董永剛

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

目前，隨著城市化的推進(jìn)，城市管網(wǎng)出現(xiàn)許多問(wèn)題，地下管網(wǎng)工程項(xiàng)目也越來(lái)越多，而以往進(jìn)行開(kāi)槽施工的工藝會(huì)影響道路交通，其工作面也比較大，因此，當(dāng)下采用泥水平衡頂管作業(yè)工藝的工程較多。

1 大管徑泥水平衡頂管作業(yè)工法的特點(diǎn)

大管徑泥水平衡頂管作業(yè)工法的特點(diǎn)包括以下5 點(diǎn)：①該作業(yè)工法本身屬于非開(kāi)挖施工工藝，因此具有頗強(qiáng)的地下穿越能力，實(shí)際施工主要在地下作業(yè)，占據(jù)的地上工作面不大，在城市進(jìn)行施工時(shí)十分便利，且管道周?chē)貙舆M(jìn)行施工作業(yè)時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大擾動(dòng)，基本可維持土體挖掘面的平衡與穩(wěn)定，實(shí)際損失的土層較少，也不會(huì)造成地表面的過(guò)大變形。②該工法本身作業(yè)施工的進(jìn)度較快，能夠有效進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，保證施工速度，且施工作業(yè)性能較好。③作業(yè)工法實(shí)際施工的總頂力較小，因此可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的頂進(jìn)，比一般的頂管工法作業(yè)更加穩(wěn)定。④若工作井的實(shí)際作業(yè)環(huán)境條件較好，那么可以安全地進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)。⑤實(shí)際作業(yè)過(guò)程中對(duì)周?chē)h(huán)境的破壞和污染較小，一般不會(huì)影響道路交通，不會(huì)給周?chē)ㄖ飵?lái)擾動(dòng)，施工時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生較大噪聲，并且因?yàn)樗褂玫募夹g(shù)比較先進(jìn)，實(shí)際施工具有較高精度[1]。

2 大管徑泥水平衡頂管作業(yè)的適用范圍及工藝原理

從大管徑泥水平衡頂管作業(yè)適用范圍來(lái)看，其一般被應(yīng)用在多種大型或中型的地下管道施工中，而且其適用的管道類(lèi)型為鋼管、混凝土管道、球墨鑄鐵管道以及玻璃纖維加強(qiáng)管道等。這種作業(yè)工法還適用于多種復(fù)雜的土質(zhì)條件中，尤其是在一些地下水較高或是水壓力值變化較大的土質(zhì)條件下，能夠發(fā)揮出很大優(yōu)勢(shì)。該項(xiàng)工法的工藝原理是利用專(zhuān)用泥水平衡頂管機(jī)在工作面上實(shí)施頂進(jìn)，借助泥水壓力來(lái)平衡土壓力和水壓力，再利用出泥艙來(lái)調(diào)節(jié)泥水壓力，保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定性，頂管機(jī)最終會(huì)將棄土以泥水形式排到機(jī)械外，并且在不進(jìn)行地表開(kāi)挖條件下將鋪設(shè)的管道使用液壓頂從工作坑中頂進(jìn)，最后直接進(jìn)行管道鋪設(shè)即可。其整體操作為非開(kāi)挖頂管工程，具有很多優(yōu)勢(shì)，但其實(shí)施過(guò)程較為復(fù)雜，為了盡可能保證施工效益，還需在保證作業(yè)質(zhì)量基礎(chǔ)上提高作業(yè)施工速度[2]。

3 大管徑泥水平衡頂管作業(yè)施工速度提高的策略分析

為了探析大管徑泥水平衡頂管作業(yè)施工的特點(diǎn)，本文以某水利工程的相關(guān)作業(yè)為案例進(jìn)行研究。該工程的頂管內(nèi)徑為2.4 m 左右，主體工程為泥水平衡頂管施工工程，其實(shí)施目的在于修復(fù)當(dāng)?shù)厮h(huán)境。通過(guò)案例研究，本文在提高作業(yè)施工速度方面具體提出了以下4 項(xiàng)策略。

