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摘要：在泥水平衡机械顶管施工中，特别是大管径顶管施工，降低施工成本是最为有效办法。本文结合廊坊市城区污水管网改造情况，分析了泥水平衡机械顶管施工的优越性及顶进施工工艺。
关键词：泥水平衡机械 ，顶管施工技术 ，应用分析
Abstract: in the slurry balance mechanical pipe jacking construction, especially in large diameter pipe jacking construction, reduce the construction cost is the most effective way. This paper based on the langfang urban sewage pipe network reconstruction, analyzed the slurry balance mechanical pipe jacking in jacking construction and the superiority of the process.
Keywords: slurry balance machinery, pipe jacking technology, application analysis
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、引言
廊坊市城区污水管网改造工程是市委、市政府确定的2009年市区基础设施项目的重点工程，也是提升城市发展，加快实现“三年大变样”的惠民工程。该工程的开工建设将有效解决市区东部单位及社区雨后积水影响交通的问题。
项目部负责廊坊市城区污水管网改造第三、四标段工程，本工程采用泥水平衡机械顶管施工。三标总长2498.639米，接收井20座，工作井19座。四标总长2541.328米，工作井17座、接收井16座。作者根据工作实践，从如下几方面分析和讨论泥水平衡机械顶管施工技术及应用前景。
二、泥水平衡顶管掘进技术
泥水平衡式工具管是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力，又以泥水作为输送弃土介质的机械式工具管。
随着工具管的推进，刀盘在不断转动，进泥管不断供泥水，排泥管不断将混有弃土的泥水排出泥水舱。泥水舱要保持一定的压力。使刀盘在有泥水压力的情况下向前钻进。
泥水平衡工具管的基本原理是泥水护壁，在泥水式顶管施工中，要使挖掘面保持稳定，必须向泥水舱注入一定压力的泥水。泥水在压力作用下向土体内部渗透，在开挖面形成一层泥皮。泥皮的作用，一方面阻止泥水继续向土体内部渗漏，另一方面，泥水的压力通过泥皮作用在开挖面防止坍塌。要求泥水密度必须大于1.03。
三、顶管施工的优越性
在泥水平衡机械顶管施工中，特别是大管径顶管施工，工作井和接收井的施工成本占了整个工程成本的45%左右，管道主材和顶进成本又占了整个工程成本的45%左右，其它附属设施成本占了整个工程成本的10%左右。管道主材和顶进成本无法改变，降低附属设备成本起到的作用有限，因此对工作井和接收井施工成本的降低是整个工程降低成本的关键所在。其中工作井的施工成本是接收井的三倍，延长单段的顶进距离，减少工作井数量把部分工作井变成接收井，也就成了降低机械顶管施工工程成本的最有效办法。
顶管具有不可比拟的优越性，在市政项目中应用越来越广泛，但施工难度较大，长距离顶管技术是顶管工程中施工工艺最复杂课题之一。面对新工艺、新技术，为保证在新的领域内给公司交出一份满意的答卷，经过同中国非开挖协会专家排水组组长的商讨、项目部技术人员的理论计算、对实际地质情况的考察、对各施工工序的合理安排，确定了长距离顶管在廊坊地区实施的可行性。三标顶进距离有80米调整为160米，四标顶进距离有80（100）米调整为160（200）米。两标段有11座工作井改为接收井施工，有20座接收井改为骑马井施工。
1.降低工程的施工成本
