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泥水平衡顶管施工是机械化顶管施工的主要方法之一，属于机械化、长距离顶进施工技术，该工法在我国沿海富水地区近年来逐步得到推广应用，本工法对施工技术管理有较高的要求，主要体现在对顶管设备操作的严谨性、对施工工艺参数计算和选择的准确性和合理性等。
我项目部施工的蒙城县年“两区”二期道排工程纬一路污水排水管道工程采用了泥水平衡顶管施工技术，得到了监理单位、建设单位的一致好评。泥水平衡顶管施工各个方面技术总结如下：
1、工程概况
蒙城县年“两区”二期道排工程纬一路道路全长.76m，道路红线宽度为40m，沿路敷设dmm-dmm污水主干管总长.9m，平均埋深5m；地下水位较高，地下水位深度约为-2.5m，根据图纸设计要求，全路段采用泥水平衡顶管施工。
2、泥水平衡顶管施工技术的优势
2.1与通常的顶管施工技术相比，泥水平衡施工技术可以大大缩减降水时间和降水范围，降低费用。
2.2可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小，引起地面的沉降比较小。
2.3与其他类型的机种相比，泥水顶管的切削力矩小，最适宜于砂砾及硬土里顶管。
2.4工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水输送弃土，没有搬运土方及吊土等较易发生危险的作业。可以在各种环境下作业。且挖掘面稳定，不会造成地面沉降而影响交通及各种公用管线的安全。
2.5泥水输送弃土为连续作业，因而大大提高了推进速度，最适宜于长距离顶管。
2.6可集中控制，能减少施工人员。
2.7辅助设备的通用性强。
3、泥水平衡顶管施工技术的适用范围及特征
适用范围：
泥水平衡顶管施工工法适用于各种粘土、粉土、砂土和渗透系数较大的砂卵石，也适应强风化岩等恶劣地质条件下的室外给水、排水、电力及其它适用于顶管施工的管道工程。
泥水平衡顶管一般适用于管径d～2mm的管道施工，由于泥水平衡顶管顶距长、不需降水、能很好控制地面隆沉、施工安全等特点，并可适用于各类复杂地质条件，因此像穿越重要公路、铁路、建筑物等特殊工程地段、穿越砂层、淤泥质土等特殊地质构造地段应用泥水平衡顶管施工工法，可达到良好的效果。
特征：
刀盘将切削的土壤送入泥水仓，然后由送水泵将具有一定浓度的泥水送至挖掘面，通过刀盘充分搅拌后由排泥泵经排泥管道将泥水送至地面泥浆池，经沉淀或分离后泥浆可重复利用，残渣外运；掘进过程通过刀盘以及顶速平衡正面土压力，调节循环水压力用以平衡地下水压力；采用流体输送切削入泥仓的土体，顶进过程中不间断，施工速度快；无需土质改良或降水处理，施工后地表沉降小。通常泥水平衡顶管的主要设备有：掘进机、主顶设备、测量设备、井内旁通、控制系统等；辅助设备包括：泥水处理设备、注浆设备、中继间等。
4、施工方案
4.1泥水平衡顶管施工工艺流程及构造做法：
4.1.1污水管道工程顶管施工泥水平衡顶管施工排泥系统
泥水平衡顶管施工排泥系统
4.1.2泥水平衡法顶管施工工艺流程
泥水平衡法顶管施工工序
4.1.3顶管施工泥水平衡法施工示意图
泥水平衡顶管工法示意图
4.2施工准备
主要机具设备材料准备如下：
5、泥水平衡法顶管施工操作要点
5.1工作井
5.1.1工作井位置的选择应根据管道设计、地形、地层结构、施工环境条件等因素选定。
5.1.2工作井的开挖深度应满足顶进设备轨道高程及基础厚度的要求。
5.1.3工作井的结构及支撑应根据开挖断面、挖深、土质条件、地下水状况及总顶力等进行施工设计。
