泥水平衡顶管施工工艺在污水管网敷设中的运用探讨

李小坤

广东粤海控股集团有限公司

1 前言

泥水平衡顶管施工方案，采用全断面切削土体的形式，利用泥水压力既能平衡土压力、地下水压力，又能输送废弃的土体。在污水管网敷设工程中，泥水平衡顶管施工工艺的适用范围广，由于工艺简单、安全性高，因此应用广泛。具体到现场施工中，工艺流程是什么？应注意哪些事项？下面对此进行探讨。

2 泥水平衡顶管施工工艺原理和优点

2.1 工艺原理

泥水平衡顶管施工工艺的原理，是在主顶油缸的顶进作用下，促使工作井中的顶管机进到止水环，电动机提供的能量促使刀盘切削土体和石块，进入泥水舱和泥浆混合，泵送至地面集中处理，形成泥浆后可以循环利用。顶管机向前运动的同时，在持续顶力作用下，穿越土层最终到达接收井，完成管网敷设目标。

2.2 优点

总结泥水平衡顶管施工工艺的优点有：①适用范围广，目前在市政管道工程中普遍采用，尤其适用于长距离顶管施工、穿越建筑物、地质状况复杂的地区。②利用泥水平衡维持土压力，顶进管道处于主动和被动土压之间，能维持掌子面的稳定性，有效控制地面沉降，不会干扰周围土体。③顶管机向前掘进时，泥浆自动输送至地面，期间不需要人员掏土、运土，作业更加安全。④施工作业连续，能加快施工进度，缩短工期。⑤在激光导向下顶进管道，配合纠偏措施，可提高施工精度，满足质量要求。

3 泥水平衡顶管施工工艺在污水管网敷设中的运用

3.1 工程概况

以某市的污水管网敷设工程为例，主干管网总长度为6.6km，设计日处理污水2 万立方米，纳污面积共计8.2km2。其中，开挖埋管段长度1.6km，泥水平衡顶管敷设长度5.0km。该区域主要穿越卵石层，卵石粒径在20mm～50mm 之间，形态呈椭圆状，级配良好。

3.2 系统组成

本次工程中，采用GMD泥水平衡顶管系统，组成结构如下：①顶进子系统，包括导轨、顶铁、油缸、钢靠被、千斤顶等，功能是对顶管机、管节进行顶进。②测量子系统，包括经纬仪、光靶、刻度盘、倾斜仪、监控系统，可对顶管轴线进行追踪测量，判断机身的偏转角度，及时进行纠偏。③泥浆处理子系统，包括送浆泵、排浆泵、输泥管、泥浆处理装置、沉淀池等，通过泥浆循环，将废弃的碎石土排出井外。④操作子系统，是整个系统的控制中心，能对其他三个子系统进行控制，保证系统运行的稳定性。

3.3 施工工艺

第一，顶管出洞。顶管机头、第一节钢筋混凝土管从前墙进入土壤，这是一道重要工序。准备工作完成后，将机头吊装在轨道上方，调节方向后顶管即可出洞。考虑到前墙上有预留的洞口，为了防止工作井外部的水土进入井内，要采取密封措施。密封时，以管道中心线、预留孔为基准，将钢质内套环置于预留孔和管节之间，外部焊接在预埋钢板上，促使橡胶和管节贴合在一起，如下图所示。如果工作井周边有大量地下水，应提前在出洞口灌入水泥浆，促使土壤板结，防止外部泥水进入井内。密封完成后，机头顶端即可破墙出洞，辅助利用风镐清理内层墙体；然后推动机头，利用刃口破坏外层墙体，即可推动顶管。

