浅谈泥水平衡顶管施工技术

龙明华，李培国，汤宇，周军强，王满谷

（1.中铁五局集团第一工程有限责任公司，湖南 长沙 410117；2.中铁发展投资有限公司，山东 青岛 266034）

顶管施工技术目前广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等，顶管施工具备周期短、成本底、安全系数高等优点，在市政管道工程、电力电缆管道以及通信管道等地下工程中应用广泛。由于地下地质条件复杂，同一埋层有多种地质出现，顶管施工技术要求高，实现难度大，随着社会的发展，环境的保护和文明施工的要求，促进顶管施工技术进一步发展，已形成了一个新兴产业。

1 工程简介

青岛市地铁8号线胶州北车辆基地电力迁改工程电缆隧道采用顶管穿越G15沈海高速，顶管与高速公路交叉角88°，顶管内径3.0m，壁厚275mm，外径3.55m，每节长度为2m，管节接口为柔性钢承口，采用钢筋混凝土Ⅲ级管,顶管长116m。顶管管材采用“F”型钢承口钢筋混凝土成品管，高速公路路面下顶管敷设深度为13m，高速公路路堤坡脚处顶管敷设深度9.0m。

地质情况以中风化泥质砂岩为主，砖红色，泥质粉砂结构，层状构造，主要矿物成分为长石、石英、黏土矿物胶结，矿物蚀变中等，岩芯呈短柱状～长柱状，柱长10～20cm，遇水后易软化，强度8～9.5MPa。电缆管廊顶管下穿沈海高速公路平面图示意图如图1。

图1 电缆管廊顶管下穿沈海高速公路平面图示意图

2 泥水平衡施工技术

2.1 施工工艺流程

测量引点→施工工作井、接收井→测量放样→井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备安装→地面辅助设施安装→顶管掘进机吊装→激光经纬仪安装→掘进机出工作坑→正常顶进→顶管机进接收坑。

2.2 沉井施工

顶管工作井、接收井为钢筋砼沉井结构。工作井平面为9.1×7.6m矩形，接收井平面为7.5×6.0m矩形，沉井高13.2m。

沉井制作下沉流程：井位放样→开挖2m上层土→测量放样恢复井位→下节沉井钢筋模板制作浇筑砼→养护7天后挖土下沉→上节节沉井钢筋模板制作浇筑砼→养护7天后挖土下沉到位→沉井封底→后背墙砼浇筑。

2.3 泥水平衡顶管施工

（1）设备选型。本工程顶管穿越地质主要为：素填土、全风化泥质砂岩、强风化泥质砂岩、中风化粉泥质砂岩（8～9.5MPa），综合考虑地质条件及施工条件，顶管施工拟采用DT3000带有破碎功能的泥水平衡掘进机头。利用大刀盘转动带动大刀盘周边、正面上的滚刀和刮刀转动切削土体或岩石并搅拌，用清水泵通过进水管冲释成泥浆，通过泥浆泵排放到泥浆池沉淀。顶管结构尺寸：采用钢筋混凝土圆形断面，内径3000mm，外径3600mm，长4120mm。采用多刀盘泥水平衡式顶管机。

（2）泥水平衡顶管设备介绍。顶管机主要由切削搅拌系统、刀盘动力系统、纠偏及液压系统、壳体、机内进排泥系统、测量显示系统、油脂泵及主轴密封、电气操作系统等部分组成。主顶进系统共有6只2000kN双冲程等推力油缸，行程1800mm，总推力12000kN。安装后的油缸中心误差应小于5mm。

