泥水平衡法顶管施工中常见问题及处理措施

徐 权

(太原理工大成工程有限公司，山西 太原 030024)



泥水平衡法顶管施工中常见问题及处理措施

徐 权

(太原理工大成工程有限公司，山西 太原 030024)

介绍了泥水平衡法顶管施工的工艺原理及特点，结合太原市晋阳污水厂主干管工程监理的实践经验，分析了泥水平衡法顶管施工中的常见问题，并提出了针对性的解决措施，取得了良好的施工效果。

泥水平衡法，顶管施工，土压平衡，管道

顶管施工是一种不需开挖路面就能穿越道路、管线、建筑物等的地下管道施工方法，泥水平衡法顶管是近几年发展起来的较先进的顶管方法，在市政工程中已进行运用。太原市晋阳污水厂主干管工程全部采用较先进的泥水平衡法顶管工艺。晋阳污水厂主干管工程起点分别是河西北中部污水处理厂和南堰污水处理厂，终点是清徐晋阳污水处理厂。全线共分为8个标段，全长32 km，管径2 000 mm～3 000 mm钢筋混凝土管，管道埋深最深处为15.74 m,最浅处为8 m。通过在此项目施工监理过程中取得的实践经验分析泥水平衡法顶管施工中经常遇见的问题及处理措施。

1 泥水平衡顶管施工的工艺特点

1.1 泥水平衡法顶管工艺及原理

泥水平衡法顶管是利用顶管机添加的泥水压力来平衡顶进工作面上管外的水压力和土压力，弃土以泥浆的方式排放出顶管机，在不开挖地面的前提下，利用液压千斤顶从工作井将铺设的管道顶入接收井，工艺如图1所示。

1.2 泥水平衡法顶管的优点

1)适用的土质范围比较广，如地下水位很高，普通顶管无法施工，泥水平衡法适用。2)泥水平衡顶管施工时由于泥浆润滑作用所以总推力比较小，特别适用于长距离顶管；普通掏土顶管摩擦力较大，不适用于长距离顶管。3)可有效地保持开挖面的稳定，对所顶管道周边的土体扰动较小，因此由于顶管所引起的地面沉降比较小。4)因为它采用泥浆管道输送外弃土方，不存在垂直吊运土方等危险作业，保证了施工安全；另外该方法避免土方运输扬尘污染。5)泥浆输送外弃土方为连续作业，因此施工进度较快。

2 泥水平衡法顶管施工中常见问题及处理措施

2.1 管道顶进偏位过大，管道接口破损、漏水

1)偏位原因。a.未对工作井出洞口土体加固。b.机头纠偏系统发生故障。c.每次掘进机长度与所顶管子直径不成比例。d.掘进机纠偏长度小，纠偏力度不够。e.机头测量系统故障，测量数据失真。f.不能及时纠偏，位移偏大后纠偏幅度过大造成二次偏位。g.工作井由于受降水影响或外力挤压发生位移和倾斜。h.信号传输错误。i.土质变化较大，开挖面失去稳定性。

2)预防及处理措施。a.采取注浆或旋喷等方法对进出洞口土体进行加固。b.掘进机进场后，要派专人对其进行调试、保养、维修、检修完成后集中验收。c.机头设计充分论证后反复试验，性能稳定后方准许出厂。d.进行施工队、项目部、监理三级测量复核制度。e.经常对工作井的位移进行测量复核。f.勤测量、微纠偏原则。g.随时确定机头动态曲线图，以曲线图来指导纠偏工作。h.遇到突发情况，应及时逐级汇报，采取措施，杜绝方向失控情况发生。

2.2 顶管区域周边地面发生大面积沉降与隆起，对周边建筑物或设施造成较大影响

1)原因分析。a.掘进机正面土压失衡引起的沉降与隆起。从土压平衡掘进机的原理来说，当掘进机通过充分的切削和搅拌，在进土仓内形成具有较大塑性和流动性的土体。当正面的土压控制在被动土压和主动土压之间时，地面才会下陷或隆起。实际上由于土质变化较大，完全按理论计算进行控制往往有较大差异，不能正确把握，造成土压失衡引起沉降。另外，由于有些土压平衡掘进机对土的适应性不够完善，如刀盘切削面积过小，推进速度或螺旋输送机转速不能调整，使得土压控制不利或不便，造成土压失稳引起沉降与隆起。b.管道外周空隙引起的沉降与隆起。管道外周空隙是由掘进机纠偏或曲线推进造成的，因为在纠偏和曲线推进时形成的管道截面面积大于管道截面，其空隙由周边土体填充而引起沉降。现在一般顶管都采用触变泥浆减摩技术，掘进机外径较管道外径大2 mm～3 mm，以便形成浆套，若注浆不及时就会引起沉降。c.管道与周围土体摩擦引起的沉降与隆起。管道在推进时与周围土体存在摩擦，这种摩擦往往使土体发生剪切扰动，造成土体移动而导致地面沉降。在管节外形不规整、接口不平或管道不顺直的情况下，这种剪切扰动就会加剧，增大地面沉降与隆起。d.管道接口渗漏引起的沉降与隆起。当管道接口密封圈安置不当或管端受力不匀而破坏，以及管道接口弯折过度造成密封不良时，就较有可能发生接口渗漏，水土从而流失，这种土层损失必定会引起地面沉降与隆起。并且管道接口渗漏亦造成触变泥浆的流失，支承土体和减小摩擦力的作用大大降低，亦可能引起上述两种原因的沉降与隆起。

