王紀(jì)恩

(太原市排水管理處，山西太原 030006)

大口徑長(zhǎng)距離機(jī)械頂管的施工技術(shù)占地面積比較小，施工過(guò)程控制嚴(yán)格，能夠有效地保證交通的暢通，在穿越公路、鐵路、河流以及建筑物等一些障礙物的時(shí)候能夠大大減少沿途的拆遷工作量，有效地降低工程的造價(jià)。因此，深層次地研究分析頂管技術(shù)及其應(yīng)用顯得意義重大。

1 工程概況

在市政污水處理工程中，大口徑長(zhǎng)距離的污水管道的鋪設(shè)是工程中經(jīng)常會(huì)遇到的一項(xiàng)問(wèn)題。伴隨著頂管施工技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，目前頂管施工技術(shù)的研究已經(jīng)成為一項(xiàng)引人關(guān)注的課題。

一些不允許實(shí)施開(kāi)挖的工程路段，采取頂管技術(shù)是最理想的選擇，它是地下管道中常用穿越障礙物的方法。施工的過(guò)程中，首先工作井要設(shè)置好，并且在其內(nèi)部安裝頂管機(jī)導(dǎo)軌及液壓千斤頂，然后借助于頂管機(jī)的掘進(jìn)和千斤頂?shù)亩Π杨A(yù)制的那些管段頂入地層，一邊頂進(jìn)一邊接長(zhǎng)管段，一直到越過(guò)那些障礙物，并最終抵達(dá)接收的井中，如果頂進(jìn)過(guò)程中須克服的阻力超過(guò)千斤頂?shù)哪芰?，需要適當(dāng)增加中繼站。

某市政污水處理廠采用頂管施工技術(shù)外截污干管，污水管道的總長(zhǎng)度大概有1 000 m，在地層下邊9 m～12 m處選用直徑為1.6 m的鋼筋混凝土的焊管，運(yùn)用氣壓平衡和泥水平衡兩種方法試點(diǎn)頂進(jìn)施工，頂管的總長(zhǎng)度為965.6 m，雖然在施工過(guò)程中遇到些困難，但是通過(guò)試點(diǎn)，該施工技術(shù)獲得了圓滿(mǎn)的成功，贏得了很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2 機(jī)械頂管施工技術(shù)基本原理

機(jī)械頂管施工技術(shù)主要是借助于主頂油缸和中繼站的頂進(jìn)力，從工作坑內(nèi)把頂管掘進(jìn)機(jī)或者是工具管穿過(guò)土層直到頂進(jìn)到接收坑內(nèi)以此來(lái)吊起來(lái)。同時(shí)，要把跟隨其后的掘進(jìn)機(jī)或者是工具管后在兩個(gè)工作坑間進(jìn)行埋設(shè)。本文主要闡述氣壓平衡頂管技術(shù)和泥水平衡頂管技術(shù)的基本工作原理。

氣壓平衡頂管的工作原理是:氣壓平衡法頂管是設(shè)置兩道氣壓的密封門(mén)在頂進(jìn)管道的前面的工具管內(nèi)，第一道門(mén)關(guān)閉時(shí)，在前艙充進(jìn)壓縮的空氣，正因?yàn)閴嚎s空氣滲透進(jìn)正面地層的空隙中，從土壤的縫隙中把掘進(jìn)機(jī)前面的土層中的地下水排擠到遠(yuǎn)處，才能提供一個(gè)無(wú)水穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境給工具管，與此同時(shí)，氣體的壓力也穩(wěn)定著機(jī)頭前面土體的開(kāi)挖面一直不會(huì)坍塌。第二道門(mén)關(guān)閉增壓促使后艙前后壓力等同，此時(shí)把第一道門(mén)打開(kāi)，管道不僅能向前挺進(jìn)并且把挖出的土運(yùn)送到兩道門(mén)間的轉(zhuǎn)運(yùn)艙中;然后把第一道門(mén)關(guān)閉機(jī)頭前艙的氣壓逐漸穩(wěn)定再將后艙氣壓減為零，再把第二道門(mén)打開(kāi)，保證管道和后艙相同，把轉(zhuǎn)運(yùn)艙中的土送到作業(yè)井。邊挖邊頂進(jìn)行管道作業(yè)，頂進(jìn)長(zhǎng)度也匹配于開(kāi)挖量，這就是全氣壓的人工挖土的頂進(jìn)技術(shù)，作業(yè)人員須帶壓工作。

