浅谈市政工程泥水平衡法顶管施工技术 作者：文顺
来源：《建筑工程技术与设计》2014年第17期
【摘 要】：本文主要结合作者自身工作经验与某市政工程软土地基中施工泥水平衡法顶管的实例，介绍了泥水平衡预管法的特点及施工要点，提出了泥水平衡顶管法施工在市政工程软土地基中应用的优、缺点，并提供了一些相关性建议。
【关键词】：泥水平衡法；顶管施工
1.施工特点及技术要点
1.1施工特点
泥水平衡顶管法施工具有以下特点：土质适应范围广，能适用于地下水压力很高及变化范围较大的地质条件；可有效保持挖掘面的稳定，对管体周围的土体扰动较小，因此施工引起的地面沉降也较小；与其它类型顶管比较，施工时总推力较小，且可长距离输送泥土，较适宜用于长距离顶管；工作井作业环境较安全，工人劳动强度低；泥水输送弃土的作业连续不间断，因此施工进度较快。
1.2技术要点
1.2.1驱动功率大
我们用功率富裕系数来衡量掘进机驱动功率对土层适应能力的大小，可由下式表示：a=T/D3.
式中：a-功率可靠系数；T-掘进机刀盘的设计扭矩t.m；D-刀盘的直径m .
1.2.2具备二次破碎功能
掘进机刀盘将岩层破碎后，大块岩石可以被二次破碎后经泥浆输送出来。
1.2.3减阻装置的设置
从掘进机开始设置减阻通道，通过使用润滑性能较高的触变泥浆，并选择合理的泥浆浓度来达到减阻目的，使管外壁形成一个泥浆套充满泥浆，从而使管外壁与土层的摩阻力大幅降低，特别是砂土，摩阻力可降低至1.0t/ms左右。
1.2.4自动化程度高
掘进机的电器系统应使用可编程控制器来进行控制，提高电器系统的可靠性，增加电器控制的约束点，以减少人为操作的随意性和操作误差。
2.工程实例
2.1工程概况
某市政道路全长1.2km，双向4车道，含中间、两侧绿化带和两侧人行道，总宽度45m。该道路路基右侧人行道下设置污水管道，管基为纵向两排粉喷桩（500mm）复合地基处理，采用开挖置管时管底采用30cm厚中砂、碎石垫层；采用顶管施工时不设置垫层。该污水管道埋深：原地面下5.5～5.8m，设计路面下6.8～7.5m。
2.2工程地质及水文地质情况
本工程污水管道所处里程段地貌地势较为平坦，为厂房生活区或荒废平地。地层由上而下依次为：耕植土、人工填土、海陆交互沉积冲积层、砂砾层、花岗岩层。①耕植土：软～可塑，厚度0～1.0m。②人工填土：软～可塑，厚度0.5～1.2m。③海陆交互沉积层：淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土，厚度5.5～24m。④冲积层：粗砂，厚约O～8m。
2.3施工方案
2.3.1施工方案
拟采用顶管的管道为Φl000水泥管。该顶管设计最大井距工作段为90m，全线1.2km范围内分为7个工作段施工；工作井的平均深度8m，按照8m×4m的正方形设计：接收井为Φ4m圆井。井壁均采用钢筋混凝土结构。井底地基采用粉喷桩复合地基处理基础。设计顶管施工深度均超过地面以下6.5m。
2.3.2施工机械
根据本工程的地质情况，采用“RASA”泥水加压封闭式顶管机进行施工。“RAS’泥水加压封闭式顶管机具有以下特点：与其他机种相比，泥水顶管的推力较小，适宜于长距离顶管，工作效率明显；工作坑内作业环境较好，作业也比较安全，由于采用泥水输送弃土直至地面，搬运土方更为方便；属于封闭式顶管，安全、可靠并能有效控制顶进过程中的地面沉降及偏差，对于周围邻近建筑物较多、不能封闭交通的道路下施工非常适用；液压千斤顶采用低噪音设计，运转、管理均通过挖掘机的中央操作台控制，地面遥控操作，施工更加文明安全。
3.优、缺点及常见施工问题防治
3.1顶管施工优、缺点
