市政工程泥水平衡式顶管施工常见问题及对策.docx

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市政工程泥水平衡式顶管施工常见问题及对策

作者：

未知

　　摘要：

泥水平衡式顶管施工技术在市政雨污水工程中得到广泛的应用，但施工过程中面临一系列问题，如出洞方向失控、顶力控制、扭转、地面沉降等，对这些问题加以控制或解决，可保证顶管的施工质量。

本文基于实际工程项目，结合相关施工数据和施工实践经验，对泥水平衡式顶管施工过程中的常见问题及解决对策进行论述，谨供其它地区类似工程进行参考。

　　Abstract：

Themud-waterbalancedpipejackingconstructiontechnologyhasbeenwidelyusedinmunicipalrainwaterandwastewaterprojects，butitfacesaseriesofproblemsduringtheconstructionprocess，suchasout-of-waydirectioncontrol，topforcecontrol，torsion，groundsubsidence，etc..Tocontrolorsolvetheseproblemscanguaranteetheconstructionqualityofthepipejacking.Basedontheactualproject，combinedwithrelevantconstructiondataandconstructionpracticeexperience，thispaperdiscussesthecommonproblemsandsolutionsintheprocessofmud-waterbalancedpipejackingconstruction，andisforreferenceinsimilarprojectsinotherregions.

　　关键词：

市政;雨污水;泥水平衡式;顶管施工

　　Keywords：

municipal;rainwater;mud-waterbalance;pipejacking

　　中图分类号：

TU99                    文献标识码：

A                 文章编号：

1006-4311（2019）25-0185-03

　　0 引言

　　随着城市建设的不断发展，地下市政工程不断增多，特别是地下管网工程增速更加迅速，在不影响地面设施情况下，市政工程中广泛采用非开挖式施工技术。

顶管技术把施工作业面转为地下，特别适合大中型管径的雨污水管道工程，当管道的覆土较深时，采用该施工方法可大幅度提升社会效益，减少了城市面貌的破坏。

近年来，在福建地区有多个市政雨污水项目采用了泥水平衡式顶管施工技术，这些市政雨污水项目根据其所在地的地质条件，在施工中积极采取一些有针对性的控制措施，这些控制措施对保障项目的顺利竣工提供了极大的帮助。

　　1 市政雨污水工程简概况

　　福州市轨道交通5号线一期工程浦上大道站市政雨污水顶管工程，其污水顶管横断面上布置于浦上大道与金洲南路交叉路口周边路面下，场地内主要为现状道路和绿化带等，其周边环境主要为东北侧为仓山万达广场，西北侧为正祥一品新筑（砼9F），西南侧为振源科技大厦，东南侧为和园（砼7F）。

主要工程量有：

污水顶管沉井10座，其中7m圆形工作井5座，壁厚为60cm;4m圆形接收井5座，壁厚为60cm。

污水顶管管径为？

准1000和？

准800mm，DN800钢筋砼专用顶管171.3m、DN1000钢筋砼专用顶管385.3m，管材均采用钢承口（F型接头）顶进式Ⅱ级钢筋混凝土排水管。

本工程紧临四周建筑物，沉井及顶管施工过程需作好沉降控制，减少对周边筑物的影响，同时由于顶管深度较深，对路面的隆起及下沉影响不大。

　　2 施工机械的选择及布置工作井中注意事项

　　2.1施工方案的选择

　　因车站所处地段的地上情况复杂，且地质条件不好，底层属于砂、砾地层，还伴有淤泥质土、软粘性土，水位也不高，且当地雨水也较多，地下管线繁多且地面交通疏导难，所以该工程采用明挖法施工难度大，采用暗挖法又存在巨大的施工风险，泥水平衡式顶管对地层地质的适用性较好，且在福建多个项目上广泛采用，最终决定采用顶管工法施工，该方法對周围环境影响最小，施工风险小，综合投资效果好，具有很好的社会效益与经济效益。

但顶管施工中容易产生一些问题，正确处理好问题，是保证顶管施工成功的关键。

本工程选择泥水机械平衡顶管机np1000、np800系统，此种机头具有以下特点：

在顶进过程中，这套系统可以实现遥控控制，开挖、出土、纠偏、测量都可以进行遥控操作，适合较小管道的施工;因使用泥水机械二重平衡，对地表沉降可进行有效控制，对开挖土体形成有效支护;后端设有泥浆槽，向工具头外壁连续压注触变泥浆可大大减少顶管阻力。

