機(jī)械頂管工藝在市政污水處理工程中的應(yīng)用

摘要：擬建南寧市江北片污水管網(wǎng)高新區(qū)污水管工程部分路段采用機(jī)械頂管（泥水平衡頂管）處理，其具有距離短、深度淺、工期緊、難度大等特點(diǎn)，于此，文章根據(jù)既往施工經(jīng)驗(yàn)決定使用偏心破碎泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)，結(jié)合注漿減磨技術(shù)、管口對接技術(shù)、頂進(jìn)控制技術(shù)、應(yīng)急技術(shù)措施等，以保障機(jī)械頂管施工安全、進(jìn)度和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)械頂管；市政工程；污水處理

中圖分類號(hào)：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0064-02

擬建南寧市江北片污水管網(wǎng)高新區(qū)（豐達(dá)路、高新東三路、科園東十一路等）污水管工程，管線總長度為11941米。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙污水管道工程地質(zhì)勘察報(bào)告得知：頂管穿越土層主要有紅粘土、紅粘土，施工前觀察施工現(xiàn)場的地形地貌、周圍建筑物和地下管線分布位置等特點(diǎn)，結(jié)合工程范圍內(nèi)的水文地質(zhì)條件，決定采用機(jī)械頂管（泥水平衡頂管）處理部分路段。

1 機(jī)械頂管基本原理和技術(shù)特點(diǎn)

機(jī)械頂管指利用主頂油缸和中繼間頂進(jìn)力，把工具管或者掘進(jìn)機(jī)從工作坑直穿土層頂進(jìn)到接收坑后吊起，然后將管道埋設(shè)于兩個(gè)工作坑之間的施工技術(shù)，主要包括氣壓、土壓和泥水平衡三種工法。泥水平衡頂管指利用水力、機(jī)械力等外力切削泥土后輸送棄土，并利用泥水壓力抵消地下水壓力、土壓力的機(jī)械頂管技術(shù)，其基本原理是：儲(chǔ)存一定壓力的泥水于泥水倉中，使挖掘面表層形成一層不透水的泥膜，以阻止泥水向挖掘面滲透并保證挖掘面整體穩(wěn)定；同時(shí)，依靠泥水本身壓力以平衡地下水壓力和土壓力。由此，結(jié)合本工程實(shí)例，將機(jī)械頂管施工技術(shù)的主要特點(diǎn)表述如下：一是施工區(qū)域狹窄，機(jī)頭調(diào)運(yùn)空間小、次數(shù)多；二是頂管區(qū)域覆土淺、車流大，因動(dòng)何載持續(xù)、變化不斷易造成各種工程事故；三是施工深度淺、工期緊、難度大以及地下土質(zhì)差，須確保文明施工、安全施工和交通安全；四是機(jī)械設(shè)備重量大且用電量多，須注意支護(hù)安全及電器設(shè)備的運(yùn)行安全等。

2 頂管掘進(jìn)機(jī)選型

本工程因施工安全、質(zhì)量、工期等方面要求高，結(jié)合既往施工經(jīng)驗(yàn)和成功技術(shù)，決策采用NPD-B1000、NPD-B800、NPD-B500型偏心破碎泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)，其主要特點(diǎn)如下：（1）適用砂土、卵石土、粘質(zhì)土、軟巖等多種土質(zhì)條件，滿足本工程機(jī)械頂管的施工需求；（2）頂管機(jī)、泥水循環(huán)系統(tǒng)、泥水分離系統(tǒng)與主千斤頂成套配置，不僅可以組成操作靈活、密封性好的分離系統(tǒng)，而且能節(jié)省安裝空間；（3）采用地面遙控操作系統(tǒng)，可在控制臺(tái)上進(jìn)行方向控制與施工監(jiān)測。

2.1 注漿減磨技術(shù)

