广东中誉设计院有限公司 广东清远 410006
摘要：随着我国城市规模的不断扩大，城市基础建设飞速发展，市政排水管网作为城市的“肠道”，建设质量要求越来越高，这对排水管网的设计和施工也提出了新的要求。其中排水顶管技术是管道建设中相对复杂但非常有效的施工方式，可减少对社会交通和对现状地面构造物的影响，这在排水管网建设当中应用越来越广泛。
关键词：土压平衡顶管 淤泥质土 多刀盘 应用
顶管施工最突出的问题就是适应性问题以及顶管过程中的质量控制问题。针对不同的地质情况、施工条件和设计要求，选用与之适应的顶管施工方式。如何正确地选择顶管机和配套辅助设备，对于顶管施工来说将是非常关键的。本文主要针对淤泥质土中顶管设备的选用、顶管过程的质量控制等进行了分析研究，以及在某工程中的实践应用进行了举例分析。
（一）淤泥质土
淤泥质土，指天然含水率大于液限、天然孔隙比在1.0~1.5之间的粘性土。根据土中有机质含量的多少，也可将土划分为无机土、有机土、泥炭，泥炭质土。有机土有机质含量为：5%＜Wu≤10%；泥炭质土有机质含量为：10%＜Wu≤60%。土的颜色多呈灰色或黑灰色，光润油滑且有腐烂植物的气味，多呈软塑或半流塑状态。其天然含水量很大，一般都大于30%，饱和度一般大于90%，液限一般在35-60%之间，软土的天然重度较小，约在15-19KN/m3之间。孔隙比都大于1而小于1.5。因其天然含水量高、孔隙比大，就带来了淤泥质土地基变形大，强度低的特点。
（二）顶管设备选择
顶管技术目前根据平衡理论主要分气压平衡顶管、土压平衡顶管和泥水平衡顶管三种，分别采用气体压力、舱内土压力和舱内泥水压力来平衡开挖土层的水土压力。三种顶管技术对比分析如下表：
从上表可以看出，三种顶管技术均适用于软土（淤泥质土属于软土的一种）。但气压平衡顶管速度慢，且由于人员的身体素质要求高，而泥水平衡顶管设备庞大、复杂，需在地面设置泥水处理装置，如果非长距离顶管，则不太经济，且如果遇到障碍物的处理较困难。而土压平衡顶管无论从顶管距离、顶管速度和操作方面均具有一定优势。因此土压平衡顶管技术相对另外两种顶管技术适应性更强，在软土中顶管也更具优势。
下图为土压平衡顶管系统图：
图1 土压平衡顶管系统图
土压平衡顶管机的顶进装置主要有刀盘，刀具，支撑及传动系统组成。根据所载刀盘数量分为单刀盘土压平衡顶管和多刀盘土压平衡顶管。
其中单刀盘土压平衡顶管机适用的土质范围广，除岩石外的其他类土质均适用，且不需采用其他辅助手段；施工后地面沉降小，弃土的处理比较简单；且可在复土层仅为管外径0.8倍的浅土层中施工；有完善的土体改良系统和具有良好的土体改良功能；开口率达100％，土压力更切合实际。
多刀盘土压平衡顶管机把通常的全断面切削刀盘改成四个独立的切削搅拌刀盘，所以它尤其适用于软粘土层中顶管施工。如果在泥土仓中注入些粘土，它也能用于砂层中顶管施工。与单刀盘土压平衡掘进机相比，多刀盘顶管机具有价格低廉、结构紧凑、操作容易、维修方便和质量轻等特点。另外，它排出的土可以是含水量很少的干土或含水量较多的泥浆。
所以软土和淤泥质土当中，通常选用多刀盘土压平衡顶管机。
（三）多刀盘土压平衡顶管机工作原理
在多刀盘土压平衡顶管机顶进之前，根据土质条件和覆土深度，计算出一个控制土压力P。顶进过程中，当泥土仓内的土压力＞P时，让螺旋输送机排土；当泥土仓内的土压力＜P时，让螺旋输送机停止排土。当顶管机推进速度与螺旋输送机的排土量相匹配时，就可做到连续排土。同时也可以把泥土仓内的土压力控制在P±20kPa范围以内。
（四）广东肇庆某县级市DN1000~DN2000截污干管网工程
本工程为XX大道截污管网工程，起点为XX路口，终点到XX，全长4.6公里，截污管道沿道路边辅道外侧铺设，对已有排水管道截流汇集后排入下游污水主干管。