1.1每座工作井调整为接收井后，减少高压旋喷桩施工1030米，减少工字钢租赁21根，减少土方开挖110m³，取消了后背墙施工，减少砼底板7m³，减少石料回填30m³，打拔机、挖掘机、人工等费用都有相应减少，合计每座工作井约节省15万元。共计：15万/座*11座=165万。
1.2每座接收井调整为骑马井后，减少高压旋喷桩施工200米，减少工字钢租赁10根，减少土方开挖120m³，减少砼底板10m³，减少石料回填30m³，打拔机、挖掘机、人工等费用都有相应减少，合计每座工作井节省4万元。共计：4万/座*20座=80万。
2.加快工程进度
在不考虑基坑施工减少时间的情况下，仅考虑顶管施工转场时间。每次顶管转场的时间为3天，改为长距离顶管后，三、四标减少转场次数15次，共计节省时间45天。在相邻标段顶管完成一半的情况下，我项目部三标顶管全部完成，四标顶管完成60%。得到了甲方、监理及建设局各级领导的好评。
3.减少拆迁对施工的影响
在市政工程中拆迁问题是影响工程进度的一个主要因素，在本工程中尤为突出。改为长距离顶管后部分工作井改为接收井、接收井改为骑马井，减少了占地面积，部分地段可以先施工后拆迁，降低了拆迁对工程施工的影响。
实例一：在三标施工中W13处春城饭店一直不同意拆迁，要求我单位进行赔偿。9月份我方顶管从W12直接顶到W14，避开了W13处拆迁不到位对整个工程进度的影响。到11月份W13拆迁问题才得到解决，而此时三标全段顶管已经完成，40%的工程款已经顺利回款。
实例二：在四标施工中从W13至W30需要拆迁西户屯的房屋和树木，由于拆迁得不到解决工程一直无法正常施工，直到近期才有部分村民同意拆迁，我项目部利用同意拆迁的井位，调整顶进距离合理安排工作井和接收井的位置，避開拆迁不到位的井位使工程能够正常进行。如W14、W16、W17、W22处拆迁问题不好解决，我项目部顶管从W13顶至W15、从W15顶至W18、从W21顶至W23，避开了拆迁对工程进度造成的影响，可以先施工后拆迁，降低拆迁对工程施工的影响。
长距离顶管，有一定的技术难度，由于合理选择了工具管形式，成功解决了进出洞技术、轴线控制等技术，保证了此次长距离顶管的顺利完成，极大的提高了工程进度并且降低了工程成本。建议应该注意的是：（1）当顶管机停止工作时，要防止泥水从土层或洞口及其他地方流失。否则挖掘面会失稳，尤其在出洞时更应防止洞口止水圈漏水。 （2）在顶进过程中，密切注意地下水压力的变化随时调整，来保持挖掘面稳定。 （3）在顶进过程中注意相关设备及系统的运行，如进出泥泵等辅助系统是否正常。
四、顶进施工工艺及其前景分析
1.正常顶进施工
顶进管道前，进行全部设备检查与试运转。护壁上的管孔凿好后将工具管立即顶人土层。每顶进30cm，测量不少于一次，管道进入土层正常顶进时，每顶进100cm，测量不少于一次。工具管开始顶进5～10m的范围内，允许偏差为：轴线3mm，高程0～+3mm。否则要采取措施纠偏。顶进时遵循“边压触变泥浆边顶进，不压浆不顶进”的原则，新开顶时需对整个管路进行补浆。
2.测量与纠偏
测量仪器采用全站仪和激光水准仪。（1）测量频率。顶进第一节管节时为20～50厘米/次，正常顶进时为1米/次，校正顶进时为每顶进半节管测量一次。（2）中心线测量。在工作井边的两方向桩上挂铅锤至工作井底部，在工作井内用激光水准仪照准两铅锤，读管前端的中心尺刻度，若与中心尺的中心刻度相重合，说明其方向准确，否则其差值即为偏差值。（3）高程测量。在工作井内引设水准点，在停止顶进时，将激光水准仪支放在顶铁上，测量前端管底高程。（4）纠偏。工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，当工具头的方向偏差超过5mm，即应纠偏，调整纠偏千斤顶，实现顶进方向的控制。
3.其它有关施工措施
3.1穿墙顶进。顶管出洞口对顶管来说是非常重要的环节，为了顺利顶进，在接收井四周仍然采取了深层水泥搅拌对穿墙管前方2m范围内的土体进行加固，起到挡土、阻水的作用。
3.2触变泥浆减阻。采用触变泥浆进行减阻，通过压入的泥浆在管壁形成泥浆套。泥浆配合比为膨润土：碱：水：0．4：0．02：1（质量比），压浆泵选用L150型，压力保持在0．1～0．2MPa，采用“先压浆后顶进，停顶进勤补浆”、“即压即顶，少量多次”的压浆工艺，每4节管设一道注浆孔，顶进结束后利用注浆孔注水泥浆置换泥浆。