泥水平衡頂管的工作原理是:通常采用機(jī)械水力切削泥土，借助水力運(yùn)送廢棄土，同時(shí)也有利用泥水壓力平衡地下的水土壓力。在泥水平衡頂管施工過(guò)程中，必須有一定壓力泥水填充在泥水倉(cāng)中從而保證挖掘面的穩(wěn)定。在挖掘面上泥水能夠形成一層泥膜，這種泥膜不透水，能夠有效阻止泥水滲透到挖掘面內(nèi)。同時(shí)泥水本身有一定的壓力，能夠很好地平衡地下的土壓力以及水的壓力。

3 機(jī)械頂管施工技術(shù)的主要施工措施

機(jī)械頂管施工技術(shù)的主要施工措施包括以下幾個(gè)方面:1)拔樁、初樁及刃機(jī)頭。把機(jī)頭用80 t的起重機(jī)將其吊到井內(nèi)，平穩(wěn)地放置在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與管外皮間要確保接觸嚴(yán)實(shí)，靠近通口。把工作坑洞口范圍內(nèi)的鋼樁用起重機(jī)拔起高過(guò)管外皮20 cm左右即可。這時(shí)，馬上把導(dǎo)軌的機(jī)頭頂?shù)蕉纯诘牡胤剑_保洞外土體與機(jī)頭的正面緊密地頂嚴(yán)實(shí)，然后立即把機(jī)頭頂進(jìn)土里。采用4組M30的螺栓加強(qiáng)機(jī)頭與第一～第三節(jié)管間的連接，防止機(jī)頭下跌。2)機(jī)械出土。首先轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，機(jī)頭借助工作井內(nèi)的油缸向前頂進(jìn)，用螺旋輸送機(jī)把刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)攪到底部的土提升之后裝卸到運(yùn)土車(chē)內(nèi)送走。運(yùn)土車(chē)在用8號(hào)槽鋼焊接，用螺旋連接的輕型軌道上運(yùn)行。鑒于管道線(xiàn)路比較長(zhǎng)，管道內(nèi)運(yùn)土通常采用人工配合卷?yè)P(yáng)機(jī)推運(yùn)土車(chē)，把土輸送到工作坑內(nèi)，最后用起重機(jī)吊到地面的運(yùn)土車(chē)?yán)铩?)當(dāng)頂進(jìn)的油缸伸出大概0.7 m時(shí)，回動(dòng)油缸，下一塊頂鐵，然后繼續(xù)前進(jìn)，最后出土。4)泥漿進(jìn)行減阻。大口徑長(zhǎng)距離的頂管減少摩擦阻力的方式是用泥漿。在開(kāi)始施工之前，先用水濕潤(rùn)管材，再用黃油涂于表面。注入的泥漿如果在管子的外圍形成完整的漿套，就能達(dá)到減少摩擦阻力的效果。補(bǔ)漿管的位置要視情況布置，頂進(jìn)結(jié)束后，置換已經(jīng)形成的泥漿套。5)偏心破碎的頂進(jìn)技術(shù)。頂管的工具頭在頂進(jìn)的過(guò)程中碰到障礙物，為防止碎石堵管、堵泵或者是損壞設(shè)備，制作相應(yīng)的碎石攔截箱并安裝在排漿泵前和工具頭后，同時(shí)加上循環(huán)泥漿出渣以及減速頂進(jìn)的方式。6)選取潤(rùn)滑材料。一般情況下選用膨潤(rùn)土或者粘土等材料制作成泥漿液體，要控制好泥漿的濃度及使用量，減少壓力，降低擾動(dòng)。7)安裝止水圈。針對(duì)泥水平衡頂管技術(shù)中，對(duì)頂管機(jī)和洞口建筑的縫隙之間的止水密封能夠很好地確保頂管機(jī)出洞的順利性。一旦失去止水密封就會(huì)引起很?chē)?yán)重的后果，如土體流水、破壞土體平衡等。設(shè)置密封性能特別好的止水圈意義重大。首先把膨脹螺絲打好，再在膨脹螺絲上套上橡膠圈，然后就在橡膠圈上壓上壓板，最后在壓環(huán)上壓上壓板，上緊螺絲。

