浅谈气压平衡顶管在城市排水工程中的应用

刘洪

摘 要：文章结合工程实例，对气压平衡顶管在城市排水工程中的具体应用进行了分析。

关键词：气压平衡管；排水工程；应用

随着社会的日益进步和经济的快速发展，城市排水量持续增长，污水排水管的管径也在逐渐增大，这就对排水管的施工提出了更高的要求，顶管施工是城市排水工程中一项重要的施工技术，在施工过程中必须不断的加以完善，这样才可以符合当前不断发展的排水工程的需求。下文将重点介绍气压平衡顶管在城市排水工程中的具体应用。

1 工程概况

长沙引水及水质环境工程一标段地处长沙市圭塘河西岸，东边为圭塘河防洪堤，其建筑物较为分散。为了能够保护建筑物，对于地下顶管施工方案进行了初步的拟定。这一标段的土含水量十分大，土质较为复杂，有些地段的管道轴线上部有很多淤泥，并且有大于Φ500mm的树木以及块石。为了能够确保管道顺利顶进，将管道顶进过程中存在的障碍物清除，并且保证地表不会出现沉降，管钱不出现塌方，管内不会存在安全隐患，土方开挖出来之后含水量不大，外运起来方便，经过对多种方案进行比较，选用了气压平衡顶进方法对管道进行施工。

2 气压平衡管施工

2.1 气压平衡管的施工特点

跟泥水以及土压施工进行比较，气压平衡顶管的特点主要有：地下的水十分丰富，如果土质的含沙量很大，那么机头前边的密封仓内的压缩空气就能够从缝隙中把地下水排出，从而形成没有水的比较干燥的环境，这样一来可以防止由于含水量太大而导致管内出现塌方。因此，在顶进的过程中不能过大的扰动土层，还需要准确控制出土的数量，挖运出的土的含水量不会很大，外运起来也比较方便。然而由于压缩空气很容易出现渗漏，所以对于土质以及周边的环境都有一定的比较严格的要求。

2.2 气压平衡管的施工适用范围

气压平衡管比较适合于在含水量十分大的粉砂层施工，而且其管道的上部有着厚度较好的覆土层，或者还有一层能够组织气压泄露的粘土层。要是覆土层深度不够，而且透气性比较好的话，土质就会有较好的渗透性，如果出现长时间的失水其内聚力就会失去，导致挖掘面的稳定性缺失，从而造成坍塌现象，这是不适合采用的。

2.3 气压平衡顶管施工的分类

一般情况下，气压平衡顶管施工主要包括局部气压平衡顶管施工以及全气压平衡顶管施工。

局部气压平衡顶管施工中，其压缩空气只可以在挖掘面上发挥作用的一种顶管施工。顶管掘进的中部会设置一块隔板，这块隔板将掘进机分成了前舱和后舱。通过管道将压缩空气送入气压舱中，从气压舱中挖掘的土运用螺旋输送机来送出，恰好螺旋输送机里面的土可以起到土塞的作用，把气压舱里面的压缩空气给堵住，与此同时还能够把土输送出去。局部气压平衡顶管施工属于比较特殊的半机械式顶管施工，基本上施工人员都是在常压下进行作业的。

全气压平衡顶管施工主要是在顶进管的前边的机头立面设置两道气压密封门。把第一道舱门关闭，把压缩空气充进前舱，压缩的空气渗透到正前方土层的缝隙当中，把工具管前边土层里的地下水从土壤中的空隙中排挤出来，这样一来便可以为工具管施工创造一个较为稳定的无水的环境。与此同时，气体的压力对于机头前的土体的开挖面也起着支撑的作用，使其能够保持稳定而不出现坍塌。之后把第二道舱门关闭并把压缩空气充入进去，等到前边和后边两个舱的压力相等的时候，再把第一道门打开，使管道往前顶进。把挖出的机头钱的土运往两道舱门之间的转运舱里边，把第一道门关闭，再把第二道门打开，保持管道和后舱相通，把土转运至工作井之外。管道是一边挖一边顶的，开挖的量和顶进的长度是要互相匹配的，全气压平衡顶管施工是一种人工施工法，施工人员必须要带压进行施工。