　　2.2布置工作井过程中的注意事项

　　在本工程中对井内轨道开展安装时，要依据相关规范对基准线精度与高程进行控制，对轨道下排架开展固定过程中，要和底板连接，使竖梁与横梁加长后，进行井壁支撑。

选用装配式后垫铁。

后垫铁基础高40cm，使用砌筑砖。

后垫铁准确安装后，采用水泥砂浆对工作井后墙和垫铁间空隙浇筑填充，以使井壁受力均衡。

后靠背（加型钢浇筑砼板）就位后，保证竖直精度，要根据顶进轴线找正，在井壁与后靠背间设置多点型钢支撑，间隙填满素混凝土并在面层加铺2cm厚的钢板作为千斤顶的后靠背方可正式顶管。

为减少顶管准备期，后靠背与沉井壁间打素砼时加早强剂。

本次顶管工程的工作井均为圆形井且圆井尺寸一致，圆形井内布置方案如下：

油缸支架安装好后，对油缸进行就并检验其平行度，然后对轴线确定，在安装后靠背，调整后靠背方向，使其距离井壁100～200mm，使后靠背的中心和轴线重合，在轴线设定好后，安装后顶和导轨，在预留洞口里设置副导轨，主导轨和副导轨的轴线及高程都要相同，副导轨可避免机头进洞后产生低头，同工作井内进行顶管方向转换工作。

转换步骤如下：

一侧顶进到位→拆除、吊出井内设备→破除后靠背砼→另一侧井壁设置后靠背墙→重新调转井内设备方向→顶管机头下放到位→顶管。

注意事项：

①在破除后靠背砼墙时采用人工风镐自上而下作业，注意保护工作井井壁免受破坏;②重新调转布置井内设备时需校正顶进轴线和提高精度;③开始顶管时需加设橡胶止水圈，防止涌水涌沙事故发生。

 　　3 市政雨污水工程泥水平衡式顶管施工中常见问题及对策

　　3.1出洞时的方向失控

　　若顶管能够顺利出洞，则代表顶管施工成功，减少出洞时附近一定范围内土体受到的扰动和控制好出洞后工具管方向，是做好顶管方向控制的基础性工序。

当工具管出洞时，洞口周围的土体遭受扰动，这会对顶管方向控制产生不利影响。

同时，出洞后的工具管方向也对管子方向的控制产生重要影响。

地下工程具有危险性与不可预见性，不同管道埋设深度也不同，且工程项目的地质条件也不同，总结以往的施工经验，提出以下控制措施。

　　3.1.1软粘性土或淤泥质土

　　当土质的承载力小时，泥水平衡式工具管易出现“叩头”现象，这主要是因为工具管的重量较大，受到重力作用后，导致顶管方向失控。

可采取如下措施，有效控制顶进方向：

为提升管子的整体性，工具管后的几节管子的接头进行连接，采用10～20螺栓纵向螺纹连接;工具管要出洞时，对其预设3′～4′向上的角;通过减少洞口土体暴露的时间，减少土体遭受的扰动作用，当工作井时下沉，预设槽钢封门，当工具管要出洞时，在拔掉槽钢;为改善洞口土体强度及性质，对土地采取注浆加固方法。

　　本工程中，开展穿墙施工作业时，对顶管外径顶部和二侧一定范围里土体进行加固，对穿墙管前方土体实施化学浆液灌浆加固，以控制顶管机头流水流泥引起地面塌陷情况的发生，使顶进不会失去方向控制。

　　3.1.2砂性土

　　因砂性土承载力大，因为而向下纠偏很困难，所以不可对工具管设置向上角度，在承载力较大的土层中，不会产生“叩头”现象。

工具管向下纠偏较困难，向上纠偏却较容易。

特别要注意，若砂性土层中的地下水位较高，若想控制好顶管出洞的方向，必须要做好出洞时的洞口止水工作。

若未做好洞口止水工作，洞外部的砂便随着流水进入井里，导致管子底部被掏空，进一步诱发管子与工具管下沉，这样顶进方向发生偏移，若此时继续进行顶进作业，会导致管子失稳甚至破裂。

