泥水平衡式頂管施工技術(shù)在電力改造工程中的應(yīng)用

周毅

摘要：泥水平衡式頂管施工技術(shù)具有綜合造價(jià)低、施工安全性好、交通影響小和環(huán)境影響小等優(yōu)勢，比較適用于工程地質(zhì)土層較硬和工期緊迫及地下水位較高的工程中。文章從施工原理和施工種類上介紹了泥水平衡式曲線頂管施工的原理及分類;進(jìn)一步分析了泥水平衡式曲線頂管施工技術(shù)在電力改造工程中的設(shè)計(jì)與技術(shù)控制;討論了泥水平衡式曲線頂管施工技術(shù)在電力改造工程中的安全技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：泥水平衡式;沉降控制;電力改造;安全質(zhì)量措施

0引言

非開挖工程技術(shù)的一個(gè)重要分支就是頂管施工工作，在當(dāng)代城市化建設(shè)中因其優(yōu)勢越來越受到廣大工程界人員及民眾的青睞，如綜合造價(jià)低、施工安全性好、交通影響小和環(huán)境影響小等優(yōu)勢。泥水平衡式曲線頂管施工技術(shù)是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的一個(gè)重要手段，隨著近幾年相關(guān)工程機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，曲線頂管施工技術(shù)正日益完善，將其應(yīng)用到復(fù)雜地質(zhì)下的電力改造工程中正在逐漸走向成熟[1]。

1泥水平衡式頂管施工的原理及分類

1.1施工原理

主頂油泵是頂管施工方法的主要設(shè)備，主要推動(dòng)工具管或者挖進(jìn)機(jī)穿過涂層，然后進(jìn)入接收井;在兩個(gè)井的管線土層連接和埋設(shè)地下管道。要先完成頂管工作井與接受井的施工，再進(jìn)行頂管施工項(xiàng)目，在頂管機(jī)頭進(jìn)入土層之前需要先安裝好頂進(jìn)設(shè)備與控制機(jī)臺，隨后在管線土層中頂入混凝土管節(jié)，在機(jī)頭被頂進(jìn)接受井后，就完成了混凝土管道的鋪設(shè)。

1.2施工分類

有多種分類方法來對頂管施工進(jìn)行分類，可以根據(jù)頂管施工的某一特征，在結(jié)合不同的角度來進(jìn)行劃分，這樣有利于區(qū)分頂管施工和方便工程人員的認(rèn)識。對頂管施工的分類和歸納是十分重要的，它們在分類方法上還存在著局限性，通常頂管的劃分會(huì)按照頂管施工可按管材、頂進(jìn)軌跡、頂管作業(yè)形式等。

1.3施工基本工作原理

利用泥水壓力來平衡地下水和土層的壓力就是泥水平衡頂管施工技術(shù)，其進(jìn)出泥漿的量來實(shí)現(xiàn)主要是通過泥漿泵來進(jìn)行控制的。在機(jī)械式頂管機(jī)頭切削刀盤的后方設(shè)置一道切削刀盤與封閉隔板之間的空間的封閉隔板（泥水艙）就是泥水平衡頂管施工的原理[2]。頂進(jìn)施工的基礎(chǔ)是泥水的密度，而泥水的密度需要根據(jù)不同的地質(zhì)條件將水和粘土加入外加劑進(jìn)行配置。如圖1所示為泥水平衡頂管施工工作原理，泥水需要先充滿泥水艙，在進(jìn)入泥水艙之前需要先將泥水送入送入送泥管道，進(jìn)而泥水在頂進(jìn)作業(yè)面上形成一道不透水的泥皮膜，泥水具有一定的壓力，可以有效地阻止該泥水向挖掘面滲透。切削下來的塊石砂土?xí)S著頂管機(jī)頭切削刀盤不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)頂進(jìn)進(jìn)入泥水艙，富含切削砂石的高濃度泥漿會(huì)在泥水艙的攪拌下隨排泥管輸送到泥水分離系統(tǒng)，被切削下來的砂石經(jīng)泥水分離系統(tǒng)的處理被分離后排出，泥水在經(jīng)過過濾處理后被壓入送泥管道進(jìn)行重復(fù)利用。

其中A表示頂管機(jī)頭切削刀盤;B表示泥水艙;C表示送泥管;D表示排泥管;E表示電動(dòng)機(jī);F表示攪拌器;G表示隔板;H表示千斤頂

2泥水平衡式曲線頂管施工技術(shù)在電力改造工程中的設(shè)計(jì)與技術(shù)控制

2.1頂管掘進(jìn)機(jī)選型

頂管機(jī)頭設(shè)備的選擇非常重要，它決定著工程頂管是否可以成功。頂管施工技術(shù)具有特殊性和多樣性，在具體電力改造工程中應(yīng)用時(shí)要與實(shí)際情理相結(jié)合，選擇合適的機(jī)型。在選擇頂管機(jī)時(shí)要綜合考慮多種因素，如工程地質(zhì)情況、環(huán)境保護(hù)、水文地質(zhì)等情況等。不同形式的頂管機(jī)對各種地質(zhì)情況的適應(yīng)性不同，在實(shí)際操作過程中需要根據(jù)施工效率與地表變形控制來選擇[3]。

2.2頂管頂力估算

頂管頂力的公式既有理論計(jì)算公式，又有經(jīng)驗(yàn)公式，頂力估算公式較多，但是每種公式都有其特定的適用性。從力學(xué)的角度進(jìn)行分析計(jì)算的理論公式適用范圍比較廣泛，根據(jù)地方施工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析的經(jīng)驗(yàn)公式適用范圍較窄，但是也具有一定的使用借鑒意義。泥水平衡式曲線頂管施工技術(shù)在電力改造工程中的應(yīng)用的頂力估算公式為：

