泥水平衡顶管施工技术总结

高传武

摘要：介绍太仓港区BT项目新建工程污水主干线顶管施工工艺，本工程采用泥水平衡掘进机施工，并借助触变泥浆作为减阻措施，顺利地完成了195米的长距离顶管施工。本文主要介绍管道顶进施工方法。

关键词：总推力后座被动土压力洞口止水顶进触变泥浆纠偏

1工程概况

1.1位置及规模。本污水管道工程为太仓市港区石化区污水干线，全长近2公里，其中DN1000~DN1200顶管施工1500米。一次顶进长度在100~200米之间。本节主要介绍顶进长度为195米、管径DN1000的顶管施工，工作井内径为4×7.5米，接收井内径为φ5米的钢筋混凝土井，已经下沉就位。

1.2设计。工作井后座设计顶力控制在600吨以内。顶管穿过河流地段，需保证管顶以上覆土3米厚。

1.3地质情况。管道主要工作区位于典型的软土层，管壁四周土主要为淤泥质粉质粘土，具有流塑性，高压缩状态的特点。

2工作井后座反力及总推力计算

2.1工作井后座反力计算。工作井为宽×高=5.2×6.7米的钢筋混凝土墙，地面到工作井顶面土体高度为1.9米。受力分析如R=аB（rH2KP/2+2cHKP1/2+rhHKP）

R:总推力之反力а：系数取1.5~2.5之间B：后座墙的宽度 （米）r：土的容重（KN/m3）

KP：被动土压系数为tg2(45°+φ/2)c：土的内聚力（KPa）h：地面到工作井顶部土体的高度，此处1.9米

R=1.5×5.2×(17.6×6.72×1.27/2+2×10.8×6.7×1.271/2+17.6×1.9×6.7×1.27)=7404.7KN

2.2利用简易公式计算顶管总推力。计算DN1000砼，臂厚0.11米，每米重8.9KN，管道外周长3.83米，顶进长度195米。

土质为淤泥质粘土夹淤泥质粉质粘土 ，综合摩擦系数取5KPa F=F0+f0L

F：总推力 F0：初始推力f0：每米管子与土层之间的综合摩擦阻力（KN/M）L：推进长度（M）

其中F0=（Pe+Pw+ΔP）3.14BC2/4 Pe：挖掘面前土压力Pe=150 KPa Pw：地下水压力KPa

ΔP：附加压力（一般为20 KPa）BC：为管外径（M） Pw=γw(H-H1)

γw：水的容重10 KN/M3H：地面到掘进机中心深度，该段落为4米

H1：地面地下水位的高度 ，该段落为2.4米，Pw=10×（4-2.4）=16 KPa F0=（150+16+20）3.14×1.222/4=217.3KN①

其中：f0=RS+WfR：综合磨擦阻力PwS：管外周长（M） W：每米管子的重力（KN/M）f：管子重力在土中的摩擦系数（f=0.2）f0=5×3.83+8.9×0.2=20.93 F0/M②

由①②得F= 217.3+20.93×195=4298.65 KN 由以上对工作井后背墙反力计算与总推力计算值比较

R/F=7404.7/4298.7=1.7 因此工作井后背墙的土压力是可靠的，无需对工作井后背墙的土体进行加固。

3顶管施工

3.1顶管施工工艺流程图。施工准备（测量放线）→顶进设备安装（导轨安装、后座顶板安装、后座千斤顶安装、洞口止水装置安装、出泥准备）→管道顶进（轴线偏差测量控制、管内出泥、顶进纠偏）→管道拼装（接口检验）→管道顶进结束（竣工测量）→设备转移

3.2施工准备

3.2.1测量放线。根据已经下沉就位的工作井及接受井的预留孔洞的中心位置确定顶管的中心轴线及导轨标高及坡度，并将管道中心轴线引至工作井的胸背墙上及工作井底板上，在工作井内且在顶管轴线上架设光电经纬仪，固定管道顶进中心轴线。在固定管道中心轴线的测量过程中务必进行复核测量，确保管道中心轴线定位无误。

3.2.2后备安装。千斤顶后座紧靠横铁（200*300*2㎝钢板）钢板与工作井墙壁之间用砼浇注密实。

3.2.3导轨安装。导轨及工作平台采用15号槽钢焊接而成。

导轨安装的质量应符合下列规定：

⑴导轨下的平台焊接要牢固，平整，平台顶除导轨范围外，应铺设木板，为施工人员提供工作平台。

⑵两根导轨应顺直、平行、等高，导轨安装牢固，其纵坡与管道纵坡一致。

⑶导轨高差允许偏差2㎜，导轨内距允许偏差为±2㎜；中心线允许偏差3㎜，顶面高程允许偏差为0㎜~3㎜。

3.2.4工作井顶工作平台布置。根据施工需要在工作井两侧分别布置操作室和起重机，场地应根据需要进行硬化处理，同时作好排水及防雨设施，确保雨天正常施工。工作井的平台四周及孔口必须安装护栏，上下人处设置牢固的爬梯。

3.2.5顶铁安装。顶铁采用环行定型的铸铁加工而成，应有足够的刚度，无扭曲现象，与顶管承插锁定，其中心与管道中心相重合，确保顶管对称均匀受力。顶铁与管口之间采用20㎜厚的垫板作衬垫，防止顶管在顶进过程中损坏。