5.1.4工作井前壁上应预留顶管入土洞口，洞口中心应与管道中心重合，洞口直径宜大于顶管机刀盘直径2～5cm。
5.1.5工作井应采用钢筋混凝土护壁，工作井内应设有集水坑。
5.1.6根据施工设计搭建用于吊运和防护的工作平台，工作井上的平台孔口的尺寸满足管子及弃土吊运空间所需。依据管重及其他附加荷载计算选用工作平台承重主梁。依据起吊设备能力及起吊物重量核算起重架。垂直运输设备必须按施工中最大起吊重量选型，且符合起重设备使用的有关规定。起重设备设专人检验、安装，并遵守安全操作规程。
5.1.7工作井应设防雨棚，有良好的施工照明条件。
5.1.8顶管完成任务后，应及时拆除、清理工作井，并进行井室等施工作业，经检验合格后及时回填。
5.2设备安装及试运行
设备安装前，根据设备的操作要求及施工方便的原则确定各设备的安装位置、各种管线和电缆的铺设位置及走向等。对设备的吊运、安装顺序进行计划和安排。
5.2.1设备的安装
5.2.1.1主顶设备底盘的安装应支撑牢固，防止产生受力变形或位移。底盘的调整的定位宜在将顶管机吊运至底盘导轨上后进行。
5.2.1.2主顶设备液压系统宜设置在主顶设备附近以便于操作，液压软管接头连接清洁无污染。
5.2.1.3吊运完成后，调整底盘及顶管机机头的位置、高程、中线、仰俯角、旋转角等。
5.2.1.4工作井总电源闸箱及用电设备必须执行三相五线制，且安装漏电保护装置，工作坑及管内使用36V以下的照明设备；总电源的匹配大于顶管施工过程中需同时运行的全部设备功耗之和；长距离顶管时须考虑电缆的电压降。顶管机头内应设有应急照明电源，顶管机机头、工作坑及地面设备之间设置通讯联络设备。
5.2.1.5工作井内测量仪器的基座不能固定在主顶装置底盘、工作井后背或其他可能在顶进受力时产生变形或位移的基础上，应安装在独立的固定基座上，以减少重复移动和调整次数；宜使用激光经纬仪或激光指向仪与安装在顶管机内的激光目标靶共同组成方位误差测量系统，对顶进的高程的轴线误差进行全过程的监控。
5.2.1.6泥水分离系统及注浆系统应安装在地面上适当的位置，符合便投料和排放所需落差的工艺要求。
5.2.2设备试运行
设备试运行之前，应对设备的安装，各种管线、电缆的连接进行检查，确认安装和连接无误后方可接通电源。
设备的试运行应遵照设备说明书进行。通过试运转查找和消除设备可能存在的所有问题，确认其处于完好状态。主要包括以下内容：
5.2.2.1加载的情况下，电源电路开关的接通、切断工况试验的检查。
5.2.2.2液压系统控制阀件的动作灵敏、正确，特别注意有无控制电路反接的现象、操作台显示动作与实际动作是否一致。
5.2.2.3设备润滑和密封系统供油正常，油路畅通，供油压力可在设定的范围内调节。
5.2.2.4刀盘正反旋转动作正确，无异常响声。
5.2.2.5纠偏千斤顶的伸缩动作正常，编组动作与操作台显示一致。试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。
5.2.2.6顶进千斤顶伸缩动作正常，试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。
5.2.2.7泥水处理系统、注浆系统输送泵的试运转符合设备说明书的规定。
