劉洪

摘 要：文章結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)氣壓平衡頂管在城市排水工程中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：氣壓平衡管；排水工程；應(yīng)用

隨著社會(huì)的日益進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市排水量持續(xù)增長(zhǎng)，污水排水管的管徑也在逐漸增大，這就對(duì)排水管的施工提出了更高的要求，頂管施工是城市排水工程中一項(xiàng)重要的施工技術(shù)，在施工過程中必須不斷的加以完善，這樣才可以符合當(dāng)前不斷發(fā)展的排水工程的需求。下文將重點(diǎn)介紹氣壓平衡頂管在城市排水工程中的具體應(yīng)用。

1 工程概況

長(zhǎng)沙引水及水質(zhì)環(huán)境工程一標(biāo)段地處長(zhǎng)沙市圭塘河西岸，東邊為圭塘河防洪堤，其建筑物較為分散。為了能夠保護(hù)建筑物，對(duì)于地下頂管施工方案進(jìn)行了初步的擬定。這一標(biāo)段的土含水量十分大，土質(zhì)較為復(fù)雜，有些地段的管道軸線上部有很多淤泥，并且有大于Φ500mm的樹木以及塊石。為了能夠確保管道順利頂進(jìn)，將管道頂進(jìn)過程中存在的障礙物清除，并且保證地表不會(huì)出現(xiàn)沉降，管錢不出現(xiàn)塌方，管內(nèi)不會(huì)存在安全隱患，土方開挖出來之后含水量不大，外運(yùn)起來方便，經(jīng)過對(duì)多種方案進(jìn)行比較，選用了氣壓平衡頂進(jìn)方法對(duì)管道進(jìn)行施工。

2 氣壓平衡管施工

2.1 氣壓平衡管的施工特點(diǎn)

跟泥水以及土壓施工進(jìn)行比較，氣壓平衡頂管的特點(diǎn)主要有：地下的水十分豐富，如果土質(zhì)的含沙量很大，那么機(jī)頭前邊的密封倉內(nèi)的壓縮空氣就能夠從縫隙中把地下水排出，從而形成沒有水的比較干燥的環(huán)境，這樣一來可以防止由于含水量太大而導(dǎo)致管內(nèi)出現(xiàn)塌方。因此，在頂進(jìn)的過程中不能過大的擾動(dòng)土層，還需要準(zhǔn)確控制出土的數(shù)量，挖運(yùn)出的土的含水量不會(huì)很大，外運(yùn)起來也比較方便。然而由于壓縮空氣很容易出現(xiàn)滲漏，所以對(duì)于土質(zhì)以及周邊的環(huán)境都有一定的比較嚴(yán)格的要求。

2.2 氣壓平衡管的施工適用范圍

氣壓平衡管比較適合于在含水量十分大的粉砂層施工，而且其管道的上部有著厚度較好的覆土層，或者還有一層能夠組織氣壓泄露的粘土層。要是覆土層深度不夠，而且透氣性比較好的話，土質(zhì)就會(huì)有較好的滲透性，如果出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的失水其內(nèi)聚力就會(huì)失去，導(dǎo)致挖掘面的穩(wěn)定性缺失，從而造成坍塌現(xiàn)象，這是不適合采用的。

2.3 氣壓平衡頂管施工的分類

一般情況下，氣壓平衡頂管施工主要包括局部氣壓平衡頂管施工以及全氣壓平衡頂管施工。

局部氣壓平衡頂管施工中，其壓縮空氣只可以在挖掘面上發(fā)揮作用的一種頂管施工。頂管掘進(jìn)的中部會(huì)設(shè)置一塊隔板，這塊隔板將掘進(jìn)機(jī)分成了前艙和后艙。通過管道將壓縮空氣送入氣壓艙中，從氣壓艙中挖掘的土運(yùn)用螺旋輸送機(jī)來送出，恰好螺旋輸送機(jī)里面的土可以起到土塞的作用，把氣壓艙里面的壓縮空氣給堵住，與此同時(shí)還能夠把土輸送出去。局部氣壓平衡頂管施工屬于比較特殊的半機(jī)械式頂管施工，基本上施工人員都是在常壓下進(jìn)行作業(yè)的。

全氣壓平衡頂管施工主要是在頂進(jìn)管的前邊的機(jī)頭立面設(shè)置兩道氣壓密封門。把第一道艙門關(guān)閉，把壓縮空氣充進(jìn)前艙，壓縮的空氣滲透到正前方土層的縫隙當(dāng)中，把工具管前邊土層里的地下水從土壤中的空隙中排擠出來，這樣一來便可以為工具管施工創(chuàng)造一個(gè)較為穩(wěn)定的無水的環(huán)境。與此同時(shí)，氣體的壓力對(duì)于機(jī)頭前的土體的開挖面也起著支撐的作用，使其能夠保持穩(wěn)定而不出現(xiàn)坍塌。之后把第二道艙門關(guān)閉并把壓縮空氣充入進(jìn)去，等到前邊和后邊兩個(gè)艙的壓力相等的時(shí)候，再把第一道門打開，使管道往前頂進(jìn)。把挖出的機(jī)頭錢的土運(yùn)往兩道艙門之間的轉(zhuǎn)運(yùn)艙里邊，把第一道門關(guān)閉，再把第二道門打開，保持管道和后艙相通，把土轉(zhuǎn)運(yùn)至工作井之外。管道是一邊挖一邊頂?shù)模_挖的量和頂進(jìn)的長(zhǎng)度是要互相匹配的，全氣壓平衡頂管施工是一種人工施工法，施工人員必須要帶壓進(jìn)行施工。

