泥水平衡式顶管施工技术在管道铺设中的应用

泥水平衡式顶管施工技术在管道铺设中的应用

黎瑞升

春涛国际建筑有限公司

摘要：新时期对管道铺设不仅要求速度与质量，还希望能够尽可能小地对周边环境造成影响，兼顾社会效益与经济效益。泥水平衡式顶管施工技术恰能满足以上需求。本文从泥水平衡式顶管施工的原理与优势出发，分析泥水平衡式导管施工在管道铺设过程[1]中的关键技术，并对该技术在实际[2]施工中的应用进行分析。

关键词：泥水平衡式顶管；管道铺设；应用分析

引言：随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，与人民生活质量与经济发展息息相关的基础设施建设也在不断更新与推进的过程之中，基础设施建设离不开诸多技术的支持，管道铺设就是其中之一。传统管道施工技术需求的挖掘面大，对周围土地的扰动大，对不同土质的适应性一般，而泥水平衡式顶管施工技术对这些缺陷有所弥补，更适应现代社会基础设施建设的需求。

一、泥水平衡式顶管施工技术的应用原理

在工作井的挖掘作业完成后，将顶管掘进机安装至预定导轨，主顶油缸提供的推力将其推进向前，直至掘进机机头进入止水圈，穿越土层抵达接收井。接下来动力源切换，由电动机进行供能，带动切削刀盘转动，通过切削刀盘探入土层。挖掘过程中带出的土壤与石块在转动的切削刀盘中被搅碎，送入泥水仓中与泥浆进行混合，最后由排泥泵抽取，通过泥浆系统的排泥管被输送到地面上。在挖掘过程中，还需要运用土压平衡装置维持水土平衡，将土压始终维持在主动与被动之间，以消除地面的沉降与隆起现象，并防止地下水与流砂入侵。

在掘进机完全进入土层后，第一节顶进管在吊机的帮助下被安放到掘进机的尾套处，与掘进头顶管连接，共同顶进。然后掘进工作暂停，液压缓慢收回，另一节管道吊入井中，与第一节管道连接，重新开始掘进。上述过程不断重复，直到所有管道都被顶入土层，形成一条永久性的地下管道。

在掘进机的挖掘工作进行过程中，需要结合激光导向控制系统的辅助。该装置位于整个工作组的后方，通过激光经纬仪发射激光，调整至需要的标高与方向位置，瞄准掘进机内的定位光靶。激光靶的影像会被掘进机内装载的摄像机捕捉，输送到挖掘系统中的显示屏上，操作者可以根据工程推进的需要开启内置式油缸对刀盘进行伸缩，或调整上下左右高度，以达到纠偏的目的[1]。

二、泥水平衡式顶管施工技术的应用优势

泥水平衡式顶管施工系统有八个主要部分组成，第一是掘进机，根据具体施工要求的不同有不同的适配样式；第二是进排泥系统，与普通顶管施工系统的进排泥系统基本一致；第三是泥水处理系统，能将挖掘出产生的泥浆转化成施工原料；第四是主顶系统，包括顶铁、油缸、主顶油泵等；第五是测量系统，保证施工推进方向没有偏移；第六是起吊系统，负责吊起管道；第七是供电系统；第八是附属系统。

泥水平衡式顶管施工技术的优势首先在于它能够保持挖掘面的稳定性，对施工位置周围的土体扰动较为轻微，所引发的地面沉降也较小。泥水平衡式顶管施工需要开掘的路面面积也比较小，方便后续对施工现场的还原，减少对周边交通与居民生活的影响。

其次，泥水平衡式顶管施工技术适用的土质范围广，即使是在传统顶管施工技术无法施展的地下水压力大，变化多的环境中也能适用。不仅如此，泥水平衡式顶管施工技术推进所需要的推力较小，更适用于长距离管道铺设的施工作业，与此同时，施工速度也更有保障。

最后，泥水平衡式顶管施工的工作井内环境较好，施工作业的安全性也比较强。由于挖掘所产生的土壤与石块都被切削刀盘打碎，以泥浆的形式通过排泥管道进行输送，既无需使用搬运土方及吊土等危险性高的运输方法，又避免了使用气压顶管对施工人员健康造成的危害。

三、泥水平衡式顶管施工的主要技术

（一）周围环境保护技术

在采用泥水平衡式顶管施工技术时，首先要对周边环境做好调查勘探工作，尤其要注重地质勘察，事先确定地下水体与障碍物的位置，并对邻近的建筑物、地下电缆与给排水管道通过注浆的方式就进行加固。

