成曉君

(大同市供水排水集團(tuán)公司，山西大同 037006)

本工程為大同市城市污水管線連通工程第一醫(yī)藥園區(qū)污水管線。全長(zhǎng)2 000 m，埋深14 m～22.28 m，設(shè)置 φ7.5 m 工作井6座，φ3.5 m接收井6座，全線采用DN1 200鋼筋混凝土鋼承口加強(qiáng)管頂管施工。其中第五工作段由于工期緊，故采用泥水平衡式機(jī)械頂管施工，其頂程為160 m。在頂進(jìn)60 m時(shí)，機(jī)頭無(wú)法頂進(jìn)，加大頂力后，造成液壓油泵燒壞。在維修液壓油泵時(shí)，由于機(jī)頭停歇時(shí)間長(zhǎng)，且當(dāng)時(shí)氣溫在－10℃左右，致使泵管、泥漿池等設(shè)備結(jié)冰，管壁摩擦力增大，造成已頂進(jìn)的管壁全部抱死，無(wú)法前進(jìn)。經(jīng)各方研究決定進(jìn)行反向頂進(jìn)，在反頂60 m時(shí)，機(jī)頭又無(wú)法前進(jìn)。最后采用大開挖形式，取出機(jī)頭。究其成因我們可從以下幾個(gè)方面來分析。

1 工藝原理

泥水平衡式頂管施工技術(shù)是利用泥水力來平衡壓力和地下水壓的一種頂管施工方法。其基本原理是由掘進(jìn)機(jī)頭內(nèi)電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)，按預(yù)先設(shè)定的壓力使刀盤緊貼在被切削的土體斷面，切削的土體通過掘進(jìn)機(jī)頭面上的小孔進(jìn)入封閉的泥水倉(cāng)內(nèi)，土體粉碎的過程中，機(jī)頭不斷前進(jìn)。進(jìn)入泥水倉(cāng)內(nèi)的粉碎土與送水泥漿泵輸送進(jìn)的泥漿(或清水)形成濃度更高的泥漿，再由排泥泵排出泥水倉(cāng)，通過泵管排到地面上的泥漿池中。泥漿池中的泥漿經(jīng)過沉淀形成淤泥，通過挖掘機(jī)將其清理外運(yùn)。上部較清澈的泥水由送水泵再送至泥水倉(cāng)，并經(jīng)機(jī)頭內(nèi)旁通壓力調(diào)整閥及調(diào)整排泥泵轉(zhuǎn)速來調(diào)整進(jìn)水壓力大小，使其平衡地下水壓及挖掘面壓力，盡量使掘進(jìn)機(jī)刀盤在平衡壓力下工作，從而可防止由于挖掘面的失穩(wěn)，造成地面沉降和隆起。而本工程在開挖后發(fā)現(xiàn)，此段為火山巖土質(zhì)，用挖掘機(jī)進(jìn)行開挖也十分困難，故刀盤在運(yùn)動(dòng)中，將其破碎是非常困難的。如果當(dāng)時(shí)的氣候條件正常及其他工藝能保障的情況下，加大頂力，減慢頂進(jìn)速度，保證泥水平衡的情況下是可以通過此地層的。但施工單位沒有充分考慮此段地形的復(fù)雜程度及惡劣的氣候條件，且部分工藝未按操作規(guī)程執(zhí)行，導(dǎo)致機(jī)械頂管失敗。由此可見，地質(zhì)情況、氣候條件及施工工藝是否合理對(duì)頂管施工的成敗起關(guān)鍵性的作用?，F(xiàn)場(chǎng)施工情況見圖1。

2 施工工藝

施工工藝流程:測(cè)量控制→工作井、接收井施工→后座頂板安裝→導(dǎo)軌拼裝→千斤頂、油泵、頂鐵安裝→密封及注漿→管道頂進(jìn)→出土。

1)測(cè)量控制。

施工單位在工作井壁上設(shè)置了管道軸線控制樁和臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)、工作井護(hù)樁，準(zhǔn)確測(cè)量了掘進(jìn)機(jī)中心軸線和標(biāo)高偏差，并將測(cè)量?jī)x器固定在千斤頂架子中心，建立了臨時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。所以分析其抱管原因與此項(xiàng)無(wú)關(guān)。

2)工作井、接收井施工。

因本段埋深深度在14 m～22.28 m，工作井及接收井采用沉井工藝。施工單位嚴(yán)格按照沉井工藝施工。即井位測(cè)量定位→基坑開挖→分節(jié)高度的確定→刃腳支墊層→刃腳鋼筋的綁扎→刃腳模板支設(shè)→刃腳混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)→井壁鋼筋的綁扎→井壁混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)→刃腳墊架拆除→挖土下沉→土方吊運(yùn)→測(cè)量控制與觀測(cè)→封底。故經(jīng)分析產(chǎn)生抱管的原因也與此無(wú)關(guān)。

3)后座頂板安裝。

施工單位設(shè)置的后座頂板采用25號(hào)工字鋼焊接成一堵墻，為頂管的反力提供一個(gè)垂直的受力面，正面焊一塊4 cm厚鋼板，使各工字鋼受力更均勻。工字鋼墻的空隙中灌滿混凝土，形成一道由鋼板、工字鋼和混凝土組成牢固和剛度很大的復(fù)合后背墻，承受千斤頂傳來的頂進(jìn)反力(因工期緊、工作井多故可吊裝重復(fù)利用，節(jié)省資金)。后背墻安裝無(wú)誤后，在后背墻與井壁間澆筑混凝土，并墊一層8 cm厚的木板，以使井壁受力均勻。故經(jīng)分析產(chǎn)生抱管的原因也與此無(wú)關(guān)。

