韓建武

(晉中萬華路橋建設(shè)有限公司，山西晉中 030600)

1 泥水平衡式頂管掘進機的原理、特點

1)原理。當(dāng)掘進機正常工作時，閥門1和閥門2均打開，而閥門3則關(guān)閉。泥水從進泥管經(jīng)過閥門2而進入掘進機的泥水倉里。而泥水倉里的泥水則通過閥門1由排泥管道排出，只要調(diào)節(jié)好進、排泥水的流量，就可以使掘進機的泥水倉中建立一定的壓力(見圖1)。2)特點。泥水平衡式頂管掘進機除了具有兩種平衡機理、自動化程度高、質(zhì)量易控制等特點外，還有以下特點:a.可以控制切土口的大小，并且本機型掘進機的刀盤是處于浮動狀態(tài)，當(dāng)前方土壓力變小時刀盤可自動伸出，相應(yīng)的切土口會變小，始終保持一定的力，平衡正面的土壓力，從而達到避免前方土體塌陷而造成地面沉降。b.當(dāng)通過含砂量比較大的土層時可適當(dāng)增加泥漿濃度，在刀盤與前方土體之間形成一層泥膜，可達到穩(wěn)定前方土體的效果，可使頂進面始終處于平衡的最佳狀態(tài)，有效地控制地表沉降。

圖1 泥水平衡基本原理圖

2 施工流程

施工流程見圖2。

3 施工方法

1)場地平整、圍蔽、接通水電、周邊管線建筑物調(diào)查。施工隊伍進場后，首先在工作井及接收井施工范圍內(nèi)進行場地平整、圍蔽、接通水電、臨建搭設(shè)、周邊管線建筑物調(diào)查標(biāo)志工作。先向相關(guān)單位索取地下管線資料，再根據(jù)管線分布圖，在排水管、給水管、電纜等管線位置探挖，進一步明確其位置，探挖范圍為井的施工位置，井圍護軸線位置。根據(jù)提供的“地下管線圖”在現(xiàn)場將已知的管線用油漆及鋼筋或木牌作好標(biāo)志，主要為管線的類型、埋深、走向。如果周邊有需要保護的建筑物，需要將建筑物的原有裂縫用封條做好標(biāo)志，并拍照，作為備用資料。2)測量放樣及復(fù)核。根據(jù)測量基準(zhǔn)點，按設(shè)計圖紙要求進行工作井及接收井的放樣工作，并放出頂管起點及終點的位置及頂進的高程，在工作井正前方墻體頂部及底部、工作井后靠背中部頂部、接收井地面用鋼筋及油漆做好測量控制點的標(biāo)志。測量放樣需復(fù)核后方可進入下一工序的施工。3)工作井、接收井施工。頂管施工的工作井、接收井均采用沉井施工。西側(cè)全部采用矩形沉井;東側(cè)在起點至K1+339.2采用矩形沉井，K1+339.23(包含此樁號)至終點采用圓形沉井施工。其施工程序為:基坑放樣→開挖→刃腳墊層施工→立井筒內(nèi)?！壴摻睢⑼饽！鷿矒v混凝土→養(yǎng)護及拆?！馄鲱A(yù)留孔→沉井安裝→鑿除墊層、挖土下沉→沉降觀察→封底。4)泥水平衡式工具頭頂管施工工藝流程見圖3。主要工序的施工方法如下:a.檢查交班記錄做好頂進施工前的準(zhǔn)備工作。b.工具管進洞:工作井預(yù)留孔安裝橡膠止水圈→洞口外側(cè)壓密注漿→頂管出洞后→底部安裝延伸導(dǎo)軌→鋼混凝土管與機頭做成可調(diào)節(jié)剛性聯(lián)接。工具管推進完安放第一節(jié)管→工具管與導(dǎo)軌焊接牢固→工作井洞口封門設(shè)置注漿管。c.泥漿循環(huán)將工具頭刀盤轉(zhuǎn)動、開進出渣漿泵。接口組成有外套環(huán)(鋼套環(huán))、軟木襯墊和橡膠止水帶。頂進、調(diào)整進出渣漿泵流量應(yīng)達到平衡。d.泥水處理系統(tǒng)應(yīng)將砂土裝車外運進行處理。作好測量工具頭的糾偏記錄。一個行程頂完之后，調(diào)節(jié)好整體式頂進構(gòu)架頂塊，方可繼續(xù)頂進下一個行程。e.由拌漿、注漿和管道組成觸變泥漿系統(tǒng)。注漿流程:造漿靜置→注漿→頂管推進(注漿)→頂管停頂→停止注漿。f.頂完一節(jié)管后，拆開各管路、混凝土管吊裝、各管路安裝，繼續(xù)頂進。g.工具管出洞:加強軸線復(fù)測力度，距離接收井30 m左右時，應(yīng)確保工具管安全出洞。工具管距接收井壁10 cm處時停止推進。鑿除封堵洞口磚墻，將機頭徐徐頂進接收井內(nèi)。機頭進洞后及時將與機頭連接的管子分離，吊起工具管，立即用水泥砂漿將預(yù)留孔和管壁之間的空隙填充密實。

