污水泥水平衡式小口径顶管施工的关键点分析

摘　要：市政基础设施地下给排水管道顶管施工技术，在穿越城市建筑、公路、深埋等重难、复杂施工条件时，有其独到的优势，就某地环路排水工程污水管的顶管施工技术运用，作简要的介绍，分析了施工的关键点。

关键词：泥水平衡式小口径顶管；施工技术；顶管施工
　　泥水平衡式顶管是当今国际上比较先进的顶管施工方法，它以全新的平衡概念和出土防水，为顶管施工领域开辟了一片新天地。某地环路污水治理工程中引进了泥水平衡式小口径顶管技术，本文以此工程为依托，对泥水平衡式小口径顶管施工关键点进行分析。
一、工程概况
　　某标段污水工程共完成2000多米φ600水泥管的顶进，开槽深度基本为6.5m～9.5m,若采用明开施工, 将伐移树木近 500棵。为响应“绿色大运”理念, 经与业主、设计、管理、监理单位协商, 将该段污水明开施工变更为泥水平衡机械顶管, 较好地解决了管埋深大，但管径偏小，明挖难度大，泥浆处理难等环境保护难题。
二、施工关键点
　　1.后背坑做到位
　　由于两段顶管地层为砂层与粉质粘土层，含有地下水，局部只含有滞水层。顶进坑与接收坑深度小于11米，一般选用较经济的喷锚网墙加工字钢内支撑的构筑方式。土方开挖采用坑位降水后，机械与人工配合完成。为了增强可靠性，按照相关规范也需将后靠背置于底板0.5米以下。工作坑侧壁制作完成后，制作底板要预留后背坑位。由于大部分坑位不能完全干槽开挖，导致后背坑位流砂较大，有时甚至每10公分深就须做一步锚喷，要下挖长×宽×深＝3.5米×0.6米×0.5米的后背坑较困难。经过摸索采用沿坑壁密置1.5米长φ48的钢管桩，然后开挖后背坑较成功。坑开挖好后马上铺碎石、绑扎钢筋、支模、浇注钢筋混凝土，不会出现坑底涌砂的现象。
　　2.主供电系统及电缆的选用
　　由于机头较小，功率也较小，只有9.1KW，但整个系统的其它部分功率较高，进排泥系统45KW,泥浆分泥系统50KW，主顶系统15KW,起重系统7.5KW，注浆系统7.5KW，加上照明等其它系统总共达150KW。上述系统不是同时启动，启动时间较短而功率较大的为进排泥系统与泥浆分泥系统，只是在顶进时启动，每节管顶进运行约40分钟，顶进时相关设备也启动。全部顶进工序中，用电量较少的为续接顶进管时，只需约30KW的功率，持续时间约50分钟。给该系统供电，现场如能全部接入市电，可选用95mm2铜芯电缆做主电缆即可，有时变压器距离现场较远，电缆数量不够，可并联两根35mm2铜芯电缆解决。如全部用发电机供电，选用一个120KW可解决，但不是最优，可用一个30KW与一个75KW发电机机组代替解决较经济，除了顶进时启动75KW发电机外，其余时间只启动30KW发电机。如只能少部分接市电，大部分用发电机也要合理解决。
　　3.机头出洞时坑壁串浆
　　由于地层流砂较大，工作坑的制作采用喷锚网墙加工字钢内支撑的构筑方式施工不可避免出现锚喷墙后土体流空现象。如顶前注浆加固不到位，机头出洞及初始顶进中带有压力的进泥会通过顶进管外壁、锚喷墙后的空洞流动，直至坑壁，使锚喷墙出现裂纹或漏浆。一段发生这种情况，不及时采取措施会发生塌方等严重事故。要消除影响可对坑壁进行适当加固外，还要通过顶进时缩短进泥泵启动时间，间断启动，让泥浆靠自然落差进入泥水仓内顶进，其他操作不变。如果没有太大的空洞，顶进一段时间后返浆会逐渐减少，最后停止返浆，进行正常顶进。   
　　4.地面冒浆、地下漏浆
　　由于部分地段如绿化带土层较疏松、有裂隙或覆土较浅，顶进中泥浆有时冒出地面，可通过或堵或疏、或堵疏并举解决，一般采用疏的方式较稳妥。疏导时在冒浆处挖积水坑，然后将冒出地面的泥浆用泵送回沉淀箱。
　　顶进中泥浆有时还在较短时间内大量渗入地下，首先弄清原因，再采取措施。如只是地层松散，可通过采取减小进泥流量，加大顶进速度，并及时补充水解决。
    5.进排泥管堵塞
　　由于地层的偶然变化、操作失误或突然停电等意外极易导致进排泥管堵塞。由于φ600的顶进管空间狭小，人员进管分段排除堵塞较困难。可在工作坑内顺着堵塞的进排泥管插入4分射水管，射水管须续接至堵塞处，接上高压泵，注入高压水冲洗被堵的管，直至冲开。
　　6.水泥管（顶进管）断裂
　　由于个别管材质量差或纠偏操作过急或地下障碍物或地层突变等原因，造成顶进的水泥管裂缝，导致顶进管内进水和泥浆无法顶进。也可通过或堵或疏、或堵疏并举解决。堵的途径为用建筑止水带与三瓣式钢内漲圈将泥浆等堵在管外，每条建筑止水带两端各用1组内漲圈。内漲圈考虑在管内安装为三瓣式，可拼装，如图1。疏导的途径为在管的较低处预置排水泵，并设置相应的电缆、管路，将管内的泥浆等排出管外。
　　7.机头遇障碍物
　　顶进线路上的金属障碍物一般可探测到，可以避让。非金属障碍物如并行的别的工程超前小导管注浆凝固块等探测不到，一段遇到根据现场情况采取不同的措施。如遇障碍物处离进洞处较近，可采用人工对顶直径较机头大的管套机头，对顶时利用机械顶管的接收坑做顶进工作坑，顶前针对地下水、地层、障碍物等，做好降水等准备工作， 人工顶管时，对机械顶的管外壁须间歇注润滑浆。对顶也可采用夯管法，夯直径较机头大的钢管套机头，此时可不考虑降水，但风险较高，造价也高，管材不好准备。如遇障碍物处离进洞处较远，条件许可时可进行大开挖，如穿过12米长的热力井室；当条件不许可时在机头处做小竖井，排除障碍物后再封闭竖井顶进。
           