5.2.2.8对注浆管路进行加压试验和检查，保证管路畅通、无泄漏。其调试顺序为：将操作台输出电缆分别与对应的接口接好以后，逐步送电，观察各仪表电压值是否正常；然后依次送电检查各设备运行状态，送水泵、排泥泵、抽水泵以及搅拌筒电机旋转方向，排泥泵的调速系统是否正常，若旋转方向相反则调换该电机两相电源线，若发生异常声音或气味，立刻停电检查故障原因，尽快排除；注浆泵一般采用螺杆泵，不能在无浆液下运行，在调试或运行之前先用管钳扭动转轴，待灵活以后可加水运转，看泵的旋转方向与出口压力；将掘进机各电缆接好，开启操作按钮、动力按钮，并使后方动力站运行（运行前检查油箱内油量是否充足，有无污染）；调速旋钮拨至10位,千斤顶切换成伸出，逐渐将调速器拨至0位使全速运行，全部伸出以后再退回，反复操作1-2次进行排气；关闭后方动力站，打开机内动力站，刀盘运行，TV开，看刀盘旋转方向是否正确，转矩仪是否正常，将转矩仪设定于0位，看报警系统是否正常，倾斜仪指示情况，开、关旁通阀和止水阀，动作是否灵活，操作纠偏控制旋钮，观察纠偏指针在光靶上移动的情况，能否达到最大位置；关闭机内动力站，待机10-15分钟，观察掘进机破碎锥体内有无油滴滴下，若有少量渗出无滴下，可视为合格，停止刀盘运转，TV及动力回路操作回路；拆除掘进机电缆线，可以吊装掘进机于导轨之上，准备顶进。
5.3顶进
设备安装、调试和试运行正常后开始正式顶进。
5.3.1初始顶进
我们把从破洞一直到第三节砼管全部推进入土中的全过程称之为初始顶进。在顶管施工中，初始顶进是一个至关重要的阶段，它的成败将取决于整个顶管过程的成败。
我们把初始顶进分为以下几步：
第一步是破洞。在破洞之前，洞口必须要有防止土体或砂层塌方的措施。在土质均匀的黄土中顶进时，一般洞口采用砖砌封门；
第二步是让顶管机入土。当封门破除后，可把顶管机刀盘开动，用主顶油缸徐徐把顶管机推入土中。这一过程中应注意防止刀盘嵌入砂土中不转而顶管机壳体旋转，我们采取了控制顶进速度和在顶管机左右两侧加设角撑的办法来防止其旋转。
第三步是将机头后方的两根砼管与机头管连接，形成一个整体，用来控制顶进段的高程和中线。至此，初始推进工作完成，此时应停下来进行一次全面的测量，并把测量数据绘成曲线，便于分析。
同时，在初始顶进中还需注意，应在初始顶进的后期方可以进行正常的方向校正工作，这是因为如果当第一节砼管尚未与顶管机后壳体联接时进行纠偏，这时顶管机的前壳体已在土中，后壳体沿在导轨上，纠偏时前壳体不动，后壳体则有可能偏离导轨，不仅起不到纠偏作用，反而会带来更多的麻烦。在初始顶进阶段若非要纠偏不可，这时也只能用纠偏油缸推出（即用纠偏油缸伸出），而不能用纠偏油缸拉（即不能用纠偏油缸缩回）。
5.3.2顶管机刀盘转速和扭矩控制和调整
5.3.2.1在顶进过程中，根据土质情况和顶进效果进行刀盘转速和扭矩的控制和调整。
5.3.2.2正常顶进情况下刀盘应调至高转速、中低扭矩的状态工作，以获得较好的泥水分离效果。在施工中需停止刀盘回转时，应先停止顶进，让刀盘回转一段时间，观察到刀盘工作电流（或工作油压）开始回落后方可停止刀盘回转。在顶进过程中发现刀盘工作电流（或油压）异常上升时，应降低顶进速度或停止顶进，待刀盘电流（或油压）平稳后再按正常速度顶进。
5.3.2.3当顶管机头发生自转时，应将刀盘回转方向调至与顶管机头自转相同方向进行顶管机头的旋转偏移纠正。
5.3.2.4刀盘的重新起动应采取一切可能的措施降低起动阻力，在确认不会对设备造成破坏或进一步加大顶进困难后，方可加大扭矩起动刀盘。
5.3.3顶进设备操作
5.3.3.1顶进设备的操作应按前方顶进反馈的控制信息要求实施。
5.3.3.2初始顶进或中途停机重新顶进时，都应遵循从低速到高速的控制原则。
5.3.3.3顶进速度应尽量控制平稳，尤其要避免顶速突然加大的现象。
5.3.3.4对顶进过程中出现的任何工作油压波动都应及时分析原因并采取相应措施。
5.3.3.5遇到下列情况时应立即停止顶进，及时分析原因并采取相应措施，处理完善后再继续顶进：
a.顶进顶力骤升或顶力达最大值时；
b.后背发生位移或后背开裂时；
c.千斤顶油管不通或油泵工作不正常时；