（3）泥水平衡顶管机顶进施工工艺。具体顶管施工周期见图2所示。

图2 泥水平衡顶管施工周期

①顶管进洞段施工为顶管机顶进6m范围，具体进洞段施工流程为：顶管进洞的施工步骤：设备调试→顶管机头靠上洞门→破除洞门→切削加固区域内土体→切削原状土、将土压力提高至计算值。②进洞段正常顶进施工。在洞口岩体破除完成后，开始进行顶进施工，由于顶进施工段前方为加固的水泥土，为确保刀盘可安全施工，此时，应适当降低顶进速度。当顶进机进入原土中后，为避免机头下沉可适当提高顶进速度，并将顶进压力大于理论值，从而达到减少顶进给掘进前方土体影响、降低地面沉降量。③进洞段施工参数调整。在顶管正常施工后，可尽量降低水土流失并控制地表下沉；依据地面沉降数据监测结果对顶进参数进行调整，从而优选出顶进速度、出浆量、注浆量、顶进速度以及正面土压力等施工参数，为后续的顶管施工服务。④后座墙。后座墙是给顶进施工提供作用力的结构，在顶进施工中，应始终确保后座墙稳定。后座墙设计是应进行详尽的受力计算，确保后座墙满足后续顶进需要。⑤顶管正常段顶进施工。顶管进洞段6m完成后，即可认为顶管作业进入到正常施工阶段。⑥顶进轴线控制。在顶管施工过程中，应对顶进轴线进行密切观察以及控制。顶进时，每下放一节顶管即对顶进机头姿态进行测定，当发现偏差后应立即进行纠偏，同时控制纠偏量，避免前方掘进土体被明显干扰或者管节间出现明显张角。⑦触变泥浆减阻。触变泥浆有两个作用，一个是减阻作用，另一个是控制沉降作用，在本工程顶管施工中，我们利用触变泥浆在混凝土管周围形成浆套减小混凝土管外壁与地层之间的摩擦力，是顶管施工至关重要的技术措施。根据管节设计图纸，每节管材预留DN25钢管压浆孔6只，与吊装孔成45度布置。管壁外压浆孔覆盖DN25止回阀，内壁压浆孔采用DN25外接头，DN25外方管堵。⑧顶管出洞段施工。顶管掘进机切口距接收井内井壁50cm左右时，顶管掘进机暂停顶进，并在接收井洞圈四个角开孔观察，以确保探测出机头的实际位置，确认机头位置确实落在洞圈范围内时，开始破除洞门。洞门破除后，顶管应迅速、连续顶进管节，尽快缩短顶管机进洞时间。洞圈特殊管节进洞后，马上将钢板与其焊成一个整体，并用水硬性浆液充填管节与洞圈的空隙，减少水土流失。

（4）泥浆置换。在完成顶管作业后，为避免管道出现滞后下沉问题，可采用水灰比为1:1的水泥浆替代顶管过程中的触变泥浆。从第一节管依次向后进行泥浆压注置换顺。在对前一节管进行水泥浆置换时，可先开启后续管节中压浆孔，从而使得触变泥浆在压力作用下从压降孔一次；当压浆孔内溢出浆液为水泥浆且达到一定注浆压力后，方可停止前一节管水泥浆压注，从而实现管道旁触变泥浆全部置换。

3 现场施工情况

青岛市地铁8号线电力管理泥水平衡施工从2018年8月10日开始进洞施工，至2018年8月30日出洞施工完毕，共20天，平均6m/d。施工初期，由于刚进洞，洞内地质较差，基层裂隙水比较发育，司机操作不熟练，工序循环跟不上，工人操作程度不够，平均日进尺2m。随着施工的进行，工人熟练程序，项目部狠抓工序循环考核，施工进度有一个较大的提升，进度达到8m/d。

4 结语

青岛市地铁8号线电力管廊泥水平衡施工，使得我们深刻认识到，泥水平衡顶管施工在强风化、中风化泥质砂岩施工中，尤其穿越高速、铁路、闹市施工中，施工过程中扰动非常小，适应性特别强，施工质量较高，可降低顶管施工过程中的安全隐患，具有传统顶管施工无法比拟的优势。泥水平衡顶管施工进度快、工序比较简单、容易组织，可适合围岩强度不高地层，对加快施工进度有现实的意义。