2018覆水砂层中泥水矩形顶管系统及施工技术
【摘要】非开挖技术在城市施工中具有对地面扰动小，对环境影响小，对交通干扰小等优点，成熟的顶管技术是非开挖技术领域的佼佼者，运用于城市地下空间有利于更好的开发，针对相应的地层选用合适的顶管机械系统，合理设置刀盘，精细施工技术，都是工程顺利完成的关键。http://
【关键词】非开挖技术 顶管系统 地下空间 施工技术
【 Abstract 】 The trenchless technology in city construction has ground disturbance of small, small effects to the environment, the advantages of small traffic disruption, mature pipe jacking technology is excavation leader in technology, used in urban underground space for the better development, for the corresponding strata suitable pipe jacking machine system, setting up reasonable cutter, fine construction technology, are the key to finish the project.
【 Key words 】 trenchless technology, pipe jacking system, underground space, construction technology
中图分类号：TU94+1文献标识码：A文章编号：
1.工程概述
本市政过街通道工程项目工程位于佛山市南海区桂城南海大道与南桂东路交汇处。桂城站过街通道，长度为43.5m，通道横穿南桂东路。通道截面的外包尺寸6m×4.3m（宽度为6m，高度为4.3m），通道覆土深度为4.4m。始发井：平面形状为11.5×12.3m矩形，开挖深度约11.3m，连续墙厚度为600mm，成槽深度为19.8m。接收井：平面形状为9.4×10.6m矩形，开挖深度约10.456m，连续墙厚度为600mm，成槽深度为19.5m。通道穿越的土质主要为淤泥质粉砂、粉细砂。
2.地质、水文情况
2.1 工程地质
现场的地貌单元属珠江三角洲冲积平原地貌特征，基岩为白垩系上大统大山组黄花岗段（K2d2）沉积岩，岩性主要为紫红色泥质粉砂岩、泥岩组成，夹含砾粉、细砂岩、砾岩。
2.2不良地质情况
市政过街通道范围内含水、透水地层粉细砂层、中粗砂层较发育，厚度较大，局部有砾砂层。粉细砂层呈松散~稍密状，在地震作用下局部有轻微液化趋势；同时粉细砂层、中粗砂层还因含水量较丰，透水性较好，施工时易因水头产生流砂、管涌、崩塌。
3 泥水平衡顶管施工的基本原理
顶管施工是从地面开挖两个基坑井，然后管节从工作井安放，通过主顶千斤顶或中继间的顶推机械的顶进，推动管节从工作井预留口穿出，穿越土层到达接收井的预留口边，然后通过接收井的预留口穿出，形成管道的施工。
顶管施工前需先在地面上的泥浆池内搅拌一定量的比重1.1～1.2左右的泥浆。顶管施工时打开泥浆池的阀门，泥浆通过进泥泵加压，经进浆管进入到顶管掘进机的泥水仓；泥水仓的泥浆在工作井内的排泥泵抽排作用下，泥浆经排泥管排到地面泥水分离器处理，泥渣分离外运，泥浆留在泥浆池内，形成了泥水循环系统。
4 顶管设备系统
图1 主顶设备安装图
4.1主顶系统
（1）主顶系统装置由：后座垫铁、导轨、千斤顶及千斤顶支架、后座泵站组成（图4-8），其作用是完成管道的推进。
4.2穿墙止水环
穿墙止水环安装在工作井预留洞口，具有防止地下水、泥砂和触变泥浆从管节与止水环之间的间隙流到工作井。
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图2穿墙止水环
止水环结构采用钢法兰加压板，中间夹装20mm厚的窗帘橡胶止水环，该橡胶环具有较高的拉伸率（大于300）和耐磨性，硬度为45～55，永久性变形不大于10％。借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置。安装固定好后，预埋钢环板与混凝土墙接触面处采用水泥砂浆堵缝止水。
4.3排土系统