此外，还需对地下管线的沉降进行保护。在第一节管道顶进土中后，即可把刀盘推力与泥浆压力调整至最佳平衡，由于泥水平衡式顶管施工技术本身就具备自动平衡正面土压力与地下水的特点，因此挖掘面更加稳定，在含水量大的软土质施工时也可以将平均地层损失控制在2%以内，减轻地面的沉降[2]。

（二）进出洞口技术

在泥水平衡式顶管施工的过程中，进出洞口是一项很重要的工作，必须考虑其安全可靠性，如果出洞动作达到了顺利、安全的目标，那么泥水平衡式顶管施工可以说已经成功了一半。

在洞口位置的土质相对较差时，必须采用水泥搅拌桩、高压旋喷桩等加固技术对洞口进行土体加固，在加固后，土体能保持自立后，可以在洞口外侧安装钢封门保证掘进机能安全进出洞。而为了防止自重较大的掘进机在进出洞口时出现叩头现象，可以在施工洞的底部浇筑一块托板托起掘进机，或通过填充硬黏土的方式加强洞底的承载力。

在土体较软且复土较深的情况下，在出洞初期还要防止掘进机与前几节管道后退的情况。这样的情况产生的原因是断面上的主动土压大于掘进机及管道与侧面图层之间的摩擦力，此时需要用手拉葫芦固定最后一节管道防止其继续后退。

（三）纠偏导向技术

泥水平衡式顶管施工的过程实质上很类似与“开火车”，掘进机是“火车头”而管道就相当于“车厢”。但由于没有实际的轨道对掘进机的行进方向进行约束，因此掘进机产生的偏差将被延续至整个管道线路，因此掘进机的纠偏导向非常重要，其质量直接影响泥水平衡式顶管施工的质量。

因此，在纠偏导向的过程中需要注意以下几点：第一，纠偏工作需要在管道顶进的过程中实时进行；第二，纠偏导向应该是个循序渐进的过程，不可一次性产生太大的纠偏角度；第三要保证第一段管道的质量，因为它受力最大，时间也最长，同时还要计算好管道的长度，方便后续的纠偏工作。

四、泥水平衡式顶管施工技术的实际应用分析

（一）地面准备工作

俗话说磨刀不误砍柴工，在泥水平衡式顶管施工开始之前，必须做好一系列的施工人员需要根据施工的具体需求与工程方案的要求来布置水、电、照明设备与其他设备。同时，在施工现场还应当预留一条便车道，方便水与其他施工材料、设备的运输，提前安排出场地进行有序的存放。还应当注重对物资的管理，防止物资出现非必要的损耗，影响施工进行。

（二）井内布置

井内布置涉及到很多内容，在工程计划上应该做出细致的标注，明确轴线，以此确定放样的位置，避免产生误差。在安装顶管基座时，施工人员采用以钢为主材料的预制件，要根据测试中得出放样的要求来明确极限。而导轨应当被安装到落实后的[3]洞门口中心处，设置支撑进项加固，防止轨道出现形变。

（三）后座墙结构施工

后座墙的主要功能就是在顶进管道的过程中为千斤顶提供一定的支撑力与反作用力，确保千斤顶能够产生作用。因为其作用与重要性，后座墙承受着较大的力而绝不能损坏，因此必须注重对后座墙的施工。所以必须对顶进力做出精确的计算，综合考量管材种类，管道直径、土壤种类与地下水位等客观因素与顶进误差，中途停工等客观因素，对后座墙的结构作出合理的规划。

结论：综上所述，泥水平衡式顶管施工技术有着适用土质范围广，施工井内环境好，对施工位置周围的土体扰动较为轻微，所引发的地面沉降也较小等优点，满足现阶段基础设施建设的施工。但在具体[4]的管道铺设应用过程中，还应当关注地面准备工作、井内布置以及后座墙结构施工，在发挥泥水平衡式顶管施工优势的同时，保证施工的效率与质量。

参考文献：

[1]王斌. 简述管道铺设中的泥水平衡式顶管施工技术[J]. 四川水力发电,2018,37(02):106-109.

[2]张金刚. 泥水平衡法顶管施工工艺关键技术解析[J]. 河南水利与南水北调,2020,49(10):57-58.

[1]在管道铺设

[2]的管道铺设

[3]洞？

[4]的管道铺设