图1 工作井洞口密封结构示意图

第二，注浆减阻。顶管在顶进过程中，为了减小阻力，应在管壁外部的缝隙里注入泥浆，起到润滑效果；顶进的同时及时补浆，泥浆能对地层产生支承作用，保证施工稳定性。具体流程是：①布置注浆孔，管节制作时保留数个孔洞，将无孔节管、有孔节管组合起来。②准备压浆设备，包括注浆泵、注浆管道、搅拌器、管道阀门、压力计等。③配置浆液，由膨润土、水、掺和剂组成，合理确定比例。④置换泥浆，顶进完成后置换泥浆，其中水、水泥、粉煤灰的占比为50%、25%、25%，凝结后拆除管路，对注浆孔进行封闭。

第三，顶进作业。机头顶部进入洞口密封圈，顶管即可推动，顶管机进入土体的长度，要小于管道直径。为了避免机头下沉，可缩短导轨和穿墙管之间的间距，减小顶管机的悬臂长度；穿墙时加快速度，并在穿墙管中安装定心环。顶进时，在前段、后段安装纠偏油缸，避免出现偏差。为了防止地面下沉，措施如下：①吊装并垂直运输管节，清理现场障碍物；②选择合适规格的钢插口和吊车，满足管材自身重量要求。

第四，安装管节。管节进场后，及时进行质量验收，由监理人员检查验收，合格即可置于堆放区，不合格则要返厂处理。将管节吊放至导轨上，做好准备工作后，顶管承插口的尺寸、结构均满足要求，即可正式顶管。管节连接前，在接口部位安放木质衬垫；顶管结束后，利用聚氨酯密封膏对缝隙进行充填。

第五，管道顶进。工作井内的设备安装后，检查性能是否正常，即可尝试顶管作业，流程是：检查设备的水平度、竖直度；准确放置管节；复核标高无误，尝试顶管并调整参数，就能正式顶管作业。顶进时，开始的5m严格控制，轴线和高程偏差，均要控制在10mm 以内。由于施工时需要频繁开挖、顶管，应该加大监控力度。管道顶进时，工艺流程是：①放置顶铁，调整刀盘推力、泥浆压力，顶进时根据机头仓的泥浆状态，及时补水、补浆。②关闭油泵，启动控制阀，千斤顶回油，此时活塞回缩。③增加顶铁，重复以上步骤，直至所有管节安装完成。④拆除顶铁，放置管节。

4 泥水平衡顶管施工期间的注意事项

4.1 纠偏校正

施工期间，随时纠正偏差，将误差控制在允许范围内。常用的纠偏方法有：第一，挖土校正，误差在10mm～20mm 之间，可以调整不同位置的挖土量，实现纠偏目标。第二，强制校正，误差超过20mm，应该反复进行测量，利用测量数据强制校正，确保顶管机处于正确的轨迹上。

4.2 管线试验

施工过程中，管节对接后要及时进行气密性试验，满足要求才能继续推进，否则就要重新安装作业。井室完工后，使用砖砌管封住管道两端，3～4小时后开展闭水试验。试验前，检查管道、井身，看有无渗水漏水现象；试验期间，要求水位在上油管内端2m以上。

4.3 问题处理

第一，钢筋混凝土管道接口渗漏。分析原因是：①管道接头和密封材料的质量不合格，或在运输和卸载过程中发生损坏；②管道接口、止水装置的选择，和实际要求不一致。对此，处理方法是：如果渗漏量小，使用环氧树脂水泥砂浆充填；如果渗漏量大，采取大面积化学注射法。

第二，钢筋混凝土管出现裂缝。分析原因是：①管道的设计强度不达标；②顶进作业时，承受天花板的压力较大，或轴线偏离过大，导致管节出现应力裂缝；③输送过程中，管道裂缝发生断裂。对此，处理方法是：根据裂缝的方向和大小，采用合适的加固方案，常用的加固剂有环氧树脂、粘固剂、水泥砂浆等。

5 结语

综上所述，泥水平衡顶管施工工艺具有诸多优点，在市政污水管网敷设中应用普遍。文章结合工程实例，从顶管出洞、注浆减阻、顶进作业、安装管节、管道顶进五个方面，介绍了施工技术要点，指出相关注意事项。希望通过本文，为类似施工作业提供借鉴，切实提高施工质量。