按照施工工期，该顶管施工6个月之内如期完成并交付使用，顺利通过了相关部门质量检测。该工程至今已经完成并投入使用近2年，排水通畅，未出现质量问题。总结该次泥水平衡法顶管法施工，存在以下优缺点：由于淤泥质土中，土体含水量高，水压力大，其它顶管施工存在局限性，但泥水平衡法顶管施工能适用这种地质环境；在软土中施工深度大的情况下，和传统的采取支护措施后反开挖施工相比，施工安全性大大提高；由于淤泥质软土对管头的阻力小，所以顶管所使用的机械设备动力要求小，这样可以节约造价j施工中对管体周围的土体扰动小，同时可有效地保持原地面的稳定，这一点理论上还可以通过对土体扰动的弹塑性区的计算分析得到。因此，采用此方法顶管引起的地面沉降较小，这是在软土地基中施工管道的最重要的优点。
3.2常见施工问题及防治措施
3.2.1管道轴线偏差过大
（1）现象：管道轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏。
（2）预防措施：顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查。设置测力装置，指导纠偏。纠偏应按照勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法进行：采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合；加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度；顶进过程中应随时绘制顶进曲线，以利指导顶进纠偏工作。
（3）治理方法：重新调整千斤顶行程、顶力、顶速，或重新调整千斤项的安装精度：对顶管后背进行加固，防止位移继续发展，并确保后背平整：纠偏前应认真分析顶进曲线的发展趋势，采取适当的纠偏量，循序渐进，切不可操之过急，适得其反。
3.2.2顶力突然增大
（1）现象：在顶进过程中顶进压力突然增大。
（2）防治措施：顶进过程中严格执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求，使管道轴线被控制在允许偏差范围之内；按不同地质条件配制适宜的泥浆，并采取同步注浆的方法，及时足量地注入泥浆：顶进施工前应对顶进设备进行认真的检修保养；停顶时间不能过久，发生故障应及时加以排除。
（3）治理办法：发生顶力过大的情况时，应立即停止顶进，查找原因，判明情况后采取相应措施进行处理。
3.2.3工具管旋转
（1）现象：工具管沿圆周方向旋转，使顶进操作发生困难。
（2）预防措施：遇前端土层软硬不均匀，应采取多挖硬、少挖软的办法；顶进前应将千斤顶逐台调试好，要采用同种规格的油缸，并使液压泵到各千斤顶之间的距离相等，管径一致；严格控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求；工具管设置测力装置，以便测定出平衡力的大小来指导纠偏。
（3）治理方法：可采用单侧配重的方法加以纠正，也可利用纠偏与旋转间的规律，配合上下方向的纠偏，造成一定的左右偏差，使工具管得到一个反向旋转的力，但是采用此方法，应注意轴线的控制，以免造成轴线偏差过大形成弯曲，给以后的施工造成困难。
4.结束语
（1）泥水平衡法顶管施工虽然造价较高，但是它安全、快捷，而且对地面和临近的建筑物影响极小，大大减小了施工风险，提高了施工效率。尤其是在那些地面建筑物多、地下管线密布的城市管道施工中，其优越性更加体现，应该加以提倡使用。
（2）目前，国内关于泥水平衡法顶管在软土地基中施工的技术非常成熟，施工中遇到的常见问题都已经可以在施工中及时得到有效控制，并已经存在很多常见问题的解决方案，是一种常见、成熟的顶管施工方法。
（3）考虑到安全的问题，在市政工程深开挖的管道施工中，如果地基为软土地基，在条件允许的情况下，建议首先考虑采用泥水平衡法顶管施工。
【参考文献】：
【1】余彬泉，陈传灿.顶管施工技术【M】.人民交通出版社.
【2】GBS0007—2002建筑地基基础设计规范【S】.
