广州市市政工程机械施工有限公司
摘要：随着社会的日益进步和经济的快速发展,气压平衡顶管施工技术在工程中的应用越来越广泛。然而,在实际应用过程中应根据不同地层情况,采用不同的顶管施工方法。本文主要结合工程实例对气压平衡顶管施工新工艺进行研究。
关键词：气压平衡；顶管施工；新方法
1工程概况
本工程为河源市沿江路及东堤路污水截流工程，设计要求为：污水管道工程采用顶管施工，管材采用钢筋混凝土双筋管，管径为1.2m，全长1981m。沿江路地段多数管道位于卵石土中，地下水丰富，且土质不均匀，顶管阻力大；根据最新补充的地质勘察报告显示，场地东段（ZK68～ZK82、ZK84～ZK87钻孔地段），浅部粉土层、人工填土层均匀性差，稳定性差，且因临近新丰江，地下水位丰富，顶管开挖易产生流砂。
本工程地下情况较为复杂，顶管难度较大，因此采用能将安全、经济、进度相结合的顶管方案成为了本工程的重中之重。
2现状分析
开始，本项目部采用泥水平衡顶管施工，在施工过程中发现，机械钻头总是卡钻，施工总是“走走停停”，经分析钻头卡钻原因如表1。因而为保证工程能按期、按质、安全的完成，本工程需要研究出一种新的顶管施工方法。
从表1中可以看出，泥水平衡顶管施工中钻头总是卡钻,60%是由土层中的卵石掉进孔内导致。
3气压平衡顶管施工新方法研究
3.1主要思路
顶管施工主要应用于Ⅲ级以下土层。在顶管施工中，通常采用大吨位的顶管机直接顶入管道或边排土边顶入，为了减小阻力，第一节管的前端一般制成楔形，对于大直径的管道施工时，人可直接进入前部进行排土作业，楔形面处于上部，有利于防止地层坍塌，保护作业人员安全。排土作业时，根据土层的稳定程度，可以进行一定程度的超挖，以减小顶入阻力和加快顶管速度。对于小直径顶管，可以采用螺旋钻、水力等方法辅助排土。该方法铺管精度较难控制，特别是管道较重时问题尤为突出。
3.2顶管方案分析
提出了各种顶管方案，初步归纳为以下三种：
方案一：采用泥水平衡机械顶管施工。
方案二：采用人工顶管施工。
方案三：采用人工气压平衡顶管施工。
3.3方案的论证及最佳方案的确定
方案一：泥水平衡顶管就是采用泥水平衡顶管机进行施工，并利用顶管机泥水仓内的泥水压力来平衡顶管机所处土层中的土压力和地下水压力，同时利用排出的泥水来输送弃土的一种顶管施工工艺。通过单步或者双步作业法进行顶进，同时通过切削刀盘对机械或液压平衡的工作面进行全断面破碎，并将破碎下来的泥土通过水力的方法连续地从位于刀盘和导向头后面的破碎室或泥浆室中排至地表。
方案二：人工顶管施工工艺流程；工作井底复测→安装导轨→安装设备→安装工具头→安装管节→顶进压紧→人工管内挖掘→出渣→顶进压紧→重复挖掘顶进。
方案三：气压平衡式顶管的工作原理是，通过作用于临时掘进工作面上的气体压力（这里的气体压力一般根据工具管底部的地下水压力来确定）来阻止地下水。在整个掘进工作面的高度范围内，作用的气体压力是相等的，但地下水的压力是有梯度的，因此在工具管的顶部就形成一个超过平衡压力的气体压力区。在这一压力作用下，地层空隙中的水被挤出，地层也从原来的饱和状态过渡到半饱和状态，从而起到平衡挖掘面的作用。
通过综合评价，最终决定采用气压平衡增加解决水压问题，采用气压仓+人穿着气压服，解决开挖的问题，采用人工开挖。
4提高气压平衡顶管施工的对策
4.1编制详细的施工方案
相对于较传统的土压平衡顶管施工及泥水平衡顶管施工工艺，气压平衡顶管施工这一施工工艺在市政领域属新工艺，这些对施工方案的编写及力学计算书都增加了一定的难度。在顶管施工前，需要仔细研究气压平衡顶管机的施工方法、各种操作方法及某些特殊情况处理方法，认真分析了整个顶管系统的运行模式，最终编写出了严谨细致的施工方案。
4.2对施工方案进行技术交底工作