长沙引水以及水质的环境工程一标段管道的轴线处于粉质细砂和泥质粉砂岩中，而且有些地区还有很多大于φ500mm的树木和块石，所以，为了能够把所有的障碍物都清除干净，运用了全气压平衡顶管法来进行施工。

2.4 全气压平衡顶管施工的工艺流程

3 气压平衡管施工过程中的控制要素

3.1 施工过程中气压的控制

为了能够确保管道上的建筑物和构造物、地表不会由于管道带压顶进而出现隆起或者沉降现象，一定得对气压的大小进行控制，对于气压，其计算公式为：

P′=βP

公式当中的P′指的是选用的气压；β指的是经验系数；P指的是地下水在平衡点的压力。

经验系数的P在取值的时候主要依赖于土质，土质不同P的取值也就不行同，通常情况下，其取值范围如表1所示

表1

与此同时，气压的大小还有一个基准点，平衡地下水压力或者压力都需要把这个基准点当作标准，一般，<φ2000mm的顶管，其主要是以管道的轴线为基准点，>φ2000mm的顶管，其多把顶管以下2 /3的管外径作为基准点。之外，还应该对土质的透气性进行考虑，如果土中顶管透气性好较好，所选的气压距地域平衡点的地下水压。

3.2 中继间数量和位置的控制

由于本工程被建筑物影响，井段的距离很大，井段距离过大，W 360#～W 364#段的距离为250m。为确保顶进时管道不会磨损，要依据实际对顶力进行计算，并设置中间继。其计算公式为：

（i：中继间数量；F总顶推力；Fimax：中继间最大顶推力；η：效率系数）

4 气压平衡管施工中常见问题及解决方法

4.1 气压外泄

施工时，由于管道中线与离圭塘河距离近。河道内睡眠出现气泡，检查发现时气压外泄。由于漏气不太严重，采取了丢砂包方法来处理。对于这种临河的管道穿越粉砂层现象，开工前要给管道周围注浆，形成封闭气压舱，防止气压外泄。

4.2 中继间发生折点

在施工过程中，由于中继间油缸的形成比较长，所以中继间处会很容易产生一个较为明显的折点，使得管道的方向不好掌控。因此，应该对油缸的形成加以控制，一般情况下，建议控制在三十厘米。

4.3 中继间回缩

如果覆土深面管径大，由于中继间和液压顶的距离比较近，中继间断面所受的力比较大，很容易发生油缸后缩。为了有效防止此种现象，液压顶需要和中继间保持适当的距离，另外，还需要在中继间油缸的回油路中安装单项背压阀。

4.4 注浆减阻效果不明显

在施工的过程中，前后两次的顶进推力是有很大差距的，所以注浆减阻的效果看着也不是很明显。检查后发现，在这一时间段内，存在着注浆停止或者吸浆量非常小的现象。所以，需要采用膨润土触变泥浆，并且其比重还应适当，这样可以让管道的四周形成浆套。在对注浆孔注浆之前要先将其清洗干净，运用压力表对注入的浆液量进行控制，同时还应该时常随管道四周进行浆液补注。

5 结语

伴随着城市的不断发展和社会化进程的加快，为了使城市的地下官网配套设施能够更加完善，气压平衡顶管将更加广泛的应用于排水施工中。然而因为气压平衡顶管有着特殊的施工要求，在具体施工中，必须要对工程的地质、土的粒径及组成等与工程有关的各种情况进行认真的分析，保证施工的每一道工艺，并对其压力进行严格控制，从而使气压平衡顶管的优越性得以充分的发挥。

参考文献

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