3.1 嚴(yán)格遵循施工工藝流程并把控操作要點(diǎn)

大管徑泥水平衡頂管作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)先選定相應(yīng)線(xiàn)路，再對(duì)各個(gè)標(biāo)段的接收井以及工作井位置加以明確，隨后依據(jù)設(shè)計(jì)的規(guī)范工藝流程來(lái)執(zhí)行施工，同時(shí)把控各施工環(huán)節(jié)的操作要點(diǎn)，即可盡可能提高實(shí)際施工速度，具體施工工藝的操作要點(diǎn)如下。

3.1.1 做好施工準(zhǔn)備

（1）準(zhǔn)備好施工資料。在正式開(kāi)展施工之前，將圖紙?jiān)O(shè)計(jì)交給設(shè)計(jì)單位開(kāi)展會(huì)審和交底工作。若發(fā)現(xiàn)圖紙存在問(wèn)題，應(yīng)第一時(shí)間要求設(shè)計(jì)方做好修改，保證后續(xù)施工不受影響。還要詳細(xì)了解工程施工場(chǎng)地的狀況，包括周?chē)ㄖ锓植?、地形地貌特征以及一些管線(xiàn)和基礎(chǔ)設(shè)施布置情況，并將這些整理為相應(yīng)資料。同時(shí)要勘察工程地質(zhì)并撰寫(xiě)報(bào)告，還要準(zhǔn)備好水文和氣象的資料[3]。

（2）開(kāi)展施工測(cè)量工作。結(jié)合實(shí)際施工場(chǎng)地的測(cè)量控制點(diǎn)高程及坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制點(diǎn)的有效布置，同時(shí)也要設(shè)置測(cè)量的永久控制樁，保證測(cè)量工作順利開(kāi)展。

（3）做好接收井和工作井的施工。其中工作井施工是重點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)保證工作井具有較高強(qiáng)度，避免頂力和周邊水土壓力導(dǎo)致其發(fā)生變形，而且在確定結(jié)構(gòu)形式時(shí)也要充分考慮施工區(qū)域的地下水狀況以及頂力大小。

（4）對(duì)頂力進(jìn)行全面估算。在具體施工之前估算總頂力，再依據(jù)頂力情況對(duì)設(shè)備和材料的實(shí)際承受力加以驗(yàn)證，同時(shí)明確施工使用工藝。計(jì)算頂力過(guò)程中需參考給排水工程頂管技術(shù)的規(guī)程要求，具體計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：F——標(biāo)準(zhǔn)總頂力值；D——管道外徑；L——管道頂進(jìn)的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度值；fk——管道外壁和土之間的平均摩擦阻力；NF——頂管機(jī)迎面阻力。