在顶管施工之前，项目部进行气压平衡顶管施工技术交底，参加会议的人员包括施工员、质检员、安全员、测量员、顶管施工班组成员。对方案中顶管机械的安装及拆除方法进行讲解，将重点要注意的安全事项进行交底和原因分析，使得每个参会的管理人员和操作人员都对新方案的实施引起高度重视。
4.3对顶管的施工全过程进行监控
（1）项目部设专职测量员负责全过程的测量工作，按照测量、纠偏的原则认真操作，顶进过程中随时绘制顶进曲线，采用同种规格油压千斤顶，保持顶力与管道中心线重合。加强施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。
（2）钢筋混凝土管材选用C50及以上高标号钢筋混凝土F管材，顶管接口采用与F管相配套的橡胶圈钢套环企口，为了在顶进过程中减小摩阻，每根管材设置注浆孔，在顶进过程中加触变泥浆进行减阻。
注浆操作人员应注意：工具管后注浆应随顶随注，先注后顶。控制好注浆压力及注浆量，该顶段注浆压力不大于0.6Mpa，注浆量为0.6立方米/米。为防止浆液进入工具管前方挖掘面，宜在距工具管后的第3节管节设置注浆孔，并连续设置2－3节注浆管。以后每节再设置一根注浆管。为减少浆液的流失，在管节的表面涂刷“石蜡”以减少浆液失水性。
（3）顶管掘进主要采用人工挖掘出土，施工中应做好管内的通风工作，确保人身安全。工作面挖土操作的主要点为：一般采取先顶后挖的原则，以保证不超挖，在遇到大的石块或者偏差较大必须采取挖土纠偏时才能向前超挖。
当遇到含水量较大或流砂现象的地层时，为保持掘进面的稳定，防止出现坍塌，而引起地面的塌陷，应立即起用气压平衡装置。
首先，关闭顶管机第一道压气舱门，使工作舱与大气隔绝。在工作舱完全密封的情况下，向工作舱输入压缩空气，气体的压力一般要高出地下水压力0.01MPa,以阻止地下水涌入工作舱，达到平衡掘进面的目的。第二步，作业人员进入物料舱，关闭第二道舱门，也向该舱输入与工作舱同等压力的压缩空气，然后打开第一道舱门，作业人员开始掘进作业。第三步，当物料舱装满后，停止掘进，关闭第一道舱门，打开第二道舱门，装土、运输。如此反复循环作业。为保证作业人员的安全，必须保证最大工作气压限制在0.36Mpa的人体能承受的安全气压。
（4）接收井托架的作用是将顶进接收井洞口的工具管托住，工具管在托架上仅推行4-5m，出洞约0.5m，因此该托架无须滚轮结构，用两根32#槽钢，按一定的宽度、接收井的总长度、顶管机出洞口的标高（略低3-5cm），与两侧的洞口密封环在下部、左右两侧固定牢固。
顶管机在距进洞口25—30m时，应进行最后的复测。主要目的是：最后确定顶管机与设计轴线及进洞洞口的相对位置，如果此时的偏差不大，可以进行进一步调整、纠偏，同时也为竣工复测积累资料。
（5）拆除洞口封门的时间，一是要等到洞口的加固土体达到强度。二是要待顶管机抵近洞口后，距离为0.5m时进行。
顶管机进洞吊运：工具管破洞进入洞口后，为减少土体的扰动时间，可以加快顶速，接收井派专人观察及时与工作井顶进人员联系，防止将管道多顶进接收井，一般管道进井约1.0m即可,然后将顶管机与管道分离，确认完全将顶管机与管道分离后，用吊车轻轻起吊晃动顶管机头，使顶管机与管道脱开，此时必须再次检查分离情况，确认后将顶管机吊出井外，运往维修场地。
5结束语
综上所述，本文结合河源市沿江路及东堤路污水截流工程对气压平衡顶管施工新方法进行研究，按严谨细致的施工方案实施，施工过程进行严密监控，提高了管道顶进进度，降低了管道顶进过程中事故的发生率，也提高一定的经济效益，有效降低施工成本。
论文作者:黄耀唐
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/23
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