3.3顶管节接头及防水措施。混凝土管采用F型橡胶密封圈柔性接口，氯丁橡胶楔形胶圈，由制管厂配套供应，接头内设止水钢环。当管节正常顶进安成后，管节之间都能达到良好的密封状态。
3.4作业面通风：选用大型风扇作鼓风式通风。
3.5管道严密性试验：顶管施工就是非开挖施工方法，非开挖技术是近几年才开始频繁使用的一个术语，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的拆迁、破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。顶管施工对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。
该技术在北京、上海及我国沿海经济发达地区应用广泛。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。采用该技术施工，能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路的堵塞，而长距离顶管更加减少了施工占地面积，具有显著的经济效益和社会效益。北方城市多为雨污合流管道，随着城市的快速发展，现有排水管道已经无法满足城市的发展需要，顶管施工将会在北方城市有广阔的施工前景。廊坊市城区污水管网改造工程是廊坊市第一次采用非开挖的方式解决城市污水排放问题，把雨污合流改为雨污分流。此类工程将会随着廊坊市的发展逐渐增多。因此对顶管施工工艺的了解和掌握將会为市政公司的发展带来广阔的发展前景。
五、结语
泥水平衡机械顶管施工技术在廊坊市城区污水管网改造施工中，由于各项技术环节考虑充分、全面，各项技术、施工措施得当，管理到位，取得了成功经验。采用非开挖的方式解决城市污水排放问题，将对市政公司带来广阔的发展前景。同时通过施工实践分析得出：采用该技术施工，能减少对环境污染和道路的堵塞，长距离顶管更加减少了施工的占地面积，具有显著的经济效益和社会效益。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：泥水平衡机械 ，顶管施工技术 ，应用分析
Abstract: in the slurry balance mechanical pipe jacking construction, especially in large diameter pipe jacking construction, reduce the construction cost is the most effective way. This paper based on the langfang urban sewage pipe network reconstruction, analyzed the slurry balance mechanical pipe jacking in jacking construction and the superiority of the process.
Keywords: slurry balance machinery, pipe jacking technology, application analysis
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、引言
廊坊市城区污水管网改造工程是市委、市政府确定的2009年市区基础设施项目的重点工程，也是提升城市发展，加快实现“三年大变样”的惠民工程。该工程的开工建设将有效解决市区东部单位及社区雨后积水影响交通的问题。
项目部负责廊坊市城区污水管网改造第三、四标段工程，本工程采用泥水平衡机械顶管施工。三标总长2498.639米，接收井20座，工作井19座。四标总长2541.328米，工作井17座、接收井16座。作者根据工作实践，从如下几方面分析和讨论泥水平衡机械顶管施工技术及应用前景。
二、泥水平衡顶管掘进技术
