佛山燃气集团股份有限公司禅城燃气分公司 广东佛山 528000
摘要：燃气工程顶管施工技术经济性与适用性都较为突出，经过实践中的不断探索和改进，燃气工程顶管施工无论在技术上、顶管设备还是施工工艺上都愈加成熟和完善。本文以某工程为例对泥水平衡顶管施工中所遇到的一些技术问题，以及针对这些问题所采取的相关技术措施进行了分析和总结，并力图有所创新，以利于顶管施工技术在今后不同施工环境下的灵活运用和推广。
关键词：燃气施工；泥水平衡；技术
1 引言
顶管施工属于非开挖技术，不仅可以减少施工中的拆迁工作还可以保证作业面上的建筑与路面正常的使用，所以顶管技术被广泛地运用到工程实际中。文章主要围绕泥水平衡顶管施工的关键技术展开讨论，以期能为类似工程提供一定的参考。
2 泥水平衡顶管施工中关键技术控制要点
（1）顶进设备安装
第一，安装洞口止水圈。顶管过程中，管子从工作井出洞时，管道外壁与洞口之间预留一定的间隙。多数工程采用平板式橡胶洞口止水圈，为保证止水效果，止水圈使用优质天然橡胶制作，厚度20mm，拉伸量>300%，肖式硬度在50±5°范围以内，为防止水圈磨损，在橡胶板中夹多层尼龙帘线层，以增加止水圈的强度。第二，洞口土体加固措施。为防止顶管机进入土体后出现下沉，须对洞口外土体进行旋喷桩加固。加固范围为沿井洞口侧外壁，从管外壁至3.0m内的土体。
（2）顶进过程中的减摩措施
泥水平衡顶管的顶进阻力主要由顶管机的迎面阻力、顶管机和管道外壁与土体的摩擦阻力两部分组成，其中摩擦阻力是顶进中的主要阻力，其随着顶进进程的增加而增加，而减摩的最直接有效方法就是加入膨润土泥浆，让管道外壁和砂土层之间形成一圈环状润滑带，从而达到降低顶进阻力的目的。
（3）顶进方向控制
由于钢管柔性不足，发生偏差后纠正困难，因此紧随掘进机后设置三只承插连接短钢管。钢管长度2.2m，管节间设置带密封圈的承插口进行连接，两节钢管间可以产生最大约20的夹角，以克服钢管顶进方向不易控制的缺点。由长距离顶管自动测量导向系统为顶管施工测量导向，操作台上实时显示有高精度的顶管机偏差和姿态数据。在推进过程中，必须注意偏差发展的趋势。纠偏的原则是：务必让偏差保持在较小的波动范围内，并且做到勤测勤纠，小幅度纠和看趋势纠。严格控制纠偏角度，严禁大角度纠偏。不间断分析管道顶进中偏移轨迹的变化，确定合理的纠偏幅度。导向系统设有历史轨迹曲线查询和实时轨迹曲线显示，可直观地分析判断顶管机的偏差趋势。严密监视顶管机高精度倾斜仪的读数变化，分析判断机头轨迹发展变化。倾斜仪读数是采取高程纠偏措施的主要依据，同时也是评估纠偏效果的重要数据。顶管机纠偏油缸的油路上，设有压力监控装置，通过分析监控装置的数据来分析顶进中的不平衡外力的状况，预测顶管机的前进轨迹，为采取纠偏提供辅助参考信息。顶管机刚产生偏转时，就必须用改变刀盘的转向来校正，校正方法是顶管机向哪个方向发生偏转，刀盘就朝哪个方向转动。顶管机设有高精度倾斜仪，能精确显示顶管机0.01度的旋转角度变化，可及时判断顶管机的偏转和校正效果。
（4）顶管机尾部与水泥管的密封连接
在顶管机不断顶进的过程中，顶管机随时可能进行位置的纠正，这就会导致顶管机的尾部与混凝土管头之间的间隙也随之发生改变，而间隙越大，则越容易发生漏水问题。这就要求对顶管机尾部和水泥管的连接部位进行密封连接。在连接的过程中，要求的混凝土管头位置处缠绑2层胶圈，然后在顶管机的机尾处，通过使用密封缓冲材料进行密封固定。在初始顶进施工完成后，还可以采用丝杠固定连接部位，尽可能的缩小二者之间存在的间隙。
3 案例分析
3.1 工程概述
某工程不仅现场的拆迁难度很大，而且施工条件也有限，工程需穿越国道，穿越的实际长度为140m，穿越的土层主要为卵石层，且地下水位较低，由于被穿越道路是一条连接城区与远郊的交通要道，所以该路的车流量大，车速快，对下方土体扰动较大，因此，施工难度大，但同时工期又要求很紧。经过对该工程地质、水文条件的勘测分析，以及对所要穿越道路状况的调查和对工程工期的要求等诸多因素的综合考虑，该工程放弃了原来设计的明开施工方案而采用泥水平衡顶管的方式进行，经过与设计单位、施工单位、监理单位等反复磋商和研究，最终决定在该工程中采用破碎式泥水平衡的顶管施工方法。