機(jī)械頂管過程中的摩阻力主要由工具管切土正壓力、管壁摩擦阻力及工具管氣水壓力等組成，本工程使用注漿減磨技術(shù)進(jìn)行頂力控制和阻力降低，其基本原理是：于管壁與土壁的縫隙間注入觸變泥漿，不僅減少管壁與土壁之間的摩擦力使頂進(jìn)力增大，而且形成泥漿潤滑套以防止崩塌事故。觸變泥漿由膨潤土、堿、水等成分配制，特殊要求下可適當(dāng)摻入石灰膏、緩凝劑和塑化劑等外加劑，使觸變泥漿固結(jié)增強(qiáng)并在輸送和灌注過程中具有良好的流動(dòng)性和可泵性。觸變泥漿使用注意事項(xiàng)如下：其一是注漿孔的布置根據(jù)管道直徑大小確定，每個(gè)斷面宜設(shè)置3個(gè)左右注漿孔；其二是灌漿壓力必須按實(shí)際情況調(diào)整，并按灌漿孔前后順序依次進(jìn)行灌漿；其三是當(dāng)灌漿過程中出現(xiàn)接頭滲漏、管路堵塞、機(jī)械故障等問題時(shí)，處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)。

2.2 管口對接技術(shù)

管口對接技術(shù)指泥水平衡機(jī)械頂管施工過程中遇到轉(zhuǎn)彎時(shí)的施工工藝。實(shí)際施工中，首先是注意管節(jié)的選用和按照有關(guān)規(guī)范現(xiàn)場檢查驗(yàn)收管材，如發(fā)現(xiàn)不合格品堅(jiān)決予以退回處理，為管口對接質(zhì)量提供材料保障；并在管材運(yùn)送、擱置、起吊等移動(dòng)過程中，使用專用護(hù)具以防止管接口受壓變形。其次，管口對接前檢查管節(jié)接頭尺寸、橡膠圈、襯墊板等部位，確認(rèn)其外觀和質(zhì)地是否合格。最后，在接口處涂抹薄層硅油等對橡膠無侵蝕性的潤滑性材料，均勻加力以保證與上節(jié)管的鋼套環(huán)同軸度，并且保證橡膠圈不反轉(zhuǎn)、不移位、不露出；頂管結(jié)束后，在管口處抹成一個(gè)光滑的漸變面并于管內(nèi)間隙處填充彈性密封膏。承上，管口頂進(jìn)過程中，必須隨時(shí)注意和觀察管材余量情況，如果發(fā)生供應(yīng)不及時(shí)、不到位現(xiàn)象，則易使周圍土體固結(jié)而摩阻力增大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)軸線偏差和機(jī)頭沉降問題。

2.3 頂進(jìn)控制技術(shù)

頂進(jìn)控制技術(shù)指對頂進(jìn)過程中軸線偏差、精度、坡度和方向等方面進(jìn)行的技術(shù)控制。本工程測量技術(shù)要求為：中心控制精度達(dá)到1/70000或者符合工程測量四等三角網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)要求；高程控制精度符合國家三等水準(zhǔn)測量的相關(guān)技術(shù)要求。

承上，頂進(jìn)控制的主要步驟如下（注：水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀經(jīng)校核合格后方可使用并須定期校核）：（1）測量定線：依據(jù)工程項(xiàng)目部提供的交樁導(dǎo)線點(diǎn)和線位，確定并放出施工中心線、工作坑中心線和接收井中心位置，高程控制必須設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)以滿足精度要求；（2）復(fù)核定線：復(fù)核測量圖紙是否符合設(shè)計(jì)圖紙，若復(fù)測偏差值符合相關(guān)規(guī)范要求，方可將成果及定線成果圖報(bào)監(jiān)理審批；（3）復(fù)核水準(zhǔn)點(diǎn)：每次進(jìn)行測量時(shí)，對臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行閉合測量，若閉合差復(fù)測合格，及時(shí)報(bào)監(jiān)理審批；若閉合差復(fù)測不合格（大于±12K1/2），則不得使用；（4）控制管道中心：中心復(fù)測合格后，設(shè)置中心控制樁并做明顯標(biāo)志（例如砌磚保護(hù)等）；（5）控制管道高程：水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測合格后，在工作坑內(nèi)設(shè)置不少于2個(gè)的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，供施工過程中使用，另外，其測量結(jié)果須進(jìn)行閉合效核后方可使用；（6）復(fù)測頂管中心、高程：頂管施工過程中，須定期復(fù)測井內(nèi)中心線和標(biāo)高樁，以防止頂管反作用力下井中心發(fā)生偏移。