d.进水排泥管路不畅时；
e.监视器工作不正常时；
f.激光经纬仪工作不正常时；
g.砼管出现裂缝或破损时；
h.洞口止水圈漏水时；
i.电路发生故障时。
5.3.4泥水控制
在泥水平衡顶管中，泥水管理尤其重要，在正式开始顶进前需做必要的计算，来确定泥水的主要技术参数。泥水管理问题包括流量、流速、压力、相对密度等管理。
5.3.4.1流速和流量：
流速太小泥砂就会在管内沉淀，引起管道的堵塞，排水泥砂中含有较大的颗粒，当粒径大于排泥管内径1/3时，排出有困难。为了不引起管道堵塞，流速必须大于一定值，该定值为临界流速，当排泥管公称直径为MM时，其临界流速为2.2-2.4M/S，而流量Q为：
Q=V*S
=（.3/2*10-3）2*π*(2.2~2.4)≈0.～0.M3/s
=1.15～1.25m3/min
（.3为公称直径MM管的实际内径）为了保险，而实际流速大于临界流速，取Q≥1.4M3/min
5.3.4.2泥水压力：
由排泥管总长度和挖掘面地下水压力决定。
L=L1+L2+△L+H1+H2L：排泥管最大长度L1：推进最大距离L2：基坑到沉淀池距离
△L：由阀，弯头引起损失折算成的长度，一般取10～20M。H1：基坑深度
H2：沉淀池排泥口到地面高度扬程损失：HF2=L*△HF2
△HF2：每米扬程损失，取0.～0.。
损失压力：△P=ρgHF2其中ρ：泥水密度
g:重力加速度
泥水压力：P=PW+△P+（0.1～0.2）PW：地下水压力
覆土浅取0.1，覆土深，地下水位高取0.2
5.3.4.3泥水浓度：
根据地质情况，在渗透系数较小的土层中，泥水比重可控制在1.05以下；在渗透系数适中的土层中，必须保持泥水稳定，即泥水中除必须含有一定比例的粘土外，还须加一定比例的膨润土，保持泥水稳定，泥水比重控制在1.05～1.10之间；在渗透系数大的土层，浓度太小泥水会渗入土层，致使泥水压力无法建立，无法排泥，为了保证压力水不易渗透到土层中，泥水的浓度应适当增加，泥水比重控制在1.10～1.20之间，在挖掘面上使泥膜快速形成，从而使泥水压力有效控制挖掘面保持正常稳定状态，而泥水循环利用会损失一些粘土，这时要不断地向循环水中加粘土或膨润土来补充。
5.3.5纠偏操作
顶进过程中的纠偏是顶管作业质量好坏的关键，若操作不当，可能造成顶力骤升、管接口破损，严重时可能造成管道无法顶进，引发严重的安全、质量事故和重大经济损失，尤其是在砂层中顶进，管道极易因为泥水过度冲刷造成顶管机机头下沉，因此，对于顶进过程的纠偏显得尤为重要。
当监视器中光点发生显著变化时，应停止顶进，测量人员须下坑对经纬仪进行重新校正复核，查找是否属仪器被触碰或震动所致；若不是，须进行原因分析，并会商处理办法。顶进工程中，操作人员应随时监测监视器各项数据的变化，并及时记录，在分析记录数据的基础上进行纠偏。
顶管过程中，操作人员必须对顶管各项数值进行纪录，顶进记录应做到记录准确、清楚、完整、及时，顶进记录每顶进一根管子记录数据不得少于一次，每班次不少于6次，尤其是交接班前，无论该管子是否完全顶进都应进行纪录，交接班必须履行交接班手续，测量人员应相互沟通。
测量人员应对激光经纬仪进行每作业班次不少于两次的校核，并保留校核纪录。
5.3.6顶进过程中工作井管理
工作井是管子安装、顶进、泥水处理、测量等交叉作业的区域，应制定工作井管理制度。
5.3.6.1应合理安排施工作业顺序并做好施工人员的调配管理，各道工序操作应有专人负责，职责分明。
5.3.6.2顶管机、中继间、工作井内以及地面上设备的操作应有统一的施工指挥，按约定的信号操作，并设有报警信号。
