关于泥水平衡顶管施工技术研究

摘要：泥水平衡顶管施工技术可以在保证质量的前提下缩短工期。在小直径顶管和土体地下水位较高时，该技术更显出优势。

关键词：泥水平衡；顶管施工；技术

1.泥水平衡顶管简介

1.1工作性能

用泥水压力来对管周水压力和土压力进行平衡，就是施工理论基点。这个施工的技术特点有如下几点：

1.1.1对于挖掘面的稳定可以有效的进行保持，扰动管周土比较小，对地面沉降的控制有很大的帮助；

1.1.2纠偏可以在上、下、左、右进行，施工的精度很高，纠偏角最大在2.5%；

1.1.3它比较起其他类型的顶管，有比较小的施工总推力，更加突出的是在粘土层，因此，长距离顶管是很适合的；

1.1.4作业环境在工作坑内比较好，也会有比较安全的作业，机头前端刀盘切削土体，通过搅拌装置，把土体搅拌成泥浆，利用进、排水系统，把泥浆输送到地面泥浆罐内，它用泥水管道完成弃土工作，不存在吊土、搬运土方等作业，它在大气常压下作业，无气压顶管带来危及作业人员健康的问题；

1.1.5连续进行作业，进度快，顶进速度达12cm/min；

1.1.6有简单的维修保养使用，很小的噪音以及震动。

1.2适用范围

1.2.1在软土、粘土、砂土、砂砾土、硬土中都能够适用，土质的适用范围比较广，破碎土体的能力比较强，在破碎大粒径土体中也很适用，特别能适用在地下水压力很高并且范围较大的时候。另外，不需要在复杂地质情况对辅助措施进行增加。

1.2.2适用小口径顶管施工，一般在管径小于1350mm时采用。普通小口径顶管机因内部空间狭小，不适宜人员进机内工作。泥水平衡顶管在地面遥控操作，克服了上述弊端，还可提高施工质量。

1.3 NP1000型泥水平衡顶管机

NP1000型泥水平衡顶管机的基本情况如下：

1.3.1地面操作系统在施工中被采用，因为其安全、直观、方便、结构紧凑；

1.3.2土体经过切削系统、搅拌系统，通过进排水装置拌和后由输泥管输送到地面。

2.泥水平衡顶管机工作基理

通过对泥水仓的送、排泥水量的改变以及排土量需要顶进速度来进行控制，使泥水仓内有稳定的泥水压力值。并且在设定的范围内进行控制，以达到稳定的开挖面和周边土体，这就是工作基理。

2.1泥水平衡功能

泥水平衡输送系统有如下三项功能：

2.1.1对于管周土体和地下水压力的平衡，要通过泥水压力来进行，以保证开挖面的稳定；

2.1.2刀盘切削下来的土体在泥水仓内进行混合后，由泥水管路输送到地面，水经泵压由送水管送入，与进入泥水仓的切削土（或土水混合物）混合后，通过排泥泵经排泥管送至地面；

2.1.3泥水需在泥水仓内形成一定的压力，此压力需比顶管机处的土层的土压力和地下水压力之和高Δp，通常为0.015MPa～0.02MPa，顶管机上部的泥水平衡压力是P3，底部的泥水平衡压力是P，如果设γW为清水比重，γ为泥水比重。

2.2泥水控制原理

运用调节器和执行机构泥水平衡控制和被控制对象构成闭环负反馈。

根据被控参数的测量值与给定值之间的偏差，对执行机构进行控制，以达到控制泥水平衡目的。

2.2.1掘进状态

（1）当掘进机停止工作时，从土层中或者洞口及其他地方要防止泥水的流失。否则，挖掘面就会没有稳定性，特别是在出洞这一段时间内对于洞口水圈要更加防止其漏水。

（2）在掘进工程中，地下水压力的变化是我们应该要特别注意观察的，并且还要采取相应的对策和措施，只有这样，对于挖掘面才能保持其稳定。

（3）在顶进过程中，要对挖掘面的稳定性进行随时主义，不仅要对泥水的浓度和相对密度的正常程度进行检查，还要对进排泥泵的流量及压力的正常与否进行注意。对于排泥泵的排量应该防止其太小，对排泥管造成淤积和堵塞现象。

2.2.2造成排泥水流量的变化就是排泥水密度的变化引起的，这种变化会对切口水压调节器的泥水平衡控制负担有所增加。所以，排泥水流量的稳定是由排泥水流量调节器来进行的，起到间接控制泥水平衡的作用。排泥水流量调节器控制P2泵的转速，使排泥水流量达到设定值。

2.2.3部分泥浆压力通过切削及搅拌系统进入顶管机机身及尾部，对在顶管机后面几十形成完整的泥浆套有所保证，在管周起到注浆减阻的作用。

3. 顶管施工

3.1顶管施工设备

顶管设备要根据土层、地下水等情况进行选择。演算所需顶力防止管道顶进时顶力不足。

3.2测量装置的安装

工作坑后机架中部安装测量台，台上放置激光经纬仪。

3.3顶进

顶进分为初始顶进和正常顶进两个阶段。从顶进开始到第一节管子接上，并与顶管机连接好之前称为初始顶进，此后顶进称为正常顶进。

采用触变泥浆减阻时，应编制施工方案，并应包括泥浆配合比、压浆数量及压力的确定；制备和输送泥浆的设备及其安装规定；注浆工艺、注浆系统及注浆孔的布置；顶进洞口封闭泥浆的措施；泥浆的置换；注浆孔的布置。

3.3.1初始顶进

注意对顶管机和基坑导轨的接粗情况是否正常的观察，若是不正常顶进就要停止，要及时进行纠偏，并且在原因进行分析以后，再决定对顶进还是否要继续。启动刀盘、打开进回水系统，出水管正常出泥浆后，顶镐逐渐顶进，速度小于30mm/min，若是有异常要马上停进。

3.3.2正常顶进

在正常顶进中，开顶前要对进回水系统进行观察，看它是否正常，然后将进回水的截止阀打开，把旁通阀关闭，再对出水口进行观察，看它是否正常，泥水仓水压是否正常，正常后开动千斤顶顶进。顶进过程中，严格控制泥水仓的压力，刀盘扭矩电流。

3.3.3顶管机进洞、顶管结束

顶管工作在顶管机进入接管坑以后就结束了。对机头在必要的时候进行拆卸，在出基坑的时候进行分节的方式，这样就可以对机头的顺利吊出基坑有所保证。

参考文献：

【1】李连虎.泥水平衡顶管施工技术研究[J].交通标准化2011，（06）.

【2】李辉；侯延祥.大口径长距离土压平衡顶管掘进技术在港口施工中的应用[J].港口技术2010，（04）.