公式（1）、（2）中，Rs表示頂管掘進(jìn)機(jī)迎面阻力（kN）;B表示土的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù);R表示估算的總頂力（kN）;Es表示掘進(jìn)機(jī)外徑（m）;E1表示管道的外徑（m）;f表示頂進(jìn)時(shí)，管道表面與其周圍土層之間的摩擦系數(shù)（0.6）;D表示管道所處土層的重力密度（kN/m3）;?表示管道所處土層的內(nèi)摩擦角;T表示道頂部以上覆土厚度（m）;C表示管道頂進(jìn)長度（m）;Z表示管道單位長度自重（kN/m）[4]。

2.3中繼站的設(shè)計(jì)與布設(shè)

位于頂進(jìn)管道某些位置的為中繼站（中繼環(huán)）也叫中繼間，把頂進(jìn)管道劃分為若干個(gè)頂進(jìn)區(qū)間，它由多個(gè)頂推油缸、頂進(jìn)管道、特殊的鋼制外殼、均壓環(huán)等組成，頂推油缸均勻分布于保護(hù)外殼內(nèi)。若頂進(jìn)力超過主頂工作站的頂推能力，后座裝置所允許承受的最大荷載時(shí)布設(shè)中繼間。

3泥水平衡式曲線頂管施工技術(shù)在電力改造工程中的安全技術(shù)措施

3.1泥水平衡式曲線頂管施技術(shù)在電力改造工程中質(zhì)量通病防治

因?yàn)槌辆灰韵碌貙忧闆r分布比較不均勻，容易產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象，當(dāng)同一水平線上的不同土層承載力相差較大時(shí)，容易對周邊建筑物、構(gòu)筑物、市政管線及施工人員的安全構(gòu)成威脅[5]?？梢圆扇∫韵麓胧┻M(jìn)行質(zhì)量通病防治：將一臺小型反鏟挖掘機(jī)吊運(yùn)在工作井內(nèi)，緩慢挖掘下沉較少一側(cè)的刃腳土層，再利用人工對較硬的土層進(jìn)行鉆眼破碎;在下沉較多的一側(cè)設(shè)置一組液壓頂進(jìn)設(shè)備;在下沉較少的一側(cè)設(shè)置牽引設(shè)備。

3.2臨近建筑物頂管施工安全技術(shù)措施

地下土層會(huì)受頂管施工的影響，造成擾動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)力重分布，甚至?xí)鸬孛姹韺赢a(chǎn)生沉降等。周圍的建筑物和城市交通會(huì)受地面沉降的影響，嚴(yán)重的地面沉降會(huì)引發(fā)嚴(yán)重事故。想要避免在頂管施工過程中對周邊建筑物及市政設(shè)施造成破壞，需要對地面沉降進(jìn)行嚴(yán)格控制。因此，在施工前需要收集資料制定方案[6]。

3.3曲線段管節(jié)破裂

在復(fù)雜地質(zhì)條件的長期作用會(huì)對電纜隧道安全造成威脅，在曲線頂管過程中， 單點(diǎn)集中應(yīng)力大于砼管節(jié)抗壓強(qiáng)度時(shí)，曲線段內(nèi)側(cè)的頂端容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。其安全技術(shù)防治措施如下：砼管節(jié)進(jìn)入曲線段后，在接縫上下部分分別插入緩沖枕木;選取優(yōu)質(zhì)木材（彈性好、重量輕和受周圍溫度變化影響?。┳鳛榫彌_枕木，進(jìn)行厚度及圓弧尺寸二次加工;頂進(jìn)結(jié)束后采用水泥砂漿填充兩管節(jié)之間的接縫空隙。

4結(jié)語

泥水平衡式頂管施工技術(shù)具有綜合造價(jià)低、施工安全性好、交通影響小和環(huán)境影響小的優(yōu)勢，在電力改造工程中適用于工程地質(zhì)土層較硬和工期緊迫及地下水位較高的工程中，其在工期方面有較高的優(yōu)勢，而且在中繼間的設(shè)計(jì)與布設(shè)可以看出理論計(jì)算可以應(yīng)適當(dāng)縮小第一個(gè)中繼間與頂管機(jī)頭的距離，減少中繼間損壞[7]。頂進(jìn)路徑巖土特性對泥水平衡式頂管施工的要求較高，為了防止地面下沉及頂進(jìn)困難的后果，需要對泥漿的相對密度進(jìn)行嚴(yán)格把控。

參考資料：

[1] 潘立.大刀盤泥水平衡式長距離大口徑頂管施工技術(shù)[J].建筑施工，2016，38（08）：1132-1134.

[2] 羅方吉.山地城市頂管施工技術(shù)適應(yīng)性評價(jià)研究[D].重慶交通大學(xué)，2015.

[3] 謝延鎖，李小杰，劉亞松，王鵬.淺埋大管徑頂管施工全過程數(shù)值模擬分析研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2018，55（S2）：459-465.

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[5] 李剛.泥水平衡頂管機(jī)在拱北隧道曲線管幕工程中的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2015，59（04）：98-101.

[6] 馬勝利.淺論拱北隧道暗挖段曲線管幕頂進(jìn)沉降控制技術(shù)[J].施工技術(shù)，2015，44（S1）：181-184.

[7] 李小杰，馮輝，劉亞松，全有維，王鵬.淺埋頂管隧道施工過程對臨近淺基礎(chǔ)建筑物的影響研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019，15（01）：209-213.