù)制管材等。在豐沛運河橋左幅橋面上設(shè)置一個鋼筋存放加工場地，緊鄰施工機(jī)械，在鄰近基坑支護(hù)區(qū)域設(shè)置材料加工場地，其中材料存放場地需根據(jù)材料用途分開設(shè)置。頂管現(xiàn)場平面布置綜合考慮工作井大小、生產(chǎn)辦公區(qū)區(qū)域、管材存放、泥水分離系統(tǒng)、泥水沉淀數(shù)量等因素，布置要合理、方便施工、滿足頂進(jìn)施工的進(jìn)度要求。工作井場區(qū)布置見圖3。

圖3 工作井場區(qū)布置

根據(jù)地域要求和現(xiàn)場條件，圍擋采用3×5cm方管綠色鐵皮網(wǎng)，4×4cm角鐵，加密草皮，顏色采用綠色基調(diào)，圍擋高度2.5m。

2.2 機(jī)械設(shè)備

針對豐沛運河水位較高，區(qū)域地下水豐富，場區(qū)地層以粉砂、粉土為主，該段頂管采用封閉式頂管工藝，本工程頂管管徑較小(800mm)，采用NPD型泥水平衡頂管機(jī)施工。主要機(jī)械設(shè)備配置見表1，NPD型泥水平衡頂管機(jī)參數(shù)見表2。

表1 主要機(jī)械設(shè)備配置

續(xù)表

表2 頂管掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 工作原理及施工

3.1 工作原理及工藝流程

泥水平衡頂管工藝基本原理是泥水系統(tǒng)將一定濃度和比重的泥水輸送至刀盤前開挖面，泥水在開挖面上形成一層不透水的泥皮，對開挖面起到隔離泥水的作用，同時通過傳遞泥水壓力至開挖面土體，起到穩(wěn)定開挖面、防止坍塌的目的[1]。頂管機(jī)頭頂進(jìn)過程中，開挖面土體隨著刀盤轉(zhuǎn)動進(jìn)入泥土倉里，進(jìn)漿管內(nèi)的清泥漿與土體拌和后，泥漿由排漿管道進(jìn)入泥水分離器，泥水分離器將濃泥漿處理后，分離出渣土和清泥漿，渣土進(jìn)行清運，處理后泥漿則進(jìn)入進(jìn)漿管道再次使用。泥水平衡頂管工藝流程見圖4。

圖4 泥水平衡頂管施工工藝流程

3.2 始發(fā)

泥水平衡頂管設(shè)備進(jìn)場后采用主機(jī)整體吊裝，組裝完畢后進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試液壓、電器等各類設(shè)備是否能夠正常工作，同時檢查正常工作時各類儀表儀器顯示的數(shù)值是否匹配，各類設(shè)備調(diào)試無誤，滿足頂進(jìn)要求后，頂管機(jī)即進(jìn)入始發(fā)狀態(tài)。頂管主機(jī)整體吊裝見圖5。

圖5 主機(jī)整體吊裝

3.3 頂進(jìn)過程

本工程由于穿越豐沛運河，地下水豐富，需對預(yù)留洞口進(jìn)行止水處理，在預(yù)留洞口上提前安裝好可拆式止水鋼圈，止水膠圈固定在止水鋼圈上，以便滿足止水要求。泥水平衡頂管機(jī)始發(fā)，直到安裝管道頂出預(yù)留洞口后，頂管機(jī)進(jìn)入正常頂進(jìn)狀態(tài)，通過液壓系統(tǒng)調(diào)整千斤頂推力，使混凝土管道向前推進(jìn)，同時，頂管機(jī)刀盤切削前方土層，開挖面土體隨著刀盤轉(zhuǎn)動進(jìn)入泥土倉里，進(jìn)漿管輸送清泥漿，隨著刀盤的轉(zhuǎn)動攪拌成濃泥漿，泥漿由排漿管道進(jìn)入泥水分離器，泥水分離器將濃泥漿中0.4mm以上的顆粒分離出來，處理后的泥漿經(jīng)過沉淀池的沉淀過濾，分離出較細(xì)的顆粒，由此濃泥漿過濾成清泥漿再通過進(jìn)漿管達(dá)到循環(huán)使用的目的[2]，通過泥漿循環(huán)過濾、沉淀，將刀盤切削下來的土體帶出并清運，使混凝土管道順利向前推進(jìn)。泥水分離器處理泥漿見圖6。