5.3.6.3管子吊运的方式、吊具强度及合理性等应经检查确认安全可靠。管子从工作坑平台上吊运到主顶设备轨道上的过程中，应有相应措施保证施工人员的安全，并防止可能对管子造成的损坏。
5.3.6.4管子吊运到主顶设备轨道上后，应进行管端密封圈部位的清洁和润滑处理，并调整好管子接口同心度。管子对接宜借助主顶设备缓慢奖管子顶入，应注意检查密封圈的情况，防止被挤不或挤出。
5.3.6.5管内泥水输送管道应做好密封，防止漏水。定时检查管道是否畅通，防止管道堵塞，保证泥水的正常输送。
5.3.6.6顶铁应有足够的刚度，顶铁上有锁定装置；顶铁的安装必须保证对位准确，防止千斤顶活塞杆偏心受力；边圈与管口之间应采用缓冲材料衬垫。
5.3.6.7施工过程中应注意防止顶进千斤顶活塞杆被硬物撞伤，应及时清除洒落在活塞杆上的泥砂和污物。
5.3.6.8施工过程中应注意保护好测量基准点及固定在工作坑内的激光测量仪器等，测量点及测量仪器应定时或定况进行校核。
5.3.6.9施工过程中应避免出现互相干扰的交叉作业。
5.3.6.10每根管子顶进完毕后，进行电缆、泥水输送管、注浆管等的断开和穿过管子后再接通作业时，应注意如下事项：
a．电缆断开前应先切断电源。
b．电缆插头拔下后应做好插头防护，防止被泥砂污染和遇水。
c．电缆再接通前应检查插头是否清洁、干燥。
d．泥水输送管、注浆管等的断开前应停止泵送、关闭阀门。
e．在操作过程中应注意防止各种电缆和管线被挤坏。
f．各种电缆和管线的分布应避免因顶进设备等的移动受到扯拽。
5.3.6.11施工现场应设置管子存放区，管子应排放整齐，以方便管子的吊运下管。
5.3.7施工指令及记录
5.3.7.1泥水平衡顶管施工应有统一的施工组织和现场指挥，顶进指令、纠偏指令、停止指令的下达应由有关负责人做出。
5.3.7.2顶进应昼夜连续进行施工，除顶管机停机正常维护或不可抗拒情况下，不得停止作业。
5.3.7.3每班均应填写施工记录。施工记录应包括长度、顶力数值或油泵压力数值、管位偏差及其校正情况、土质水位变化及出现的问题的应注意的事项。交接时应将施工记录向下一班交接清楚。
5.3.7.4应设专职人员对顶管施工设备进行定期保养和日常维修，做维修保养记录。设备的保养和维修应符合设备使用说明书的要求。
5.4测量与监控
5.4.1编制测量及监控方案
顶管施工开始前，应根据设计文件规定的工程内容与现场环境条件及顶管施工特点编制工程的测量与监控方案，主要包括：
面与高程控制测量方案。
工作坑内及管道内控制测量方案。
顶管施工中的测量项目、内容、要求。
顶管贯通前的测控方案。
地面及周边建筑物隆沉监控方案。
5.4.2高程及中线误差监测
5.4.2.1泥水平衡顶管施工测量应建立地面及地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核、易于保护处。
5.4.2.2为了实现对前端顶管机偏离轴线的动态监测、提高施工测量效率并与机械化顶管技术相适应，泥水平衡顶管应采用激光导向进行监控。
5.4.2.3宜以激光测量数据作为顶进过程中判断前端顶管机高程及中线误差的主要依据。在施工经验不足的情况下，应使用水准仪和经纬仪进行高程和中线误差的校验测量；这种测量方法还用于对顶进管段高程及中线误差的测量。
5.4.2.4使用水准仪和经纬仪对顶管机进行测量应安排在工作间隙进行，在纠偏过程中应增加测量次数，反之在顶进正常情况下可减少测量次数。
5.4.2.5每完成一节管子的顶进，应测量一次管中心线和高程；每个接口应测一点，有错口时测两点，并形成文件。
5.4.2.6工作坑与接收坑贯通后，应进行管道最终验收测量。确定管道的中心线与管底高程、井位位置。
5.4.3地面隆沉情况监控