4 施工過(guò)程中的控制措施

在施工過(guò)程中，首先確定好幾個(gè)重要的控制參數(shù):頂進(jìn)長(zhǎng)度、刀盤(pán)扭矩及泥水艙的壓力值的計(jì)算。根據(jù)實(shí)際情況，按照慣用的公式計(jì)算出這些參數(shù)，便于工程的順利進(jìn)行。其次是掘進(jìn)速度的控制以及排土量的計(jì)算。依據(jù)確保挖土面平衡來(lái)控制掘進(jìn)的速度，并且要控制管理掘進(jìn)速度及計(jì)算排土量。實(shí)際意義上的挖掘量取決于頂管機(jī)的斷面面積和推進(jìn)速度，而密度計(jì)的讀數(shù)以及排泥管的流量計(jì)確定排土量。最后是進(jìn)出洞的控制。頂管施工技術(shù)最重要的一道工序就是頂管機(jī)的進(jìn)出洞。在工作井內(nèi)，進(jìn)洞就是在地層中頂管機(jī)完成某一個(gè)區(qū)域的隧道施工之后進(jìn)入接收井的過(guò)程，相反，按照設(shè)計(jì)的高度及方向頂管機(jī)推出預(yù)留的孔洞進(jìn)入到正常土層的過(guò)程稱(chēng)之為出洞。在掘進(jìn)施工過(guò)程中一定要監(jiān)控好頂管機(jī)的推進(jìn)方向以此確保避免土體流失及安全。采用高壓注漿的方式進(jìn)行后續(xù)的施工，效果更加顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

頂管施工技術(shù)的工藝特點(diǎn)如下:借助于刀盤(pán)及頂進(jìn)速度來(lái)平衡正面的土壓力，通過(guò)循環(huán)調(diào)節(jié)水壓力來(lái)平衡地下水的壓力。采取流體方式輸送切削入泥倉(cāng)的土，不間斷地進(jìn)行頂進(jìn)過(guò)程，這樣施工速度比較快，由于施工所引起的地表下沉的比較小，能夠很好地保護(hù)環(huán)境，同時(shí)也不需要改良地盤(pán)或者進(jìn)行降水處理，施工之后對(duì)環(huán)境沒(méi)有什么損壞。結(jié)合實(shí)際的頂管技術(shù)施工工程，總結(jié)出頂管技術(shù)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是掘進(jìn)速度和管線(xiàn)的定位，環(huán)節(jié)控制的好壞直接影響著工程的質(zhì)量問(wèn)題。同時(shí)大口徑長(zhǎng)距離頂管技術(shù)施工中必須依據(jù)設(shè)計(jì)要求、環(huán)境條件以及合理配套等等才能獲得良好的收益。鑒于頂管技術(shù)擁有其他很多工藝技術(shù)無(wú)可替代的優(yōu)越，在今后的市政污水處理建設(shè)工程中會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

［1］陳仕華.市政工程建設(shè)中頂管技術(shù)在污水管道工程中的應(yīng)用［J］.建材發(fā)展導(dǎo)向，2011，9(5)：379-380.

［2］曹 志.頂管技術(shù)在市政道路雨污水管道工程施工中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究(電子版)，2012(8)：56-57.

［3］李湘旺.大口徑長(zhǎng)距離機(jī)械頂管施工技術(shù)在市政污水處理工程中的應(yīng)用［J］.廣東建材，2010，26(3)：104-105.