粉砂巖及細砂地層的泥水平衡頂管技術(shù)

高立康 張海蛟

（河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

頂管施工屬于非開挖技術(shù)，不僅能夠使施工過程中的拆遷工作量有效減少，還可以確保建筑路面的作業(yè)正常開展，因此在實際工程中被廣泛運用[1]。由于細砂、粉砂巖地層較復(fù)雜，更易受擾動后出現(xiàn)失穩(wěn)，常發(fā)生頂進困難、較大建筑路面沉降，以及流沙液化問題[2]，無法保證達到預(yù)期頂管施工質(zhì)量效果，造成頂管施工質(zhì)量問題。因此，本文結(jié)合公路道路污水干管道工程風化粉砂巖及細砂地層施工項目展開研究，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況

某道路工程污水管干線設(shè)計DN1000承插型鋼筋混凝土管道，5.5m～10m埋深，0.08%縱坡和1.67km全長[3-4]。在WS1～9段、WS35～38段，可以按不同的地層沿線，劃分中等風沙泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖，對于中線旁側(cè)的民住用房有10m間隔，與溪河有3m間隔，并在管道底部的設(shè)計高程較枯水期的水位明顯要高，所以對于本次工程選擇明挖埋管。在本次明挖施工中，污水管不僅會對市區(qū)交通造成大的影響，還會擴大占用拆遷范圍，增加工程成本，對溪河的兩岸河堤造成破壞，產(chǎn)生極大污染，增加降水排水項目費用。通過對比工程方案，最終選擇泥水平衡頂管施工技術(shù)[5]，運用NPD1000泥水平衡頂管機，該設(shè)備參數(shù)如下：3600mm全長，1230mm外徑，6.5t總重，42t糾偏油缸推力，2.5°糾偏角度，1.5kW糾偏泵運行功率，100mm進漿及排漿管徑。

2 泥水平衡頂管技術(shù)工藝

本次工程項目運用泥水平衡頂管機的施工技術(shù)工藝流程圖見圖1，包括：前期準備、頂管井施工、設(shè)備準備就位、進洞、安裝密封器、頂進出土、分離泥水、回縮主頂、安裝污水管、頂管機出洞轉(zhuǎn)場，及檢查施工后回填[6]。

圖1 泥水平衡頂管工程流程圖

2.1 施工準備

2.1.1 管材

運用F承插式二級鋼筋混凝土管，該管道的頂力運行值計算公式如下：

式中：Fr-頂管允許頂力值；6c-管體的具體抗壓強度；A-加壓面積；S-安全系數(shù)。

運用25t汽車完成管材吊裝，保證管材的強度與工程強度標準相符。

2.1.2 配制減阻泥漿

設(shè)計2.5m長、2.5m寬、1m深的半埋循漿池和1個沉淀池。設(shè)計減阻泥漿時一般要求膨潤土的膠質(zhì)價超80，進場需檢測膠質(zhì)價，以此為依據(jù)來確定相應(yīng)的配合比。在配制過程中，將適量水置入攪拌器內(nèi)，緩慢投入膨潤土中，拌合超過30min，形成水泥漿，之后發(fā)酵10h左右，間歇性攪拌預(yù)防貯漿池內(nèi)離析[7]。配制1.1～1.16的泥漿性能參數(shù)比重，超過30s的漏斗粘度計測量粘度，10以內(nèi)的pH值。

2.1.3 工作井后背墻

該工程中工作井為5m長寬、50cm厚的邊墻、底板，C35W6的混凝土，采用沉井施工方法，并運用臺階分層式挖土自重沉井，達到40～50cm層挖深度。頂管的頂力計算公式如下：式中：F-總推力；Pc-初始挖掘土壓力。

2.2 頂管施工

2.2.1 測量放樣

由專業(yè)測量人員布設(shè)相關(guān)設(shè)備（見圖2），安裝頂進測量控制點，施工過程中需要對測控點進行布設(shè)安裝，嚴格執(zhí)行三級復(fù)測施工制度。