最后，頂進(jìn)過程中的方向控制指操作機(jī)頭糾偏，始終保證激光點(diǎn)在二號(hào)光耙的中心，即方向控制步驟與要點(diǎn)如下：第一是嚴(yán)格的放樣復(fù)核，做好原始記錄。頂進(jìn)前必須遵守嚴(yán)格的放樣復(fù)測，堅(jiān)持施工組測量員→項(xiàng)目管理部→監(jiān)理工程師的三級(jí)復(fù)測程序，確保測量準(zhǔn)確性和精度標(biāo)準(zhǔn)；第二是及時(shí)調(diào)整并定時(shí)復(fù)測布設(shè)于工作井后方的儀座，以必須避免頂進(jìn)時(shí)其發(fā)生移動(dòng)、變形、跑偏情形；第三是頂進(jìn)糾偏控制必須遵循“勤測量、多微調(diào)、勤糾偏”的原則，合理設(shè)置偏差警戒線，使糾偏角度始終位于10′～20′之間；第四是初始推進(jìn)階段方向主要由主頂油缸控制，應(yīng)控制主頂推進(jìn)速度保證質(zhì)量，而且要不斷調(diào)整油缸編組和機(jī)頭以滿足糾偏標(biāo)準(zhǔn)；并不斷測量工具管的高程轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使管道按照設(shè)計(jì)高程和要求方向頂進(jìn)，及時(shí)根據(jù)測量結(jié)果而調(diào)整糾偏千斤頂，使機(jī)頭改變方向按設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)頂進(jìn)方向的控制；第五是頂進(jìn)施工前，應(yīng)提前制定坡度計(jì)劃，事先計(jì)算每一米、每節(jié)管的標(biāo)高位置，預(yù)測頂進(jìn)過程中的故障問題并制定解決方案，以保證符合設(shè)計(jì)坡度要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。另外，因本工程采用激光定位，則須保證激光束中心、高程校核準(zhǔn)確性；而且部分頂管段因穿越道路可能導(dǎo)致路面沉降，因此必須在附路管道中心線和兩側(cè)位置設(shè)沉降觀測點(diǎn)并定期觀測，以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取相關(guān)應(yīng)急處理措施。

2.4 應(yīng)急技術(shù)措施

應(yīng)急技術(shù)措施指泥水平衡機(jī)械頂管施工中遇到不同地質(zhì)情況或者其他特殊情況時(shí)的技術(shù)處理，主要有下述四種情況，第一是發(fā)生土質(zhì)突然變硬情形時(shí)，須通過掘進(jìn)機(jī)上的加泥孔向土倉內(nèi)加入水或泥漿；第二是發(fā)生土質(zhì)突然變軟的情形時(shí)，須連接把前三節(jié)管子和工具頭，使其組成統(tǒng)一整體以增加剛性，避免機(jī)頭因土質(zhì)變軟發(fā)生突然沉陷故障；第三是頂管施工過程中，一旦發(fā)生異常的偏差或糾偏失效，首先必須在允許偏差標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)立即停止施工，然后在如實(shí)匯報(bào)情況后分析原因、找出對策、解決故障，方可繼續(xù)頂進(jìn)而不可采取盲目行動(dòng)；第四是頂管施工過程中，一旦出現(xiàn)管頂?shù)淄脸休d力過低或者為松散土層時(shí)，必須對管頂和管底部位進(jìn)行灌漿

處理。

3 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械頂管工藝首先必須考慮具體的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，結(jié)合機(jī)械頂管工藝的原理和特點(diǎn)，選取合理的頂管掘進(jìn)機(jī)選型；其次應(yīng)在頂進(jìn)過程中利用注漿減磨技術(shù)、管口對接技術(shù)、頂進(jìn)控制技術(shù)等保障機(jī)械頂管施工安全、進(jìn)度和質(zhì)量；最后當(dāng)發(fā)生不同地質(zhì)情況或者特殊情況等則可使用應(yīng)急技術(shù)措施予以適當(dāng)處理。

參考文獻(xiàn)

[1] 程新濤，王剛.頂管技術(shù)在污水處理工程中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2008，17（8）.

[2] 王剛，趙建糧，袁海英.污水治理工程中的頂管支護(hù)施工[J].巖土工程界，7（11）.

[3] 顏純文.非開挖鋪設(shè)地下管線工程技術(shù)[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版，2008.

作者簡介：陳蓮（1977—），女，廣西壯族自治區(qū)冶金建設(shè)公司工程師，研究方向：市政工程。