对顶管施工中地面隆起情况进行监控，监控应符合下列要求：
a.控基准点应设在施工影响区域外，并具有良好通视与防干扰条件。
b.隆沉观测点应沿顶管机前进轴线方向对称安排布置，具体布设尺寸应结合初始顶进试验，由施工设计确定。
c.对需要保护的建筑物、构筑物等应设监控点。
d.对已完成的管段应继续进行隆沉观测，观测间隔时间按控制测量方案确定。
5.4.4数据记录与反馈
准确填写顶管施工过程中每次及最终测量数据，形成完整的测量记录。每次测量、监控的轴线误差与地面隆沉数据，并及时进行纠偏。
5.5触变泥浆与填充注浆
5.5.1制定方案
触变泥浆的加注应按施工方案进行，顶管完毕应通过注浆进行管外空隙填充和泥浆置换。施工方案应包括以下内容。
a.浆配合比、注浆时及注浆压力确定。
b.制备和输送泥浆的设备及其安装规定。
c.注浆系统及注浆孔的布置。
d.顶进洞口封闭泥浆的措施。
e.填充注浆和泥浆的置换。
5.5.2加注触变泥浆
5.5.2.1顶管机外径宜比顶进管子外径大2～6cm，注浆后使土体与管子间形成10～30mm厚的泥浆环。
5.5.2.2应根据管道直径、土质条件、计算注浆量等确定每个注浆面上注浆孔的数量。
5.5.2.3注浆应从顶管机后的第1、2节管开始进行，并通过对注浆分闸门的控制，使管道的前端在顶进过程中始终得到注浆补充。
5.5.2.4进过程中还应通过后续管子的补浆孔进行补浆，补浆孔的间距和数量取决于土质、顶速等，宜相隔2～5节管子布置注浆孔。
5.5.2.5注浆压力因管道上方土体的塌落程度、土体的渗透系数以及注浆管路沿程压力损失等而存在差异，注浆压力控制宜遵循以下原则：
a．浆液能以较平稳的工作压力连续注入。
b．防止浆液窜入管道内。
c．注浆压力的上限不允许超过管道上方覆土的承压能力。
5.5.3填充注浆
顶管终止顶进后，应向管外壁与土层间形成的空隙，或减阻触变泥浆层进行充填、置换，保障被穿越的地面构筑物安全。注浆应符合下列要求：
a.应由管内均匀分布的注浆孔向外测空隙压注浆液；注浆应与地面监控相配合，应采用多点注浆将管道与土层的间隙充分填满，注浆量宜按计算空隙体积的%控制。
b.浆压力应根据管顶覆盖土层的厚度计算或试验确定，宜为0.1～0.3MPa,砂卵石层宜控制在0.1～0.2MPa。
c.注浆结束后，应在规定时间内将注浆孔封闭。
5.6中继间顶进
使用中继间接力顶进是长距离顶管的重要技术措施，随着顶进距离的增加，管壁与土体的摩阻力随之加大，虽然利用触变泥浆可以减阻，但其作用毕竟有限。长距离顶管应设置中继间，采用中继间接力顶进技术，可提高一次顶进的距离，并减少工作井，降低施工成本。
5.6.1应根据顶进作业总顶力的计算和顶进管材的管壁承受能力等在施工方案中确定中继间的设置及其使用数量。
5.6.2中继间应符合下列要求：
a.具有足够刚度、卸装方便，在使用中具有良好的连接性和密封性；
b.中继间的设计最大顶力不宜超过管子承压面抗压能力的70%；
5.6.3中继间应在主顶设备顶力达到中继间设计顶力的3/4前使用。
5.6.4中继间的液压设备与工作井顶进设备宜集中控制。顶进时，距离顶管机最近的中继间先顶，其他的中继间保持不动，在所有中继间依次完成顶伸后，工作井内主顶千斤完成最后的顶进作业。
5.7顶管机的接收
5.7.1接收井一般设在管线的检查井位置。接收井的开挖、支撑方式与工作井类似。在有地下水地段应进行降水处理。
5.7.2接收井的尺寸应满足顶管机与首节管子脱离后进行设备检查、维护及吊运所需空间要求。
5.7.3接收井应预留顶管机出洞口，洞口直径宜大于顶管机直径10～20cm。
5.7.4顶管机临近接收坑井壁1～2m时，应调整、控制顶管机顶进速度，加密对顶管机轴线的测控。