長(zhǎng)沙引水以及水質(zhì)的環(huán)境工程一標(biāo)段管道的軸線處于粉質(zhì)細(xì)砂和泥質(zhì)粉砂巖中，而且有些地區(qū)還有很多大于φ500mm的樹木和塊石，所以，為了能夠把所有的障礙物都清除干凈，運(yùn)用了全氣壓平衡頂管法來進(jìn)行施工。

2.4 全氣壓平衡頂管施工的工藝流程

3 氣壓平衡管施工過程中的控制要素

3.1 施工過程中氣壓的控制

為了能夠確保管道上的建筑物和構(gòu)造物、地表不會(huì)由于管道帶壓頂進(jìn)而出現(xiàn)隆起或者沉降現(xiàn)象，一定得對(duì)氣壓的大小進(jìn)行控制，對(duì)于氣壓，其計(jì)算公式為：

P′=βP

公式當(dāng)中的P′指的是選用的氣壓；β指的是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；P指的是地下水在平衡點(diǎn)的壓力。

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的P在取值的時(shí)候主要依賴于土質(zhì)，土質(zhì)不同P的取值也就不行同，通常情況下，其取值范圍如表1所示

表1

與此同時(shí)，氣壓的大小還有一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，平衡地下水壓力或者壓力都需要把這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)，一般，<φ2000mm的頂管，其主要是以管道的軸線為基準(zhǔn)點(diǎn)，>φ2000mm的頂管，其多把頂管以下2 /3的管外徑作為基準(zhǔn)點(diǎn)。之外，還應(yīng)該對(duì)土質(zhì)的透氣性進(jìn)行考慮，如果土中頂管透氣性好較好，所選的氣壓距地域平衡點(diǎn)的地下水壓。

3.2 中繼間數(shù)量和位置的控制

由于本工程被建筑物影響，井段的距離很大，井段距離過大，W 360#～W 364#段的距離為250m。為確保頂進(jìn)時(shí)管道不會(huì)磨損，要依據(jù)實(shí)際對(duì)頂力進(jìn)行計(jì)算，并設(shè)置中間繼。其計(jì)算公式為：

（i：中繼間數(shù)量；F總頂推力；Fimax：中繼間最大頂推力；η：效率系數(shù)）

4 氣壓平衡管施工中常見問題及解決方法

4.1 氣壓外泄

施工時(shí)，由于管道中線與離圭塘河距離近。河道內(nèi)睡眠出現(xiàn)氣泡，檢查發(fā)現(xiàn)時(shí)氣壓外泄。由于漏氣不太嚴(yán)重，采取了丟砂包方法來處理。對(duì)于這種臨河的管道穿越粉砂層現(xiàn)象，開工前要給管道周圍注漿，形成封閉氣壓艙，防止氣壓外泄。

4.2 中繼間發(fā)生折點(diǎn)

在施工過程中，由于中繼間油缸的形成比較長(zhǎng)，所以中繼間處會(huì)很容易產(chǎn)生一個(gè)較為明顯的折點(diǎn)，使得管道的方向不好掌控。因此，應(yīng)該對(duì)油缸的形成加以控制，一般情況下，建議控制在三十厘米。

4.3 中繼間回縮

如果覆土深面管徑大，由于中繼間和液壓頂?shù)木嚯x比較近，中繼間斷面所受的力比較大，很容易發(fā)生油缸后縮。為了有效防止此種現(xiàn)象，液壓頂需要和中繼間保持適當(dāng)?shù)木嚯x，另外，還需要在中繼間油缸的回油路中安裝單項(xiàng)背壓閥。

4.4 注漿減阻效果不明顯

在施工的過程中，前后兩次的頂進(jìn)推力是有很大差距的，所以注漿減阻的效果看著也不是很明顯。檢查后發(fā)現(xiàn)，在這一時(shí)間段內(nèi)，存在著注漿停止或者吸漿量非常小的現(xiàn)象。所以，需要采用膨潤(rùn)土觸變泥漿，并且其比重還應(yīng)適當(dāng)，這樣可以讓管道的四周形成漿套。在對(duì)注漿孔注漿之前要先將其清洗干凈，運(yùn)用壓力表對(duì)注入的漿液量進(jìn)行控制，同時(shí)還應(yīng)該時(shí)常隨管道四周進(jìn)行漿液補(bǔ)注。

5 結(jié)語

伴隨著城市的不斷發(fā)展和社會(huì)化進(jìn)程的加快，為了使城市的地下官網(wǎng)配套設(shè)施能夠更加完善，氣壓平衡頂管將更加廣泛的應(yīng)用于排水施工中。然而因?yàn)闅鈮浩胶忭敼苡兄厥獾氖┕ひ?，在具體施工中，必須要對(duì)工程的地質(zhì)、土的粒徑及組成等與工程有關(guān)的各種情況進(jìn)行認(rèn)真的分析，保證施工的每一道工藝，并對(duì)其壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而使氣壓平衡頂管的優(yōu)越性得以充分的發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

[1] 周巖.頂管技術(shù)在城市排水管道施工中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊），2012，04：28-29.

[2] 冀新紅.泥水平衡頂管在市政排水工程中的應(yīng)用[J].山西建筑，2012，19：104-105.

[3] 付才.江底砂性土層中淺埋管的氣壓平衡頂管施工技術(shù)[J].建筑施工，2013，07：647-649.