泥水平衡式工具管是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力，又以泥水作为输送弃土介质的机械式工具管。
随着工具管的推进，刀盘在不断转动，进泥管不断供泥水，排泥管不断将混有弃土的泥水排出泥水舱。泥水舱要保持一定的压力。使刀盘在有泥水压力的情况下向前钻进。
泥水平衡工具管的基本原理是泥水护壁，在泥水式顶管施工中，要使挖掘面保持稳定，必须向泥水舱注入一定压力的泥水。泥水在压力作用下向土体内部渗透，在开挖面形成一层泥皮。泥皮的作用，一方面阻止泥水继续向土体内部渗漏，另一方面，泥水的压力通过泥皮作用在开挖面防止坍塌。要求泥水密度必须大于1.03。
三、顶管施工的优越性
在泥水平衡机械顶管施工中，特别是大管径顶管施工，工作井和接收井的施工成本占了整个工程成本的45%左右，管道主材和顶进成本又占了整个工程成本的45%左右，其它附属设施成本占了整个工程成本的10%左右。管道主材和顶进成本无法改变，降低附属设备成本起到的作用有限，因此对工作井和接收井施工成本的降低是整个工程降低成本的关键所在。其中工作井的施工成本是接收井的三倍，延长单段的顶进距离，减少工作井数量把部分工作井变成接收井，也就成了降低机械顶管施工工程成本的最有效办法。
顶管具有不可比拟的优越性，在市政项目中应用越来越广泛，但施工难度较大，长距离顶管技术是顶管工程中施工工艺最复杂课题之一。面对新工艺、新技术，为保证在新的领域内给公司交出一份满意的答卷，经过同中国非开挖协会专家排水组组长的商讨、项目部技术人员的理论计算、对实际地质情况的考察、对各施工工序的合理安排，确定了长距离顶管在廊坊地区实施的可行性。三标顶进距离有80米调整为160米，四标顶进距离有80（100）米调整为160（200）米。两标段有11座工作井改为接收井施工，有20座接收井改为骑马井施工。
1.降低工程的施工成本
1.1每座工作井调整为接收井后，减少高压旋喷桩施工1030米，减少工字钢租赁21根，减少土方开挖110m³，取消了后背墙施工，减少砼底板7m³，减少石料回填30m³，打拔机、挖掘机、人工等费用都有相应减少，合计每座工作井约节省15万元。共计：15万/座*11座=165万。
1.2每座接收井调整为骑马井后，减少高压旋喷桩施工200米，减少工字钢租赁10根，减少土方开挖120m³，减少砼底板10m³，减少石料回填30m³，打拔机、挖掘机、人工等费用都有相应减少，合计每座工作井节省4万元。共计：4万/座*20座=80万。
2.加快工程进度
在不考虑基坑施工减少时间的情况下，仅考虑顶管施工转场时间。每次顶管转场的时间为3天，改为长距离顶管后，三、四标减少转场次数15次，共计节省时间45天。在相邻标段顶管完成一半的情况下，我项目部三标顶管全部完成，四标顶管完成60%。得到了甲方、监理及建设局各级领导的好评。
3.减少拆迁对施工的影响
在市政工程中拆迁问题是影响工程进度的一个主要因素，在本工程中尤为突出。改为长距离顶管后部分工作井改为接收井、接收井改为骑马井，减少了占地面积，部分地段可以先施工后拆迁，降低了拆迁对工程施工的影响。
实例一：在三标施工中W13处春城饭店一直不同意拆迁，要求我单位进行赔偿。9月份我方顶管从W12直接顶到W14，避开了W13处拆迁不到位对整个工程进度的影响。到11月份W13拆迁问题才得到解决，而此时三标全段顶管已经完成，40%的工程款已经顺利回款。
实例二：在四标施工中从W13至W30需要拆迁西户屯的房屋和树木，由于拆迁得不到解决工程一直无法正常施工，直到近期才有部分村民同意拆迁，我项目部利用同意拆迁的井位，调整顶进距离合理安排工作井和接收井的位置，避開拆迁不到位的井位使工程能够正常进行。如W14、W16、W17、W22处拆迁问题不好解决，我项目部顶管从W13顶至W15、从W15顶至W18、从W21顶至W23，避开了拆迁对工程进度造成的影响，可以先施工后拆迁，降低拆迁对工程施工的影响。
长距离顶管，有一定的技术难度，由于合理选择了工具管形式，成功解决了进出洞技术、轴线控制等技术，保证了此次长距离顶管的顺利完成，极大的提高了工程进度并且降低了工程成本。建议应该注意的是：（1）当顶管机停止工作时，要防止泥水从土层或洞口及其他地方流失。否则挖掘面会失稳，尤其在出洞时更应防止洞口止水圈漏水。 （2）在顶进过程中，密切注意地下水压力的变化随时调整，来保持挖掘面稳定。 （3）在顶进过程中注意相关设备及系统的运行，如进出泥泵等辅助系统是否正常。
