学文网【摘要】机械顶管施工与人工顶管大同小异，其主要差别是利用机头转动切削及挤压土层来代替人工开挖掘进，主要优点是安全、快捷，且可以有效的避免塌方，能够实现长距离顶管。本文结合案例详细阐述了泥水平衡顶管施工在实际施工中的应用及施工注意事项。
【关键词】泥水平衡；机械顶管；施工工艺；实际；施工；应用
1、工程概况
1.1工程概况
广西壮族自治区柳州市柳东新区官塘片区污水收集系统第一合同段有污水管道11.52km，共有钢筋混凝土检查井191座，管道全部为顶管施工，其中，进厂K段共有d2000钢筋砼污水管道1748m，管道平均埋深约为11.5m，设计共有880m为机械顶管施工。
1.2地质条件
柳州市为典型的卡斯特地貌，进场K段现场地表多为耕地、农田及鱼塘。根据地质勘查报告显示，本段地质主要由杂填土、耕土、淤泥质粘土、可塑状粉质粘土、硬塑状粉质粘土、可塑状红粘土、强风化白云岩、中风化白云岩等地层组成。
2、机械顶管施工工艺
其主要工艺流程为：施工准备——工作井开挖、支护——后靠背及设备安装——泥浆池、沉淀池开挖——设备调试——初期顶进——注浆及正常顶进——出洞。
2.1施工准备
采用泥水平衡机械顶管，最重要的是施工前对现场地质情况确认，一般机械顶管机头不同于盾构机，不能对岩石地层进行顶进，遇到岩石容易损坏刀盘，刀盘损坏修理费用较高，且需要开挖接收井取出机头，费时费工。所以，在采用机械顶管施工前，要确认该段地质情况，最好进行二次钻探或加密钻探，待地质情况明确后才决定是否能够采用机械顶管。
2.2顶管工作井施工
在本工程中，采用逆作法施工钢筋砼圆形护壁井，工作井土方开挖采用长臂挖机，第一次开挖2m，人工配合修边，然后绑扎Ф16@200*200单层钢筋网，模板采用定型钢模板，模板支护后浇筑C20混凝土，护壁厚度为35cm，待混凝土强度达到设计强度的70%后，继续往下开挖，挖土时，先挖井中心土，每次向下挖1m左右。然后就对称掏挖井壁下的土，靠近护壁附近的土采用人工开挖，以免挖机碰撞、损伤护壁，影响护壁强度。按照同样的方法施工至距离设计深度大约3m左右时，钢筋绑扎改为Ф20@200*200双层钢筋网，且将护壁的厚度改为60cm，以加强后靠背高度范围内护壁的承载力，确保工作井安全，依次施工至设计高程。
2.3后靠背施工及设备安装
工作井施工至设计高程后，即可进行封底及后靠背浇筑，工作井封底采用C15素混凝土，厚度要根据管径大小来确定，一般来说，当管径D≥1.5m时，封底混凝土厚度不小于30cm，当管径D≤1.5m时，封底混凝土厚度不小于15cm。封底混凝土达到一定强度时，开始准备浇筑工作井后靠背，后靠背采用钢筋混凝土外衬钢板的结构形式。根据设计轴线测量定位后靠背位置，后靠背钢筋采用Ф22@200*200双层钢筋网，钢筋网外面固定20mm后的钢板，钢筋绑扎完成后进行模板支护，后背墙是顶管受力最集中的地方，为能分散应力，确保受力均衡，须保证后背墙的垂直度≤0.1%H，水平扭转度≤0.1%H。模板支护校准后即可浇筑混凝土，后背砼采用C30早强混凝土，以提高早期强度，加快施工进度。井内设备安装主要包括：导轨安装、千斤顶安装、进水管路、泥浆管、激光经纬仪等。地面设备安装包括：行车、油泵、电动葫芦、配电间、控制室等。由于机械顶管设备相对较大、重量较重，一般先组装行走行车，行车组装完成后，利用行车吊装井内设备。
2.4进水池、泥浆池及沉淀池开挖
在顶管设备安装的同时，应进行进水池、泥浆池及沉淀池的开挖，泥浆池开挖深度一般在1m～1.5m，平面尺寸应根据顶段土方及泥浆量计算得出。泥浆池应开挖在距离工作井较近的位置，以减少排泥管路过长而且产生的管路摩阻力，保证泥浆的正常的抽排。泥浆池旁边开挖一个小型的沉淀池，泥水排由泥浆池排入沉淀池，经沉淀后的水可以循环利用，以节约成本。
2.5设备调试及试顶
顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。调试2～3次一切都正常后，即可做试顶准备，可开始开凿洞口安装套管，开凿洞口边缘部位要注意测量洞口大小，洞口不宜太大，洞口与套管之间缝隙用水泥砂浆填塞，且应对洞口进行修整，尽量达到平整、光滑。洞口止水装置的安装，应保证除止水圈外最小直径大于进洞物最大直径的8cm，防止受到进洞物的剪切而失去止水效果，位置确定后可用水泥砂浆封堵与井壁形成的间隙，防止从间隙处漏水、漏浆。机头下井后刀盘应离开洞口1米左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不超过5mm。使机头刀盘慢慢贴住前方土体，机头属于刀盘不可伸缩型，土压力表所显示的土压力为泥仓土压，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差ΔP，此值一般取15-30T，由于进泥口是衡定的，机头的土压控制主要通过顶速来调节，每次初顶时先调节好送水压力，然后打开机内止水阀，转动刀盘，关闭机内旁道，待流量达到额定值的80%时既可开始顶进，送水压力可通过机内压力调节既可完成。
2.6测量纠偏及泥浆减阻
污水管道的轴线及高程控制非常重要，规范要求也十分严格，一般直线顶管水平轴线偏差为±50mm，高程偏差为+40mm，-50mm。因此，在管道顶进过程中一定要严格控制，勤于测量。在实际施工中，将激光经纬仪固定在后靠背基座上，根据设计高程确定基座高度，根据设计轴线确定经纬仪角度，激光经纬仪发出的激光直接落在机头挡板中央的光靶上，激光点可以直接显示在操作台的显示器上，操作人员只需通过纠偏动作，保证激光点在光靶的中心即可。为了减少顶进阻力，增大顶进长度，并防止塌方，采用在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成泥浆套，减少管壁与土壁之间的摩擦阻力，泥浆经过一定时间固结，产生强度，对周边土层起到护壁作用。触变泥浆主要成分是膨润土，掺入碱（碳酸钠）和水配制而成。泥浆比重一般控制在1.1～1.16g/cm3，失水量小于25cm3/30inm，PH值6.4左右，配合比为：
水：土=（4～5）：1；土：掺和剂=（20～30）：1。
拌合程序：
A.将定量的水放水搅拌罐中，并取其中一部分水熔化碱。B.在搅拌过程中，将定量的膨润土徐徐加入搅拌罐中，搅拌均匀。C.将熔化的碱水倒入搅拌罐内，搅拌均匀，放置12h后即可使用。
2.7顶管
管道顶进过程中只需一人在操作室监控水压表、油缸压力、机头压力和显示屏上的光靶即可。操作人员根据水压表调节顶进速度，不同的土质有不同的顶速，当遇到岩石或其他不稳定地质时，压力表指针会剧烈震动，此时，操作人员就会调节顶速，分析原因，同时调节油缸压力，以免损坏刀盘。当经纬仪激光点偏离靶心时，可微调机头内的千斤顶，使其回到靶心位置。
2.8出洞
在机头快要到达接收井时，须根据设计轴线定出机头出洞位置，然后凿开护壁混凝土，破开洞口，破洞时间一般为机头到达的前一天，破洞时间过早，恐因地下水造成塌方流土，不易清理。当机头接近接收井时，要减慢顶管速度，关闭进水阀门，让机头慢慢进入接收井，利用接收井井底与洞口的高差使机头与管道成功分离，然后拆除泥浆管、进水管、注浆管、电缆等管线。用吊车取出机头，调往下一顶段。
3、应注意的问题
（1）根据顶距确定管与管接口衬板厚度，以免在长距离顶管过程中造成接头的损坏，造成管材的破碎或漏浆等现象。（2）根据顶距确定注浆孔管材的比例，顶距越长，带注浆孔的管材数量就应越多。（3）顶进过程中，操作人员要时刻注意光靶的变化，严格控制管道的高程和轴线；还应注意压力表变化，遇到地质变化应提高警惕，分析各种可能发生的不良后果。
4、体会
机械顶管以其进度快、操作简单、安全性高等优点在市***管道施工中的应用越来越广泛，但在采用泥水平衡机械顶管前也应该考虑以下因素：
（1）机械顶管一般为长距离顶管，要根据地质情况充分考虑不利因素，计算出最大顶力，根据最大顶力来确定顶管工作井结构形式，以免在顶管过程中造成井壁断裂损坏等现象，造成严重的后果。（2）采用泥水平衡顶管法要充分考虑水源的问题，在没有充足施工场地时还应考虑泥浆外运，会增加大量投资。
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