3.2.6顶进设备的安装

⑴安装前应对高压油泵、液压油缸、液压管路控制系统。压力表进行检查校定，设备性能合格方可安装。

⑵安装高压油泵、管路及控制系统，油泵宜设置在液压油缸附近；油管应直顺、转角少；油泵应与液压油缸相匹配，并应有备用油泵。

⑶液压油缸的油路应并联，每台液压油缸应有进油、退油的控制系统。

⑷液压油缸的着力中心宜位于管子总高的1/4左右处，且不小于组装后背高度的1/3。

⑸该段顶进施工采用两台液压油缸，对称布置在顶管的左右，其平面中心与管道中心线一致，千斤顶的高度，应使千斤顶的着力点位于管端面垂直直径的1/4左右处。

⑹顶进设备试车运行应符合下列要求：①设备试车运行及顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并应随时观察顶铁有无异常发生。②顶进开始时应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进。③顶进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进，检查原因。并经过处理后，方可继续顶进。④液压油缸活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。

3.2.7管道顶进

⑴下列条件具备时方可开始顶进：①全部设备经过检查，并经试验运转，确认正常；导轨的中心线、坡度、高程符合设计规定；②进洞止水装置安装牢固且已经达到止水效果。

⑵初始顶进5米~10米范围内，增加测量密度，机头或首节管允许偏差为：轴线位置3㎜，高程0~3㎜。

⑶顶进的所需材料应准备充足，确保顶进过程持续进行，不得中止。

⑷根据顶进长度，估算泥浆排放量，设置可循环利用的泥浆池或用罐车将泥浆运至指定地点。

⑸在顶进过程中遇到下列情况时，应及时采取措施，处理完毕后，方可继续顶进。①发生塌方或遇到障碍物（压力表读数突然增大且超过20Mpa）。②工作井或背墙发生扭曲变形。③顶铁发生扭曲现象。④管道偏差过大，且校正无效。

3.2.8测量纠偏①工作井内的测量控制点应设置在不易挠动、、视线清楚、方便校核、易于保护处，光电经纬仪要安装牢固。②顶进过程中加强对中心线及高程的测量及控制，要勤测勤纠。③纠偏时，采用机头内的四个纠偏千斤顶及时进行，不得大起大落。

3.2.9采用触变泥浆减阻①根据以往施工经验泥浆配比如下：

澎润土：废机油：CMC：高分子胶：水=100Kg:40L:2 Kg:2 Kg:900 Kg；②注浆泵的选择。为了确保注浆效果处于最佳，注浆设备选择螺杆泵，因为螺杆泵的脉动小，浆套容易形成且又容易保持，注浆压力不易过大，否则会增加管子的周边压力，也不易形成浆套，对管道顶进带来不利影响。③注浆。设置注浆孔的管道按90度设置4只注浆孔。管道顶进时在掘进机后需连续放置3至4节有注浆孔的管子，不断注浆，使浆套在管子外面保持的比较完整后，再间隔3~4节管子，放置一节有注浆孔的管子用以补浆。

触变泥浆压送与顶进同时进行，泥浆配合比根据不同土质进行适当调整，保持泥浆的稳定性，顶管距离长时应采取补浆措施。

每个注浆孔宜安装阀门，注浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时进行处理后，继续定进。

拆除注浆管路后，应将管道上的注浆空封闭严密。

该段195米的长距离顶管施工中，触变泥浆取得了明显减阻效果，顶进过程中压力表最大读数为13Mpa,相当于千斤顶最大阻力为150吨。施工采用了2台各200吨位的千斤顶。

4质量验收

4.1基本要求。接口必须密实、平顺、不脱落。内涨圈中心应对正管缝，填料密实。管内不得有泥土、石子、砂浆等杂物。

5劳动力组织、机械设备及顶进周期

5.1劳动力组织。控制室司机1人控制主顶系统 ，起重机司机1人吊装砼管，机头控制司机1人进行机头纠偏杂工5人管道安装，测试工2人测量放线填写顶进记录。

5.2机械设备。￠1000泥水平衡掘进机1套，双冲程等推力油缸2000KN2只，25T汽吊2辆，液压动力站30KW2套，注浆管路设备20KW2套，泥浆管路设备37KW2套，液压注浆泵SYB-50/50 20KW2台，电焊机直流30KW4台，污泥泵15KW4台，挖掘机EX200 2台

5.3顶进周期。准备工作1天，用于场地平整，工作井护栏安装、警示牌设置等；设备安装3天，顶进2天 正常顶进速度6.7㎝/分钟，设备拆除 1天，进行下一段准备工作 1天。

6安全质量保证措施

6.1安全保证措施

6.1.1施工现场及相关路口设置安全警示牌，泥浆池、沉井周围安装护栏，防止施工人员及闲杂人员落入沉井或泥浆池内。

6.1.2配置专职电工及设备维修人员，严格按操作规程办事，定期对各种设备及电源线路进行检查。

6.1.3配置专职安全长，确保现场安全施工。

6.2质量保证措施

6.2.1原材料质量控制。对顶管的技术资料进行分析评价，并对进场后的管材现场检查，经业主、监理等多方单位共同签字认可合格后方可使用。

6.2.2施工过程控制

6.2.2.1安排专职技术人员或质检人员对顶进全过程进行跟踪控制，及时解决施工中存在的问题。

6.2.2.2对隐蔽工程实行监理跟踪验收制，保证顶进施工连续进行。

参考文献

1《顶管施工技术》，人民交通出版社

2《市政基础设施工程技术交底记录》，经济科学出版社

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。