4.3.1 泥水式排泥系统主要设备：包括进排泥浆泵、泥浆管、泥水处理装置、泥水箱等。
排泥系统有两个作用：一方面是排土，另一方面是平衡地下水。
4.3.2 安装调试：
泥水处理是指泥水平衡顶管过程中排放出来的泥水的二次处理，即泥水分离。一般采用振动筛与旋流器组合起来进行泥水分离的方法。
进浆泥水的比重调配在1.05～1.10之间。在施工中测试，排浆泥水的比重在1.25～1.30之间，此排浆泥水的比重能确保细砂在输送管内不易沉淀，也能确保挖掘面的稳定。
4.4触变泥浆系统
1、触变泥浆系统主要设备：由拌浆、注浆和管道三部分组成。
2、触变泥浆系统的作用：减少顶进过程中的管节与土体的摩阻力。
4.5测量系统
1、测量系统的主要设备：由激光经纬仪、测量靶和监示器组成。
2、测量系统的作用：监示顶管施工过程中顶管机推进的轴线偏差。
3、安装调试：顶管机安放在工作井内的道轨上，调整测量靶中心与管道中心线基本一致，与管道中心线垂直。调整激光经纬仪座的高度，使激光经纬仪的激光束的高度基本与管道中心线标高一致。
5泥水平衡矩形顶管施工主要施工技术
5.1穿墙顶进
顶管进出洞是整个施工过程中的关键环节之一，洞口安装好止水圈后，吊住工具头，顶出推进千斤顶，将环形顶铁对准工具头尾部，将工具头缓缓推进到井壁洞内。安装好所有管线（电力电缆、信号线、油管、触变泥浆管），转动刀盘，向工作仓注入一些泥浆，开始顶进，进入正常顶进工序。
顶管出洞的施工环节相当关键，为防止下跌，工具头穿墙时，一方面要带一个向上的初始角（约5′），另一方面穿墙管下部要有支托，并且加强管段与工具管、管段与管段之间的联结。此外，工具管的推进一定要迅速，不使穿墙管内的土体暴露时间太长。顶管穿墙位置必须作好止水，防止孔口因为流失减阻泥浆，造成孔口塌陷，发生安全事故。
5.2正常顶进施工技术
管道出洞成功后，管道开始正常顶进。初始顶进时顶进速度一般控制在20~50mm/min，正常顶进时顶进速度控制在50～150mm/min，如遇正面障碍物，应控制在10mm/min以内。初始顶进时出土量一般控制在理论出土量的95%左右，正常情况下出土量控制在理论出土量的98%～100%。
循环泥浆的浓度控制在1.09，压力比地下水水头增加20Kpa10Kpa。泥水除了对泥沙起悬浮和携带作用外，同时对开挖面起平衡稳定作用，泥水压力由泥土仓的流动土体传到开挖面，防止开挖面坍塌，而且通过泥土仓的缓冲作用，即使泥水压力不正常，也不至于产生较大的地面沉降，泥土仓的土体与开挖面处于主动平衡或被动平衡状态。
图 3 顶进施工中测量示意图
泥浆再经过沉淀池的过滤，把较细的颗粒再分离出来，这样可以把浓泥浆过滤成清泥浆。泥水经过不断循环，把顶管机前方的泥土排出井外。
5.3纠偏
顶管机的测量靶网格为10mm，根据顶管机测量靶激光点的偏移量计算顶管机的斜率，伸出相应的纠偏千斤顶组，使顶管机推进改变方向，从而实现顶进方向的控制。
5.4触变泥浆
触变泥浆由膨润土、水和掺合剂按一定比例混合而成。施工现场按重量计的触变泥浆配合比为：水：膨润土＝8：1，膨润土：CMC＝30：1。本工程拟购置膨润土袋装复合材料，在现场施工加水拌和。注浆流程：造浆静置?D?D注浆?D?D顶管推进(注浆)?D?D顶管停顶?D?D停止注浆。压浆量为管道外围环形空隙的1.5倍，压注压力根据管顶水压力而定。
6小结
顶管顶进过程测量是最基础的工作，因接收井提前已做好洞门框，测量也是极端重要的。顶管贯通前的测量是复核顶管所处的方位、确认顶管状态、评估顶管进洞时的姿态和拟订顶管进洞的施工轴线及施工方案等的重要依据，使顶管机在此阶段的施工中始终按预定方案实施，以良好的姿态进洞，正确无误地座落到接收井的基座上。
非开挖技术的顶管工程在现代城市化发展过程中会因为其优点得到广泛应用。泥水顶管可以控制沉降幅度，对地面有更好的安全保障，矩形顶管的应用为地铁联络通道、地铁出入口、市政过街通道等更多地下空间开发提供更好选择。
【参考文献】
余彬泉，陈传灿．顶管施工技术(第1版)．北京：人民交通出版社，1998．
李健．顶管施工法的技术特点分析．筑路机械与施工机械化，2006(7)：1-3．
高波，陈裕康．顶管法在地铁盾构区间隧道联络通道中的应用．施工技术，2005，34(6)：19―23．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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