圖6 泥水分離器處理泥漿

頂管機(jī)在頂進(jìn)過程中，為保證頂進(jìn)工作順利進(jìn)行，采用觸變泥漿減阻。觸變泥漿施工，注漿孔在管道前端成90°布置，共計4個，通過壓漿，在混凝土管道外壁形成一道泥漿層，起到減小阻力的效果，因意外停機(jī)不能正常頂進(jìn)作業(yè)時，需加密減阻泥漿的注漿頻率，避免管道抱死[3]。

泥水平衡頂管頂進(jìn)作業(yè)時，始發(fā)出預(yù)留洞口時應(yīng)控制頂進(jìn)速度,一般在20～50mm/min范圍內(nèi)，正常頂進(jìn)時，頂進(jìn)速度一般在50～150mm/min范圍內(nèi)，頂進(jìn)過程中如遇到障礙物，頂進(jìn)速度一般在10mm/min以內(nèi)。當(dāng)一節(jié)混凝土管道頂進(jìn)到位后，地面吊車將“F”型鋼承口式管道送至工作井并將管道吊裝到位，開始下一管節(jié)的頂進(jìn)作業(yè)，如此循環(huán)施工，直至到達(dá)接收井，從而完成整段過河污水管道作業(yè)。

3.4 測量糾偏

頂管施工中測量糾偏遵循“勤頂、勤測、勤糾”的原則，確保頂進(jìn)管道的中線方向、高程和坡度滿足設(shè)計要求[4]。在測量平臺上固定好帶有激光指向裝置的經(jīng)緯儀，調(diào)整經(jīng)緯儀發(fā)出的激光束，使其與污水管道中心線及頂管機(jī)測量靶中心重合，由此頂管機(jī)以激光束為基準(zhǔn)線進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)。若頂進(jìn)過程中方向出現(xiàn)誤差，激光束與測量靶中心將不再重合，頂管機(jī)操作人員根據(jù)偏離圖像，采用小角度逐漸糾偏的方法，糾正頂進(jìn)方向，使頂管機(jī)按照激光束指示方向頂進(jìn)，糾偏過程中避免大角度糾偏，以防止管道損傷。頂管管道允許偏差見表3。

表3 頂管管道允許偏差

3.5 頂管機(jī)頂入接收井

當(dāng)泥水平衡頂管機(jī)頂進(jìn)接近接收井時，應(yīng)減小頂進(jìn)推力，并放慢刀盤轉(zhuǎn)速，減小頂管機(jī)頂進(jìn)過程中對接收井預(yù)留孔周邊土體的破壞，起到較好的止水效果，頂管機(jī)進(jìn)入預(yù)留孔后快速頂進(jìn)，直至完成頂進(jìn)工作[5]?？紤]豐沛運河目前水位較高，地下水豐富，頂入接收井過程中用棉紗封堵管道與預(yù)留孔間的空隙，減少管壁滲水，待頂管機(jī)出洞后進(jìn)行壓漿止水。

3.6 注漿加固

頂管施工完成后，由于混凝土管壁與洞壁之間的空隙充填的觸變泥漿不穩(wěn)定，已完成污水管道易發(fā)生沉降，出現(xiàn)質(zhì)量問題。為防止管道沉降，頂管完成后進(jìn)行注漿加固[6]，用1∶2水泥砂漿置換管道外側(cè)的觸變泥漿，以保證管道穩(wěn)定。置換觸變泥漿按照管道標(biāo)高，由低向高進(jìn)行施工，注漿壓力0.1～0.2MPa。

4 監(jiān)測監(jiān)控措施

穿越豐沛運河段污水管道工程，頂管施工過程中需加強(qiáng)監(jiān)測監(jiān)控，根據(jù)施工場地周邊環(huán)境，確定需要監(jiān)測監(jiān)控的對象，制定針對性的監(jiān)測方案。通過監(jiān)測信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，掌握頂管施工對周邊環(huán)境的影響，尤其是臨近的豐沛運河橋及高壓線桿，同時對工作井及接收井周邊地表進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測點均勻布置在結(jié)構(gòu)物四周，隨時掌握頂進(jìn)施工對周邊環(huán)境影響的實時數(shù)據(jù)，防止冒頂、塌陷等事故的發(fā)生，為順利完成過河污水管道施工保駕護(hù)航。

5 結(jié) 語

豐縣東城路改造工程施工過程中，污水管道施工使用泥水平衡頂管，成功穿越豐沛運河，快速完成了施工任務(wù)，有效避免了施工過程中坍塌、透水等問題，提高了施工速度，保證了頂管施工安全實施及施工質(zhì)量，與常規(guī)的施工工藝相比，減少了施工對周邊環(huán)境的影響，避免了對河道水體的污染，實現(xiàn)了“安全、快速、環(huán)保”的目標(biāo)，對類似穿越河道管線施工具有一定的借鑒意義。