圖2 測量點位示意圖

2.2.2 安裝調(diào)試

在安裝中，依照后靠背安排導(dǎo)軌及后頂，保證洞口能夠預(yù)留副導(dǎo)軌，采用洞口止水設(shè)置，并運用泥漿系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、后方頂液壓系統(tǒng)，保證后靠背能夠重合中心軸線，達到與井壁之間有10～20cm間距，用強度C30混凝土進行回填處理。機頭在完成下井之后，刀盤與磚封門之間有1m間隔，平穩(wěn)放置，對導(dǎo)軌標高進行校驗，保證誤差在5mm以內(nèi)，方可進行下一步的磚頂門鑿除工作。在頂管機下井前，需完成安裝調(diào)試工作，土壓控制機頭調(diào)節(jié)頂速，初步頂速調(diào)整過程中可先調(diào)節(jié)送水壓力，之后將內(nèi)部止水閥打開，轉(zhuǎn)動刀盤，直至流量滿足80%標準后方可頂進，經(jīng)機內(nèi)壓力調(diào)節(jié)送水壓力。

2.2.3 掘進機頭入土

在調(diào)整頂管機保證其工作狀態(tài)正常運行后，可以展開頂進施工，先將洞口破除，作封門處理，然后將頂管機的刀盤轉(zhuǎn)動，使用主頂油缸緩慢推動頂管機入土。在此過程中，可以對頂進速度有效控制，也可以將腳撐架設(shè)于頂管機左右兩側(cè)，從而有效預(yù)防導(dǎo)致機頭刀盤無法切削或機頭轉(zhuǎn)動的情況。

圖3 注漿示意圖

2.2.4 下管頂進

在頂管機正常頂進后，通過完成一定長度的頂管安裝，暫停頂進。頂管安裝后可以將輔助類設(shè)備安裝于工具管的管節(jié)處。在恢復(fù)管節(jié)位置后，頂進機管千斤頂就位，先將頂管機的刀盤開動，主動頂進頂油缸，進而反復(fù)至接收井。

2.2.5 減阻泥漿

在泥水平衡頂管施工過程中，需要注意的關(guān)鍵點在于觸變泥漿減阻。運用多點對稱，經(jīng)頂管機頭的尾部，實現(xiàn)同步注漿。采用φ50主注漿鋼管，由泥漿站實現(xiàn)與機頭的直通相連，按照10m為一個間隔距離安裝三通注漿支管。運用φ25高壓橡膠管，設(shè)計3～4個三通支管，各設(shè)置1個注漿泵、螺桿泵共2個支管（見圖3）。

完成單段頂管后，將原本管道外壁成功注入的膨潤土泥漿進行置換，確保管道外壁可以形成較大漿壁強度，從而承受覆土壓力。必要情況下還需摻入膨脹劑水泥漿，這樣可以有效減少沉降。在本次工程設(shè)計中，配置的純水泥漿配比為0.6：1，控制孔隙體積150%，注漿量計算公式如下：

式中：V-單位長度內(nèi)的注漿量；Dm-管道的外徑；t-地層、管道之間的理論間隙厚度，取0.03m；L-管道的單位內(nèi)長度，1m。

之后成功置換泥漿，運用配套預(yù)留注漿孔進行封堵。

2.2.6 出洞措施

在完成接收井施工后，對原本預(yù)留的洞門坐標進行實測，根據(jù)最終測量結(jié)果進行校正。在機頭與接收井靠近情況下，需要對測量精度、頻率進一步加強測量。由于工作井與接收井預(yù)留洞口比管道外徑尺寸要大，頂管施工完后需封堵洞口與管外壁的間隙，同時對洞口區(qū)域管道進行加固。管壁與洞口之間的縫隙采用優(yōu)質(zhì)油麻封堵，并澆筑30cm厚的砼擋水墻，在洞口區(qū)域地層進行分層注漿止水加固。

3 結(jié)語

泥水平衡頂管技術(shù)是當前城市管道工程中主要運用的先進技術(shù)之一，通過將該技術(shù)運用于本次道路工程污水管干線施工中發(fā)現(xiàn)，運用該技術(shù)可以減小施工占地面積，遷移量較少，能達到較高的工作效率，還能有效改善具體操作環(huán)境，實現(xiàn)在地面展開的主控制操作，可供類似工程項目參考。