式中：Dg——頂管機(jī)外徑；rs——土重度；Hs——覆蓋層厚度[4]。表1 為管道外壁和土之間平均摩擦阻力的取值。

表1 管道外壁和土之間平均摩擦阻力的取值

（5）做好頂管相關(guān)準(zhǔn)備工作。首先，要對(duì)頂管施工的進(jìn)洞和出洞位置進(jìn)行土體加固，保證頂管能夠被順利接收。若實(shí)際土質(zhì)不太松軟，可運(yùn)用門(mén)式加固方法來(lái)處理，主要提高頂管道兩側(cè)部分一定長(zhǎng)度及寬度范圍的土體強(qiáng)度。避免當(dāng)使用掘進(jìn)機(jī)時(shí)，洞口處出現(xiàn)坍塌狀況。若其土質(zhì)為松軟類(lèi)型，那么可以有效加固一定頂進(jìn)范圍的整個(gè)斷面。若土質(zhì)本身比較硬，強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，那么也可不進(jìn)行加固處理。土體加固常見(jiàn)的工藝技術(shù)包括攪拌樁加固法、注漿加固法以及高壓旋噴加固法[5]。其次，為了確保接收井和工作井能夠到位且順利實(shí)施各項(xiàng)工序，還需在井的洞口位置設(shè)置封門(mén)結(jié)構(gòu)。可以使用一些強(qiáng)度較高的磚料或水泥材料來(lái)做封門(mén)材料，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)需從井口進(jìn)入時(shí)，再將封門(mén)切削即可。最后，在進(jìn)出洞口安裝止水設(shè)施，頂管機(jī)在洞口進(jìn)出操作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)地下水或泥漿從機(jī)械向外涌出的情況。因此為了解決該問(wèn)題，一定要沿著機(jī)械頂進(jìn)的方向在洞口設(shè)置止水設(shè)施。一般該設(shè)施會(huì)被安裝在接收機(jī)與工作井側(cè)壁的預(yù)留洞處，其預(yù)留洞的直徑應(yīng)當(dāng)略大于頂管機(jī)外徑，且要布置好鋼壓環(huán)、螺栓以及橡膠圈，洞口止水裝置的平面圖與斷面圖如圖1 所示。

圖1 洞口止水裝置的平面圖與斷面圖

安裝好止水設(shè)施之后，還要對(duì)頂進(jìn)后背與軌道實(shí)施安裝，保證其安裝位置的誤差控制在5 mm 之內(nèi)，使其導(dǎo)軌和背鐵之間保持相互垂直。還要安裝機(jī)頭，將其吊裝到導(dǎo)軌位置處，再進(jìn)行調(diào)整。采取自控系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)，要保證安裝的實(shí)際數(shù)值與系統(tǒng)設(shè)備中顯示數(shù)值的一致性。此外，還需進(jìn)行工作井頂管調(diào)試工作，也需調(diào)整其中心樁與高程參數(shù)，并檢查泥路循環(huán)是否處于正常狀態(tài)。