浅谈市政工程泥水平衡法顶管施工技术 作者：文顺
来源：《建筑工程技术与设计》2014年第17期
【摘 要】：本文主要结合作者自身工作经验与某市政工程软土地基中施工泥水平衡法顶管的实例，介绍了泥水平衡预管法的特点及施工要点，提出了泥水平衡顶管法施工在市政工程软土地基中应用的优、缺点，并提供了一些相关性建议。
【关键词】：泥水平衡法；顶管施工
1.施工特点及技术要点
1.1施工特点
泥水平衡顶管法施工具有以下特点：土质适应范围广，能适用于地下水压力很高及变化范围较大的地质条件；可有效保持挖掘面的稳定，对管体周围的土体扰动较小，因此施工引起的地面沉降也较小；与其它类型顶管比较，施工时总推力较小，且可长距离输送泥土，较适宜用于长距离顶管；工作井作业环境较安全，工人劳动强度低；泥水输送弃土的作业连续不间断，因此施工进度较快。
1.2技术要点
1.2.1驱动功率大
我们用功率富裕系数来衡量掘进机驱动功率对土层适应能力的大小，可由下式表示：a=T/D3.
式中：a-功率可靠系数；T-掘进机刀盘的设计扭矩t.m；D-刀盘的直径m .
1.2.2具备二次破碎功能
掘进机刀盘将岩层破碎后，大块岩石可以被二次破碎后经泥浆输送出来。
1.2.3减阻装置的设置
从掘进机开始设置减阻通道，通过使用润滑性能较高的触变泥浆，并选择合理的泥浆浓度来达到减阻目的，使管外壁形成一个泥浆套充满泥浆，从而使管外壁与土层的摩阻力大幅降低，特别是砂土，摩阻力可降低至1.0t/ms左右。
1.2.4自动化程度高
掘进机的电器系统应使用可编程控制器来进行控制，提高电器系统的可靠性，增加电器控制的约束点，以减少人为操作的随意性和操作误差。
2.工程实例
2.1工程概况
某市政道路全长1.2km，双向4车道，含中间、两侧绿化带和两侧人行道，总宽度45m。该道路路基右侧人行道下设置污水管道，管基为纵向两排粉喷桩（500mm）复合地基处理，采用开挖置管时管底采用30cm厚中砂、碎石垫层；采用顶管施工时不设置垫层。该污水管道埋深：原地面下5.5～5.8m，设计路面下6.8～7.5m。
2.2工程地质及水文地质情况
本工程污水管道所处里程段地貌地势较为平坦，为厂房生活区或荒废平地。地层由上而下依次为：耕植土、人工填土、海陆交互沉积冲积层、砂砾层、花岗岩层。①耕植土：软～可塑，厚度0～1.0m。②人工填土：软～可塑，厚度0.5～1.2m。③海陆交互沉积层：淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土，厚度5.5～24m。④冲积层：粗砂，厚约O～8m。
2.3施工方案
2.3.1施工方案
拟采用顶管的管道为Φl000水泥管。该顶管设计最大井距工作段为90m，全线1.2km范围内分为7个工作段施工；工作井的平均深度8m，按照8m×4m的正方形设计：接收井为Φ4m圆井。井壁均采用钢筋混凝土结构。井底地基采用粉喷桩复合地基处理基础。设计顶管施工深度均超过地面以下6.5m。
2.3.2施工机械
根据本工程的地质情况，采用“RASA”泥水加压封闭式顶管机进行施工。“RAS’泥水加压封闭式顶管机具有以下特点：与其他机种相比，泥水顶管的推力较小，适宜于长距离顶管，工作效率明显；工作坑内作业环境较好，作业也比较安全，由于采用泥水输送弃土直至地面，搬运土方更为方便；属于封闭式顶管，安全、可靠并能有效控制顶进过程中的地面沉降及偏差，对于周围邻近建筑物较多、不能封闭交通的道路下施工非常适用；液压千斤顶采用低噪音设计，运转、管理均通过挖掘机的中央操作台控制，地面遥控操作，施工更加文明安全。
3.优、缺点及常见施工问题防治
3.1顶管施工优、缺点