                    图1  裂缝的处理
    8.顶进管内进排泥管及电缆的拆除
    由于φ600的顶进管空间狭小，管底放置φ110进排泥管后，人员进管拆除更困难。该工程顶管机施工时顶进管内共有10条管线，它们分别为把机头与操作柜连接起来的电缆5根，进排泥管各1根，注浆管1根，根据情况选用的射水管1根、通风管1根。安装时一般将电缆与其它管线分开悬挂于顶进管两侧，固定牢固。拆除时先拆掉电缆，盘于特制小车上运出管外；其它管线用固定于导轨上的专用定滑轮，在电动葫芦等牵引装置的配合下被拉出顶进管后分段拆除。
三、小口径顶管的改进建议
    通过近几年的不断完善，小口径泥水平衡顶管施工基本已达到预期效果，但还有一些须进一步完善。
    1.进排泥管上设置清堵窗口
    进排泥系统为泥水平衡顶进的关键部分，最易堵的部分为机头内的 部分，小口径机头内空间偏小，基本上不可能将管路在机头内分解为几段然后再安装好。可将机头内机内旁通前的进排泥管上各设置一个能密封的窗口，一段有较大的固体物堵塞，可通过该窗口排除。
    2.消除机头内的进排泥管的弯曲段
机头内的进排泥管因有部分段内有变径等原因导致管路非直线。要保证进排泥管畅通必须消除机头内的进排泥管的弯曲段，以便前述的疏通进排泥管的高压射流管能到达机头内。
    3.改进机头纠偏系统
    小口径顶管机的纠偏系统存在的主要问题为纠偏油缸伸缩变化量在标尺上显示变化量偏小，有时标尺旁指针甚至不动。纠偏操作只能以倾斜仪为主，参考标尺变化量，对纠偏经验要求较高。小口径的纠偏装置的结构设计可参考日本伊势机的“RSG反射诱导纠偏系统”结构进行。
    4.进一步提高传动装置的部件强度
    DPN600顶管机在17段顶管中有一段顶进遇地下建筑物碎石基础，经过努力顺利通过5米长的碎石顶进段。该机曾有一段在卵石层中顶进，导致该顶管机减速机小传动齿轮轴断裂，还有一段在卵石层中顶进，导致该机减速机传动主轴断裂。因此，该机要适应卵石层顶进，须对该机的传动部件进行强度提高的改进设计，或对其它部件如非滚刀式刀盘进行改进。
四、结束语
　　顶管施工技术在该地区深埋污水管道施工中，由于各项技术环节考虑充分、全面，各项技术、施工措施得当，管理到位，取得了成功经验，可供类似工程借鉴。
参考文献：
［1］王维升，程国亮，王俊彬。浅谈泥水平衡式机械顶管机的比较。非开挖技术，2006年第1期：49～51。
［2］彬彬泉，陈传灿。顶管施工技术。北京：人民交通出版社，2003。