4)導(dǎo)軌拼裝。

施工單位在導(dǎo)軌拼裝時(shí)，使導(dǎo)軌和工作井底板預(yù)埋鋼板焊接，符合規(guī)范要求。并隨著管道頂進(jìn)荷載的變化及時(shí)校正導(dǎo)向軌。從導(dǎo)軌安裝上來說未出現(xiàn)偏差，故不會(huì)導(dǎo)致抱管現(xiàn)象發(fā)生。

5)千斤頂、油泵、頂鐵安裝。

施工單位采用4臺(tái)200 t/臺(tái)千斤頂作為主頂，千斤頂行程為1.4 m。千斤頂動(dòng)力由油泵提供。千斤頂后端用道木和分壓環(huán)將反力均勻作用于后背墻傳至工作井。前端頂進(jìn)分壓環(huán)，頂鐵將頂力傳至管節(jié)。分壓環(huán)制作具有足夠的剛性，與管端面接觸相對(duì)平整，無(wú)變形。故產(chǎn)生抱管的原因與此無(wú)關(guān)。

施工單位的油泵設(shè)置應(yīng)符合規(guī)范要求，在開頂前，進(jìn)行了試運(yùn)轉(zhuǎn)。但因工期緊，工作面展開多，設(shè)備供應(yīng)不足，故未配備備用油泵。此段頂進(jìn)過程中遇到堅(jiān)硬土層需加大頂力，頂力超出一定限度，導(dǎo)致油泵燒壞，卻不能及時(shí)更換油泵。延誤工期兩天兩夜。造成機(jī)頭及已頂進(jìn)管段間歇時(shí)間長(zhǎng)，使管周圍土體坍塌形成抱管現(xiàn)象。

6)洞口密封及注漿。

機(jī)械頂管長(zhǎng)距離頂進(jìn)時(shí)，必須采用注漿工藝，利用觸變泥漿套減少頂進(jìn)過程中管壁與土體之間的摩擦力，減少土體變形沉降和隔水。且需在井壁上預(yù)埋鋼板焊接螺栓。頂管進(jìn)洞前安裝止水膠板，并用外夾鋼板夾緊固定，形成施工洞口止水圈。施工單位在油泵燒壞后，停止注漿，且在洞口處制作的密封圈不夠嚴(yán)實(shí)，導(dǎo)致已注入的觸變泥漿從密封圈溢出洞口外，加大了管壁與土體之間的摩擦力，且使土壓倉(cāng)內(nèi)的壓力失衡。因此分析施工單位未按規(guī)程操作此工藝是導(dǎo)致抱管的一個(gè)重要因素。

7)泥水平衡頂管掘進(jìn)。

在頂管掘進(jìn)這個(gè)環(huán)節(jié)中，頂管施工前，需進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查研究，根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)情況，編制可行的施工方案。施工單位在工期緊，且地質(zhì)勘察不準(zhǔn)的情況下，頂力計(jì)算失誤，遇火山巖土質(zhì)，正面土體壓力過大，增大主千斤頂負(fù)荷，導(dǎo)致油泵燒壞。經(jīng)分析此原因?yàn)閷?dǎo)致抱管的直接原因。

8)出土方案。

采用泥水平衡式頂管機(jī)出土，需要在頂管機(jī)中注入含有一定泥量的泥漿，通過大刀盤切削頂管機(jī)前方的原狀土，與注入的泥水?dāng)嚢?，泥水通過吸泥泵排到地表泥漿池中沉淀，表層泥漿可以反復(fù)循環(huán)使用，沉淀下的泥沙用汽車外運(yùn)。沖泥和吸泥泵穩(wěn)定工作時(shí)，調(diào)節(jié)沖泥和吸泥的泵量，沖泥艙內(nèi)應(yīng)保持一定壓力，艙內(nèi)泥水壓力應(yīng)與地下水壓力相平衡，泥水壓力過大，將增加主千斤頂負(fù)荷。施工單位在燒壞油泵后，停止了沖泥和吸泥泵的工作，因此沖泥艙內(nèi)壓力失衡。更重要的是當(dāng)時(shí)氣溫在－10℃左右，泵管停止循環(huán)，泵管及泥漿池里的循環(huán)泥漿結(jié)冰，故發(fā)生了連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致管壁被土體抱死，無(wú)法頂進(jìn)。

3 結(jié)語(yǔ)

泥水平衡式機(jī)械頂管掘進(jìn)機(jī)能夠保證安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成頂進(jìn)施工任務(wù)。但在頂管前，必須進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查研究，在了解土層變化情況、地下水位情況及外部氣候條件下，編制可行的施工方案，在施工過程中嚴(yán)格控制施工工藝，按規(guī)范執(zhí)行。把頂管不利因素降到最低，且不能憑經(jīng)驗(yàn)盲目頂進(jìn)，否則會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

[1] GB 50268-97，給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] 周錦輝.淺談泥水平衡式機(jī)械頂管施工工藝[J].大科技，2011(1):86-87.