　　第一，出洞过程中，首先要使墙孔具备很强的止水能力，可采取预埋穿墙管或加设一道止水圈的措施，此时，止水圈要采用充气式可更换的止水材料。

本工程中，为使顶管进出洞口时，水土不出现流失，于进出洞口设置止水装置，采用双道橡胶法兰形式止水圈，其施工安装简单且具备很好的密封性，在安装中，要保证止水圈和设计轴线同轴，以使橡胶法兰受到周围均匀压缩，起到水密效果。

　　第二，可采用高压旋喷桩、深层搅拌桩、压密注浆等形式，对洞口周体土体开展加固。

本工程中，部分顶管工作井的洞口使用了压密注浆与高压旋喷桩相结合的加固措施，施工效果很好。

　　3.1.3流塑状态的土层

　　泥水平衡式工具管属于全封闭式，在腐植土这类流塑状态的土层施工时，刚出洞时，会产生前几节管子和掘进机后退的情况。

管子后退后，若土体类型较单一，前面土体会出现不规则坍塌现象，土体会沿着滑裂面坍下，掘进机继续推进后，便产生顶进方向失控。

　　为有效处理这类问题，可在洞口两侧设置手拉葫芦，收回主顶油缸之前，借助手拉葫芦拉住掘进机或后一节管子，此外，也可在回收主顶油缸前，使用柱子将管子抵住。

　　3.2地面沉降

　　3.2.1渗透系数较小的土层

　　在粘性土、淤泥质土等渗透系数较小的土层中采用泥水平衡式顶管施工技术时，很容易对地面沉降进行控制，但要充分考虑管壁触变泥浆导致的地面沉降作用。

管壁触变泥浆套具备减阻的功能，当管道进行纠偏时，管道外周附着一层粘土，泥浆还可随顶进及时的填充外周空隙，这些孔隙是导致起地面沉降的主要原因。

越厚的泥浆套具有越好的减阻作用，但若其太厚，将不利于地面沉降的控制。

所以泥浆套的厚度要适宜，理想的状态是正好对管壁外周空隙进行填充，并呈现连续状态。

　　所以为减少地面沉降，要提升泥浆套填充空隙，可采取如下措施：

压浆方式使用机头同步注浆，辅助机后砼管补浆操作;顶进施工中，根据地下水位、地面变形等情况对压浆量与压力进行调整，注浆压力通常控制在2.5γ×H（H是管顶履土厚度;γ是土层容重）;为使浆液呈现环状，要对压浆孔进行科学布置，通常每个注浆断面间隔6m，且，每个注浆断面设置4口注浆孔;触变泥浆要科学配置，其失水量小于14ml/30min，粘滯度控制在20～30s，比重约1.10，稳定性好;当贯通顶管，要及时借助补浆孔开展换浆固化操作，其换浆量稍大于触变泥浆量。

　　3.2.2渗透系数较大的土层

　　砂性土的渗透系数较大，内聚力较小，内部呈现松散状态，因此易受到扰动，开展泥水平衡法顶进作业时，因土体自承时间短，易产生地面沉降。

本工程中，局部井段管线位置的地下土层为砂性土，通过借鉴以往施工经验及类似工程经验，项目部采取如下措施，成功的对地面沉降进行控制，最大沉降仅4mm，具体措施如下：

对刀盘的压力要适当加大，通过前伸刀盘使前端的被动土压力变大;使刀头和刀盘间的空隙减小，为防止前端机头正面土体产生坍塌，对排泥量进行控制，并对主顶油缸的顶进速度进行调整;为保持管道顶进需切除土体量和排泥量的动态平衡，要全程绘制二者关系图，并准确及时的进行预测;提高泥水的参数指标，包括稠度、含泥量、相对密度、浓度，这样在较短的时间内，在挖掘面内形成泥膜，通过泥水压力的作用，可控制挖掘面的失稳现象，为使泥水具备一定的稳定性，可在泥浆内加入适当的增粘剂CMC和膨润土;分二步开展纠偏，首先调整机头方向，处于水平状态后要对工具管上爬趋势控制