泥水平衡法頂管技術(shù)在武漢地區(qū)應(yīng)用的可行性分析

摘 要：結(jié)合在武漢地區(qū)的工程實例說明泥水平衡頂管工法在施工中的一些重要的技術(shù)操作要點，并對地質(zhì)勘察的重要性和機型選擇的方法作了進一步的探討，證明了該項技術(shù)在武漢地區(qū)是完全適用的，從而從而推廣泥水平衡頂管工法在武漢地區(qū)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：頂管技術(shù)；泥水平衡法；施工

1 工程概況

該項目位于武漢市一條較繁華的街道，沿線聚集大量的院校、科研機構(gòu)、住宅小區(qū)和店鋪，人車混流，流量較大；原有地下管線縱橫交錯。該項目污水管線管道全長1357m，管道直徑800mm，埋深4.5～6m。管道沿線范圍內(nèi)的地質(zhì)情況主要為填土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土以及砂層等，含水量23%～39%，地下水位較高。

2 頂管方案

2.1 機頭選型

根據(jù)設(shè)計文件所提供的地質(zhì)資料顯示，施工斷面都為松散、軟弱的粘質(zhì)砂質(zhì)土層，比較適合于泥水平衡頂管機的使用，因此施工單位購進了一臺TCZ800泥水平衡頂管機。該技術(shù)與人工頂管相比具有以下優(yōu)點：

2.1.1 掘進機能適用于復(fù)雜的土層條件，特別是含水量大的粘質(zhì)和砂質(zhì)土層。

2.1.2 主壓千斤頂一次頂進長度超過100m。

2.1.3 通過電腦監(jiān)控，方向的控制精度很高，帶有伊式機公司專利的RSG雙光靶方向控制系統(tǒng)，經(jīng)由有經(jīng)驗的人員操作可將誤差控制在10mm以內(nèi)。

2.2 施工現(xiàn)場布置

頂進管線總長1357m，沿線共設(shè)置頂管工作坑6座，采用雙向頂進，即向一個方向頂進完畢后調(diào)頭再向另一個方向頂進，平均每段頂進距離110m。工作坑范圍內(nèi)實行封閉管理。頂管工作坑均使用鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)，坑內(nèi)布置后背、導(dǎo)軌、主頂工作站；坑外地面上布置泥水處理系統(tǒng)，沉淀池為兩座鐵制水池。

2.3 頂力計算

根據(jù)泥水平衡法頂管頂進力的經(jīng)驗計算公式可得：總推力為33.15+2376.35=2409.50kN。根據(jù)總推力、工作井所能承受的最大頂力及管材軸向允許推力比較后，取最小值作為油缸的總推力。工作坑設(shè)計允許承受的最大頂力為4000kN，管材軸向允許推力3000kN，主頂油缸選用2臺2000kN級油缸，每只油缸頂力控制在1800kN以下，這可以通過油泵壓力來控制，千斤頂總推力3600kN。因此無需增加額外的頂進系統(tǒng)即可滿足要求。

3 工程實施

3.1 工程的進展

工程施工的各階段都比較順利，在粘性土層中施工時，由于其頂進總推力較小，因此頂進速度很快，盡管是不是成熟的技術(shù)，但純頂進速度仍最快達到過20m/10h，較以前普遍使用的人工頂管法效率提高了5倍以上；在砂性土層中，針對地下水壓力高、工作面土層自立性差的問題，通過控制泥水倉中平衡介質(zhì)的密度，保持泥水壓力來達到穩(wěn)定工作面的效果。

3.2 主要施工參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整

3.2.1 頂進速度控制。頂進速度的控制過程中，注意以下幾點：

3.2.1.1 主頂啟動時，必須檢查千斤頂是否靠足，開始頂進和結(jié)束頂進之前速度不宜過快；每節(jié)頂進開始時，應(yīng)逐步提高頂進速度，防止啟動速度過大。

3.2.1.2 一節(jié)頂進過程中，頂進速度值應(yīng)盡量保持恒定，減少波動，保證切口水壓穩(wěn)定和送、排泥管的暢通。

3.2.1.3 頂進速度的快慢必須滿足每節(jié)潤滑泥漿注漿量的要求，保證潤滑泥漿系統(tǒng)始終處于良好工作狀態(tài)。

3.2.2 平衡介質(zhì)的調(diào)配。平衡介質(zhì)必須達到一定的相對密度，它是一個主要的控制指標，不宜過高或過低。平衡介質(zhì)可以是清水，也可以是清水聚合物或類似物質(zhì)（通常采用膨潤土漿液），具體的配合情況以及密度要根據(jù)地層的滲透性來確定。

在本工程施工過程中，根據(jù)不同的土質(zhì)條件來控制泥漿密度來保持工作面的穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 采取注漿減摩措施，有效降低頂進阻力

頂管施工中，頂力控制的關(guān)鍵是最大限度地降低頂進阻力，而降低頂進阻力最有效的方法是進行注漿。注漿使管周外壁形成泥漿潤滑套，從而降低了頂進時的摩阻力。

4 施工效果

該工程實際頂管長度為1105m，工期為40天，從施工情況來看達到了預(yù)期效果，主要表現(xiàn)為：

4.1 頂管頂進速度快，平均日頂進距離25m，比普通人工頂管法提高了4倍。

4.2 頂管法施工采用全封閉進行，其生產(chǎn)作業(yè)完全不受周邊環(huán)境的干擾，而且在天氣惡劣情況下仍可正常施工，較開挖方式靈活許多。

4.3 在本工程地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水位較高的困難條件下，頂進過程中未出現(xiàn)工作面坍塌的情況，地下水也未大量涌入頂管工作坑內(nèi)；頂進管道質(zhì)量較好，高程和軸線偏差經(jīng)測量均保持在±25mm以內(nèi)；管道閉水試驗均一次成功。

5 結(jié)語

該工程實例證實了武漢地區(qū)的地質(zhì)特點完全適用于泥水平衡式頂管施工技術(shù)，對于武漢地區(qū)既有松散的軟弱土層，又有富含砂礫石的中硬地層這樣比較復(fù)雜且變化較大的地層，只要掘進機選擇適當，泥水平衡式頂管技術(shù)一定能夠很好地應(yīng)用。

參考文獻

[1] 余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2012.

作者簡介：甘斌（1977- ），女，湖北咸寧人，鄂州職業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，講師，研究方向：土木工程學(xué)。