3.1.2 規(guī)范頂進(jìn)施工操作

開(kāi)始頂進(jìn)施工前，先要將洞口的封門(mén)切削拆除。頂進(jìn)過(guò)程重點(diǎn)控制機(jī)頭，當(dāng)機(jī)頭頂進(jìn)土體時(shí)，將進(jìn)排泥泵和大刀盤(pán)打開(kāi)，隨后將機(jī)頭入洞過(guò)程中的速度控制為3～5 mm/min，這個(gè)過(guò)程還需嚴(yán)格把控管子的高程和子中心，實(shí)際偏差不能超過(guò)5 mm，因此速度一定不能過(guò)快。當(dāng)機(jī)頭頂進(jìn)到卸管節(jié)位置處時(shí)應(yīng)停止，將頂進(jìn)設(shè)備的動(dòng)力電纜、進(jìn)排泥泵、進(jìn)排泥管以及控制電纜等完全拆開(kāi)，將頂進(jìn)油缸縮回即可。隨后將提前安放好密封環(huán)的管節(jié)吊下，將其對(duì)準(zhǔn)位置插入，再將控制電纜、進(jìn)排泥管路以及動(dòng)力電纜等連接起來(lái)，同時(shí)也要將壓漿管路接通。啟動(dòng)壓漿泵、頂管機(jī)、進(jìn)排泥泵以及主頂油缸，再實(shí)施頂進(jìn)操作。當(dāng)頂進(jìn)500 mm 左右時(shí)開(kāi)始進(jìn)行頂進(jìn)測(cè)量，隨后每頂進(jìn)300 mm 記錄一次高程和中心的參數(shù)，將這些記錄內(nèi)容匯報(bào)給技術(shù)人員來(lái)處理。為了保證頂進(jìn)的順利進(jìn)行，還需采取一些管道減阻手段。尤其是對(duì)于中大口徑頂管作業(yè)，減阻措施很有必要，可以保證管壁頂進(jìn)更為順暢，例如，可以在管外部上涂抹一些廢油或是石蠟材料，起到潤(rùn)滑且減少摩擦阻力的效果，在頂管外部和土層之間也可使用合適潤(rùn)滑劑，這有助于長(zhǎng)距離頂進(jìn)的實(shí)現(xiàn)。在頂進(jìn)過(guò)程中也要保證頂力的均勻，且不可出現(xiàn)跳動(dòng)頂進(jìn)情況，保證頂進(jìn)效率的提高。管節(jié)位置應(yīng)當(dāng)預(yù)留出一些注漿孔，一般每隔幾節(jié)管節(jié)則設(shè)置一節(jié)注漿孔，這也有助于提高頂進(jìn)質(zhì)量。在管節(jié)頂進(jìn)過(guò)程中，也需注意觀察多種位置和軸線(xiàn)的指示儀表，并調(diào)整其軸線(xiàn)方向，同時(shí)結(jié)合土壓力來(lái)控制實(shí)際頂進(jìn)速度。在實(shí)施糾偏時(shí)，全站儀所發(fā)出的不可見(jiàn)光會(huì)到達(dá)機(jī)頭中心靶，隨后光靶會(huì)將偏移情況反饋到控制臺(tái)，最后再利用千斤頂來(lái)糾偏。實(shí)際糾偏操作包括3 項(xiàng)要點(diǎn)：①對(duì)于大口徑頂管作業(yè)，使用的光發(fā)射裝置一般為激光經(jīng)緯儀，它能準(zhǔn)確測(cè)量頂管位置，即使在黑暗環(huán)境條件下也能有效測(cè)量位置位移。②在使用激光經(jīng)緯儀時(shí)也要在工作井內(nèi)部安裝對(duì)應(yīng)發(fā)射器，保證該發(fā)射器的方向和坡度符合要求。機(jī)頭處則要安裝接收靶標(biāo)，靶標(biāo)上存在刻度線(xiàn)，可有效進(jìn)行偏移的測(cè)定。③利用操作室的攝像機(jī)來(lái)進(jìn)行激光靶標(biāo)的觀察，獲取其刻度與方向信息，即可直接得出相應(yīng)位移量。

3.2 處理好頂管作業(yè)的常見(jiàn)問(wèn)題

大管徑泥水平衡頂管作業(yè)具有一定復(fù)雜性，因此在頂進(jìn)操作時(shí)常常會(huì)遇到多種問(wèn)題。為了有效提高施工速度，還應(yīng)處理好頂管作業(yè)的常見(jiàn)問(wèn)題，提前制定應(yīng)對(duì)手段。例如，管道接口常出現(xiàn)漏水及破損問(wèn)題，對(duì)于這種問(wèn)題，要保證加固工作的有效性，建立起復(fù)核制度，全面保證加固到位，發(fā)現(xiàn)存在破損隱患時(shí)及時(shí)保養(yǎng)，且對(duì)于使用的相應(yīng)設(shè)備要做好調(diào)試，保證機(jī)頭滿(mǎn)足設(shè)計(jì)所需，還要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量，保證不同部門(mén)之間溝通順暢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)位移類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)隱患，同時(shí)相應(yīng)技術(shù)人員應(yīng)遵循“多次測(cè)量、微量糾偏”的原則開(kāi)展工作，盡可能將危害降到最低。頂管周?chē)渤３霈F(xiàn)大面積沉降或隆起問(wèn)題，這可能與機(jī)械操作不夠規(guī)范有關(guān)，在進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)全面考慮作業(yè)區(qū)周?chē)慕ㄖ锱c其他設(shè)施狀況，實(shí)施必要的保護(hù)措施，并且安排專(zhuān)業(yè)人員全面觀察作業(yè)時(shí)的千斤頂推力，一旦發(fā)生異常問(wèn)題，要第一時(shí)間停止頂進(jìn)，探析異常原因并及時(shí)處理，保證推力能夠維持前端土體壓力處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。本工程頂管作業(yè)中還存在進(jìn)出洞口封閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題，對(duì)其采取的改進(jìn)處理手段為將打樁機(jī)上的拉森鋼板樁作為支護(hù)防止水進(jìn)出洞口，最終實(shí)現(xiàn)單個(gè)井位進(jìn)或出洞口時(shí)，控制封閉時(shí)間小于10 h，進(jìn)而有效提高整體作業(yè)效率。