圖2 施工流程圖

圖3 泥水平衡式工具頭頂管施工工藝流程圖

4 頂管施工中的質(zhì)量控制

4.1 測量與方向控制

1)測量的方法。a.頂進的測量與方向的控制，主要是采用全站儀，輔以激光經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀測量。b.在工作井后靠前設(shè)置牢固的測量平臺。平臺高度與軸線標(biāo)高相匹配，激光經(jīng)緯儀設(shè)置在平臺上，調(diào)整紅外線激光方向，高度與設(shè)計軸線一致，在機頭后殼體圓心處有一激光靶，光靶上的光點位置讀數(shù)就是機頭尾部的實際偏差。機頭前殼體土艙上有一前尺，前尺和激光靶的水平相互位置指示了機頭運動的水平趨勢。同時，在機頭放置一坡度板，掛好鉛錘，通過鉛錘的左右偏移可以知道機頭的轉(zhuǎn)向，通過機頭的前后偏移可以知道機頭的上下運動趨勢，從而便于控制機頭的走向。頂進施工時結(jié)合機頭前殼激光點讀數(shù)，坡度板讀數(shù)，傾斜儀讀數(shù)，即可算出機頭的現(xiàn)存偏差及發(fā)展趨勢，從而確定糾偏動作的方向大小及時調(diào)整機頭。

2)測量與方向控制要點。a.有嚴(yán)格的放樣復(fù)核制度，并做好原始記錄。頂進前必須遵守嚴(yán)格的放樣復(fù)測制度，堅持三級復(fù)測:施工組測量員→項目管理部→監(jiān)理工程師，確保測量萬無一失。b.布設(shè)在工作井后方的儀座必須避免頂進時移位和變形，必須定時復(fù)測并及時調(diào)整。c.頂進糾偏必須勤測量、多微調(diào)，糾偏角度應(yīng)保持在10'～20'。d.初始推進階段，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進速度，另一方面要不斷測量并調(diào)整油缸編組以實施機頭糾偏。e.開始頂進前必須制定坡度計劃，對每一米、每節(jié)管的位置、標(biāo)高需事先計算，確保頂進時正確，以最終符合設(shè)計坡度要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為原則。f.前20 m每頂1 m測軸線一次并記錄，所有報表須按實填寫。

4.2 頂管施工中控制

1)在頂進初始階段，設(shè)立地面沉降實驗段，通過對地面沉降的反復(fù)測量、監(jiān)控，掌握沉降變化規(guī)律，以便更好的調(diào)整頂進壓力、機頭倉內(nèi)泥水壓力、機尾及沿線壓漿量，以控制沉降量以及推進速度。

2)頂進軸線偏差也會引起較大的地面沉降，故在頂進操縱時，操縱人員要認真仔細分析機頭偏差量，謹慎糾偏，確保管道偏差控制在小的范圍內(nèi)。

3)頂完每一節(jié)管材后，截止閥必須確保關(guān)死，防止土體從截止閥處流出而產(chǎn)生沉降;同時將刀盤浮出，使刀盤與土體間無空隙，以免空隙處產(chǎn)生沉降。

4.3 沉降監(jiān)測

測量頻率為機頭切口經(jīng)過前后范圍內(nèi)每頂進4 m測一次，并要將測量結(jié)果繪成圖上報備案。

5 注意事項

沉井施工過程中如出現(xiàn)傾斜、位移和扭轉(zhuǎn)，應(yīng)加強觀測及時發(fā)現(xiàn)，及時通知技術(shù)人員采取措施，及時糾偏，使偏差控制在允許范圍之內(nèi)，并分析其原因。例如:傾斜產(chǎn)生的原因及糾正措施如下:1)刃腳下土質(zhì)軟硬不均。刃腳施工前，基礎(chǔ)要填筑好砂層，并整平壓實，之后澆筑混凝土墊層。2)挖土不均使井內(nèi)土面高低懸殊。分層均勻開挖，挖土中間稍低于四周，高差控制在1 m。3)刃腳局部被石塊埋設(shè)或擱住。小塊石頭可將四周土挖空后，立即撬去;大塊石頭可用風(fēng)動工具破碎;在井口上端加偏心壓載直到合格為止。4)井內(nèi)棄土或施工荷載對沉井一側(cè)產(chǎn)生偏壓。堆土均勻或及時將土運走。