按照施工工期，该顶管施工6个月之内如期完成并交付使用，顺利通过了相关部门质量检测。该工程至今已经完成并投入使用近2年，排水通畅，未出现质量问题。总结该次泥水平衡法顶管法施工，存在以下优缺点：由于淤泥质土中，土体含水量高，水压力大，其它顶管施工存在局限性，但泥水平衡法顶管施工能适用这种地质环境；在软土中施工深度大的情况下，和传统的采取支护措施后反开挖施工相比，施工安全性大大提高；由于淤泥质软土对管头的阻力小，所以顶管所使用的机械设备动力要求小，这样可以节约造价j施工中对管体周围的土体扰动小，同时可有效地保持原地面的稳定，这一点理论上还可以通过对土体扰动的弹塑性区的计算分析得到。因此，采用此方法顶管引起的地面沉降较小，这是在软土地基中施工管道的最重要的优点。
3.2常见施工问题及防治措施
3.2.1管道轴线偏差过大
（1）现象：管道轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏。
（2）预防措施：顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查。设置测力装置，指导纠偏。纠偏应按照勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法进行：采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合；加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度；顶进过程中应随时绘制顶进曲线，以利指导顶进纠偏工作。
（3）治理方法：重新调整千斤顶行程、顶力、顶速，或重新调整千斤项的安装精度：对顶管后背进行加固，防止位移继续发展，并确保后背平整：纠偏前应认真分析顶进曲线的发展趋势，采取适当的纠偏量，循序渐进，切不可操之过急，适得其反。
3.2.2顶力突然增大
（1）现象：在顶进过程中顶进压力突然增大。
（2）防治措施：顶进过程中严格执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求，使管道轴线被控制在允许偏差范围之内；按不同地质条件配制适宜的泥浆，并采取同步注浆的方法，及时足量地注入泥浆：顶进施工前应对顶进设备进行认真的检修保养；停顶时间不能过久，发生故障应及时加以排除。
（3）治理办法：发生顶力过大的情况时，应立即停止顶进，查找原因，判明情况后采取相应措施进行处理。
3.2.3工具管旋转
（1）现象：工具管沿圆周方向旋转，使顶进操作发生困难。
（2）预防措施：遇前端土层软硬不均匀，应采取多挖硬、少挖软的办法；顶进前应将千斤顶逐台调试好，要采用同种规格的油缸，并使液压泵到各千斤顶之间的距离相等，管径一致；严格控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求；工具管设置测力装置，以便测定出平衡力的大小来指导纠偏。
（3）治理方法：可采用单侧配重的方法加以纠正，也可利用纠偏与旋转间的规律，配合上下方向的纠偏，造成一定的左右偏差，使工具管得到一个反向旋转的力，但是采用此方法，应注意轴线的控制，以免造成轴线偏差过大形成弯曲，给以后的施工造成困难。
4.结束语
（1）泥水平衡法顶管施工虽然造价较高，但是它安全、快捷，而且对地面和临近的建筑物影响极小，大大减小了施工风险，提高了施工效率。尤其是在那些地面建筑物多、地下管线密布的城市管道施工中，其优越性更加体现，应该加以提倡使用。
（2）目前，国内关于泥水平衡法顶管在软土地基中施工的技术非常成熟，施工中遇到的常见问题都已经可以在施工中及时得到有效控制，并已经存在很多常见问题的解决方案，是一种常见、成熟的顶管施工方法。
（3）考虑到安全的问题，在市政工程深开挖的管道施工中，如果地基为软土地基，在条件允许的情况下，建议首先考虑采用泥水平衡法顶管施工。
【参考文献】：
【1】余彬泉，陈传灿.顶管施工技术【M】.人民交通出版社.
【2】GBS0007—2002建筑地基基础设计规范【S】.