四、顶进施工工艺及其前景分析
1.正常顶进施工
顶进管道前，进行全部设备检查与试运转。护壁上的管孔凿好后将工具管立即顶人土层。每顶进30cm，测量不少于一次，管道进入土层正常顶进时，每顶进100cm，测量不少于一次。工具管开始顶进5～10m的范围内，允许偏差为：轴线3mm，高程0～+3mm。否则要采取措施纠偏。顶进时遵循“边压触变泥浆边顶进，不压浆不顶进”的原则，新开顶时需对整个管路进行补浆。
2.测量与纠偏
测量仪器采用全站仪和激光水准仪。（1）测量频率。顶进第一节管节时为20～50厘米/次，正常顶进时为1米/次，校正顶进时为每顶进半节管测量一次。（2）中心线测量。在工作井边的两方向桩上挂铅锤至工作井底部，在工作井内用激光水准仪照准两铅锤，读管前端的中心尺刻度，若与中心尺的中心刻度相重合，说明其方向准确，否则其差值即为偏差值。（3）高程测量。在工作井内引设水准点，在停止顶进时，将激光水准仪支放在顶铁上，测量前端管底高程。（4）纠偏。工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，当工具头的方向偏差超过5mm，即应纠偏，调整纠偏千斤顶，实现顶进方向的控制。
3.其它有关施工措施
3.1穿墙顶进。顶管出洞口对顶管来说是非常重要的环节，为了顺利顶进，在接收井四周仍然采取了深层水泥搅拌对穿墙管前方2m范围内的土体进行加固，起到挡土、阻水的作用。
3.2触变泥浆减阻。采用触变泥浆进行减阻，通过压入的泥浆在管壁形成泥浆套。泥浆配合比为膨润土：碱：水：0．4：0．02：1（质量比），压浆泵选用L150型，压力保持在0．1～0．2MPa，采用“先压浆后顶进，停顶进勤补浆”、“即压即顶，少量多次”的压浆工艺，每4节管设一道注浆孔，顶进结束后利用注浆孔注水泥浆置换泥浆。
3.3顶管节接头及防水措施。混凝土管采用F型橡胶密封圈柔性接口，氯丁橡胶楔形胶圈，由制管厂配套供应，接头内设止水钢环。当管节正常顶进安成后，管节之间都能达到良好的密封状态。
3.4作业面通风：选用大型风扇作鼓风式通风。
3.5管道严密性试验：顶管施工就是非开挖施工方法，非开挖技术是近几年才开始频繁使用的一个术语，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的拆迁、破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。顶管施工对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。
该技术在北京、上海及我国沿海经济发达地区应用广泛。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。采用该技术施工，能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路的堵塞，而长距离顶管更加减少了施工占地面积，具有显著的经济效益和社会效益。北方城市多为雨污合流管道，随着城市的快速发展，现有排水管道已经无法满足城市的发展需要，顶管施工将会在北方城市有广阔的施工前景。廊坊市城区污水管网改造工程是廊坊市第一次采用非开挖的方式解决城市污水排放问题，把雨污合流改为雨污分流。此类工程将会随着廊坊市的发展逐渐增多。因此对顶管施工工艺的了解和掌握將会为市政公司的发展带来广阔的发展前景。
五、结语
泥水平衡机械顶管施工技术在廊坊市城区污水管网改造施工中，由于各项技术环节考虑充分、全面，各项技术、施工措施得当，管理到位，取得了成功经验。采用非开挖的方式解决城市污水排放问题，将对市政公司带来广阔的发展前景。同时通过施工实践分析得出：采用该技术施工，能减少对环境污染和道路的堵塞，长距离顶管更加减少了施工的占地面积，具有显著的经济效益和社会效益。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。