3.3 從頂管機(jī)著手提高作業(yè)效率

首先，在使用液壓頂管機(jī)之前，一定要做好內(nèi)部清理工作，保證機(jī)械干凈后方能夠使用。同時(shí)要做好設(shè)備檢測(cè)工作，適當(dāng)調(diào)整需要更改的地方，讓機(jī)械的實(shí)際作業(yè)更為順暢。其次，正式操作頂管機(jī)施工時(shí)，應(yīng)保證頂管機(jī)軸線(xiàn)不要偏離允許誤差，以免影響頂管機(jī)的工作速度。最后，要盡量避免頂管機(jī)停機(jī)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，使用中若出現(xiàn)問(wèn)題要以最快速度解決，保證最佳的實(shí)際工作速度。對(duì)于本次研究的水利工程項(xiàng)目，共設(shè)置了4 臺(tái)頂管機(jī)組同時(shí)實(shí)施頂進(jìn)作業(yè)，但現(xiàn)有進(jìn)度無(wú)法切實(shí)滿(mǎn)足工期要求，因而通過(guò)對(duì)實(shí)際施工的記錄來(lái)探析影響頂管機(jī)作業(yè)速度的因素，發(fā)現(xiàn)主要有以下兩個(gè)方面因素：①設(shè)備故障率較高；②作業(yè)時(shí)的泥漿清運(yùn)不夠及時(shí)。因此，提出有針對(duì)性的處理手段：①保證定期開(kāi)展設(shè)備檢查工作，同時(shí)也應(yīng)配置備用頂管機(jī)設(shè)備，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)及時(shí)接替工作，避免影響進(jìn)程。②使用挖掘機(jī)來(lái)配合清理沉淀后的泥漿，讓泥漿比重的抽吸盡可能達(dá)到最佳狀態(tài)，也要對(duì)泥漿比重進(jìn)行跟蹤測(cè)定，并確保每車(chē)泥漿抽吸時(shí)間控制在2 h 內(nèi)。

3.4 處理好施工障礙并提高作業(yè)人員素質(zhì)

在具體頂管作業(yè)過(guò)程中，若工作面出現(xiàn)障礙物或塌方情況，若發(fā)現(xiàn)作業(yè)出現(xiàn)管位偏離、傾斜或變形情況，應(yīng)當(dāng)停止工作，立即解決障礙，處理好后再實(shí)施作業(yè)，這樣可有效保證作業(yè)質(zhì)量及效率。此外，為了進(jìn)一步提高大管徑泥水平衡頂管作業(yè)施工速度，還需提高技術(shù)人員素質(zhì)，選擇具有豐富經(jīng)驗(yàn)的操作人員，把控頂管作業(yè)各類(lèi)注意事項(xiàng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大管徑泥水平衡頂管作業(yè)工藝有著許多優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前的頂管工程中常被使用，該項(xiàng)工藝的實(shí)施無(wú)須進(jìn)行基坑開(kāi)挖，且不會(huì)產(chǎn)生較大噪聲和污染，比較適合在城市中使用。經(jīng)分析，本文提出了大管徑泥水平衡頂管作業(yè)施工速度的提高策略，包括嚴(yán)格遵循施工工藝流程并把控操作要點(diǎn)、處理好頂管作業(yè)的常見(jiàn)問(wèn)題，從頂管機(jī)著手提高作業(yè)效率以及處理好施工障礙并提高作業(yè)人員素質(zhì)。