2)处理措施。a.施工前应对距离管道较近的建筑物和其他设施制定切实可行的加固保护方案，应仔细研读该工程地质勘察报告了解地质情况，结合工程实际选用正确机头。b.随时观察千斤顶的顶推力，发现异常及时找原因，保证顶进推力与前端土体压力动态平衡。c.施工时随时检测管道高程和轴线偏位情况，发现偏差要及时纠正，避免发生较大偏位后大幅度纠偏造成土体大面积移动引起沉降，避免纠偏力过大造成管道破损、管端碎裂、接口密封失效，从而使顶管泥浆顺管道流失造成地面大面积沉降。d.顶进过程中由于工具管直径比顶管直径大，所以顶进过程中应及时足量地注入满足要求的润滑支承材料，保证管道四周空隙泥浆压力符合要求。顶管完成后及时用水泥浆或粉煤灰浆等进行置换。e.管道承口插口之间选用合格密封圈，承口钢板保证圆度，谨防渗漏。

2.3 顶推力突然加大

1)原因分析。a.管道周围地质情况突然变化造成土层塌方或工具管前端遇到管线或较大石头，使阻力增大。b.减阻介质膨润泥浆配比突然变化或注浆管堵塞，减阻效果下降，使摩擦阻力骤然加大。c.管道弯曲变形，进而摩擦阻力增大。d.顶进设备油泵、油缸、油路或压力表等出现故障。e.顶进施工中因各种原因停顿时间过长，润滑泥浆失水失去减阻效果。2)处置措施。a.做好护壁，随时用探头监测机头前障碍物情况，遇见管线要进行改移。b.顶管顶进过程中，必须密切检测顶进轴线和高程，及时纠偏，使管道轴线被控制在合理范围以内。c.根据不同地质条件严格控制膨润泥浆配比，并采取同步、及时、足量地注入泥浆。d.顶进施工前应派专人对顶进设备进行调试、保养、维修、检修完成后集中验收。e.顶进停止时间间隔不能过久，发生故障应及时快速排除。

2.4 钢筋混凝土管道接口渗漏

1)原因分析。a.在运输、装卸、安装过程中管节破损或管节和密封材料质量不满足技术标准。b.管道顶进过程中纠偏不及时或纠偏不到位造成轴线偏差过大，进而造成接口错位、管口破裂、橡胶止水圈封闭不严。c.管道接口或止水装置选型不符合要求。2)治理方法。渗漏较小可用环氧树脂水泥砂浆抹到渗漏处，如管口破裂渗漏严重则需要大面积化学注浆的方法进行处理。

2.5 钢筋混凝土管中裂缝造成管道渗水、漏水

1)原因分析。a.管材强度达不到设计要求。b.顶进过程中顶力过大，超过管节所能承受的压力，或轴线偏差过大，致使管节应力集中产生裂缝。c.运输过程中造成管节裂缝。2)处理方法。根据裂缝长度、宽度以及裂缝方向，认真分析裂缝产生的原因和性质，根据不同裂缝程度，分别采取不同的处理方法，裂缝较小可采用环氧树脂水泥砂浆等措施处理，裂缝破损严重采用周围注浆或挖除后返工处理。

3 结语

晋阳污水厂主干管顶管工程中遇到许多问题，结合现场条件和理论规范，采取以上措施进行处理，起到了很好效果，该工程一次性通过验收试水，经过总结分析，对泥水平衡法顶管施工常见的问题和防治措施谈谈自己一点肤浅的看法。

[1] 中国非开挖技术协会.顶管施工技术及验收规范(试行)[Z].2006.

[2] CECS 246：2008，给水排水工程顶管技术规程[S].

The common problems and treatment method in sludge-liquid balance method pipe jacking construction

Xu Quan

(DachengEngineeringLimitedCompany,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China)

This paper introduced the process principle and characteristics of sludge-liquid balance method pipe jacking construction, combining with the common problems in main pipe engineering construction of Taiyuan Jinyang sewage treatment plant, and put forward specific measures, achieved good construction results.

sludge-liquid balance method, pipe jacking construction, earth pressure balance, pipe

1009-6825(2016)28-0104-02

2016-07-26

徐 权(1974- )，男，工程师

TU991.36

A