3.2工程特点
（1）拟建管线穿越的道路为国道，道路横断面为四幅路行式，经安排人员调查，该路段行车高峰时车流量约为2000辆/h，车流量较大，车速较快，对下方土体扰动较大。
（2）本工程顶管轴线段无地下水，水位埋深在地表20m以下。根据以往的顶管施工经验，顶进施工过程中，循环用的泥浆有可能会被干燥土体吸收，如果这样将有可能导致浆液循环不畅，从而致使渣土无法及时排出。因此，建议施工单位合理控制顶管的顶进速度，通过调节使机头泥水仓压力在该地层主动土压力和被动土压力之间，可以有效的避免开挖面的坍塌，防止河水、地下水涌入开挖断面。
（3）地勘报告表明该工程地质条件差。工程完全处于含砂率20%~30%，砾石含量60%~70%卵石层中，且存在直径400mm~500mm的卵石，见图1。
3.3 施工中遇到的技术问题
本工程在顶管机始发入洞后，当推进速度达到30mm/min时，扭矩维持在80%左右，管道内泥浆流速为1.5m/min，每推进1m泥浆损失量为2m3~2.5m3。施工时排泥管道砾石渣土排出不连贯，泥水仓内的渣土经常堵塞排泥管道，导致顶进施工中断；并且顶管机挖掘面上方地面局部有泥浆从地缝冒出，导致泥浆损失严重，并造成环境污染，无法建立正常的泥浆循环，渣土无法顺利排出；排出的破碎后的砾石粒径均不大于20mm，小于正常二次破碎后的砾石粒径。经现场调查分析，确定原因如下：
（1）初始顶进时调制的泥浆比重设为了1.2，加入的材料为粘土、膨润土，配比为水：粘土：膨润土：=8：2：1.5，分析判断，在该比重下泥浆因无法形成有效泥膜来平衡掘进面的土压力，所以导致相当一部分泥浆渗透进掘进面土体损失掉而无法回到泥浆储存罐中。
（2）泥浆的流速较低，不足以排出正常顶进所产生的砾石渣土，导致渣土在泥水仓堆积并堵塞排泥管，泥浆因无法回到管路而从地面薄弱处冒出，刀盘扭矩也因此居高不下。
（3）排出的渣土砾石粒径偏小，说明砾石有过破碎现象，即部分砾石破碎后无法及时进入排泥管而继续在泥水仓内参与破碎，使得顶管机的部分破碎能力被浪费掉，同时还增大了刀盘扭矩，也从另一方面说明了顶管机还有进一步提高推进速度的可能。所以，正是由于泥浆的比重和管道流速等参数不适合该工程段砾石层土质，才导致泥浆在管道中无法正常循环带出渣土，从而导致了一系列问题的发生。
4 施工改善情况
（1）增大泥浆比重
需向泥浆中加入粉土或粉质粘土、膨润土，比例调节为8：2：0.1，将泥浆比重调至1.3，同时加入高分子聚合物，比例为10kg/m3，以增加浆液粘稠度，理论上可以增加泥浆的携带率，同时可以降低泥浆的渗透能力，减少泥浆在砂卵石层的渗透损失。
（2）增加管道内液体流速管道内流速是机械化泥水平衡顶管施工的一项重要参数。在穿越层砾石含量加多的顶管施工中，较低的管道流速会使泥水仓内的渣土无法及时排除，进而造成排泥管堵塞，而较高的泥浆流速固然可以更有效率的带出泥水仓的渣土砾石。
结语
顶管施工由于在地面以下进行，施工难度较大。在施工过程中，只要做好以上关键技术，就一定能解决超长大口径顶管施工技术问题。随着我国城镇化建设的加快，顶管施工作为一种优质高效的工程技术实施方案，有着广泛的用途和广阔的发展前景。
参考文献
[1]杨珍峰.浅谈泥水平衡顶管施工工艺.城市建设理论研究[D].2011.
[2]韩选江.大型地下顶管施工技术原理及应用[M].中国建筑工业出版社.2008.
[3]董四海.泥水平衡顶管下穿铁路的施工技术[J].科技向导.2015（09）：261.
论文作者:黄智,潘伟杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/12
标签：顶管论文; 泥浆论文; 泥水论文; 砾石论文; 渣土论文; 工程论文; 流速论文; 《基层建设》2017年第18期论文;