一、地质概况：
场地原始地貌单元为冲洪积平原，目前为XX大道，拟建排水管道位于XX大道范围内，勘察期间孔口标高9.44～12.01m。
根据现场钻探、岩性鉴定，结合室内土工试验及现场标准贯入试验成果，钻探深度内场地地层可划分为人工填土层及第四系冲洪积层，各土层的主要特征于场地内的空间分布情况如下：
素填土（①）：棕红、棕黄、黄、黄灰色，稍密，主要成分为砂质粘性土、粘性土、砂质等，土质总体较均匀。该层于场地沿线均有分布，顶板埋深0.00～0.00m，顶板标高9.44～12.01m，层厚1.40～5.20m。标准贯入试验13次，锤击数7～10击，平均8.1击。
淤泥质土（②）：灰、灰黑色，流塑，粉砂含量一般为10%～15%，含有机质，具腐臭味。该层于ZK2～ZK11、ZK17～ZK24、ZK26～ZK29孔分布，顶板埋深1.40~5.20m，顶板标高8.04~6.81m，层厚3.60~6.20m。标准贯入试验34次，实测锤击数2～4击，平均3.2击。
粉砂（③）：灰、灰黑色，饱和，松散，粘粒含量10%～15%，含少量有机质。该层于场地沿线均有分布，顶板埋深5.0～11.40m，顶板标高5.3～0.44m，揭露厚度3.30~10.50m。标准贯入试验52次，实测锤击数4～9击，平均7.4击。
二、管材及接口
结合管道的埋设深度及地质情况，经管道结构计算，本工程顶管施工的d1000-d2000管均采用钢承口式钢筋混凝土顶管管材。钢承口管一般采用双胶圈接口，即L型（齿型）氯丁橡胶圈加半圆形氯丁橡胶圈接口。
三、施工方法及注意事项
1、管道顶进
（1）采用土压平衡顶管机，触变泥浆减阻。
（2）土压平衡式顶管在掘进过程中，应结合每一施工部位的土质情况，通过现场试验添加土体改良剂，以改善土体的流塑性，防止水体迁移和掘进面失稳。
（3）土压平衡顶管中土压力的管理和排土量的控制是控制地表沉降的关键，土压力管理值（即设定土压力）应根据施工部位的土质状况、地下水位、管道埋深等因素初步确定，并根据施工情况和地表沉降的实测结果，随时进行调整。应严格控制顶进速度与排土量，严格禁止超挖顶进，要随出土随顶进，切实保证顶管施工安全和两侧建筑物及地下管线安全。
（4）每一施工段管道顶进完成后，应立即采用水泥浆等易于固结、稳定性较好的浆液将润滑泥浆置换出来，以确保管道外围土体有足够的支撑能力和减少渗漏水。
（5）拆除注浆管路后，应及时将管道上的注浆孔封堵严密。
（6）由于顶管沿线距离两侧建筑物及现状管线较近，施工前应对现场施工场地及现状管线情况进行仔细勘察与探测，核实无误后方可开工，必要时应进行刨验。
（7）在顶管顶进施工中，应采取24h连续施工，使管道处于动态平衡之中。顶管施工前应对保证两侧建筑物与管线的安全做好安全施工预案。
（8）当设备顶力达到允许最大顶力或顶管工作坑后背墙允许最大顶力的55%（二者取较小值）时，应加设第一个顶管中继间并启用，后续中继间可在设备顶力达到允许最大顶力或顶管工作坑后背墙允许最大顶力的65%（二者取较小值）时设置并启用。
（9）顶管施工前应委托具有监测资质的单位对顶管沿线两侧建筑物、主要地下管线实施监测，并根据监测结果及时调整顶管施工参数、及时对管线两侧建筑物和地下管线采取可靠的保护措施，做到安全施工。
（10）施工单位应根据提供的土质报告，对场地土质状况进行补充钻探，以便能更加详细和全面了解本场地内土质状况，确保工程施工安全和两侧建筑物、地下管线的安全与工程的顺利实施。
（11）土压平衡式顶管应做好出土的回用及外运，减少对周边环境的污染。
论文作者:彭常武
论文发表刊物:《基层建设》2018年第16期
论文发表时间:2018/7/18
标签：顶管论文; 土质论文; 淤泥论文; 顶板论文; 压力论文; 管线论文; 管道论文; 《基层建设》2018年第16期论文;