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1、浅析污水顶管横穿砂层施工技术及控制措施姚新光 +吕云飞摘 要： 为确保道路平坦、完好、安全通行，在横穿城市主干道的顶管施工前，应制定一套防止道路下方砂层被超挖的措施。以某污水管道采用顶管工艺横穿砂层工程为例，对顶管横穿砂层施工所采取的关键技术措施进行探讨和总结。关键词：污水管；施工技术；控制措施一、工程概况某市政污水处理工程设计采用 DN1000 顶管工艺、管道长 163m 、管底标高为路面下 5.7m，顶管穿越的地质情况为路面以下 0.71m 为道路结构层、 0.71 1.48m 为耕土层、 1.486.03m 为中细砂层、 6.0312.3m 为中砂层，地下水埋深 1.1m，为潜层水，渗透
2、系数 k 为 9.2810-5cm/s，中细砂的重度为18.5kN/m3 、内摩擦角为 32 、内聚力为 2.4 （kPa）。为 避免施工对道路交通造成严重影响并保护地下管线，本次顶管施工采用控制顶进速度及泥浆护壁法，防止机头前方砂层被超挖、管壁外加注触变泥浆减阻及防止砂层塌陷、洞口外 侧高压旋喷桩加固砂层和提高砂层的抗渗性，保证顶管工程按时保质完成。二、洞口加固及洞口止水施工技术应用由于中细砂的内聚力偏小，且孔隙率大易于地下水渗流，为防止顶管机出洞时洞口外砂及地下水渗入工作井，应对洞口外砂层进行加固和防渗处理。1、洞口砂层加固采用单管高压旋喷桩对洞口外砂层进行门式加固，设计桩径 50cm、孔
3、距40cm 、沿圆形沉井井壁以设计的顶管轴线为中心桩桩心，两侧对称布置 5 根3 排高压旋喷桩，其中洞口位置的 5 根3 排以洞壁为界上下各旋喷 3m（孔洞位置为过渡段，仅需高压旋喷低标号砼固结砂层），其余的高压旋喷桩桩长为 7.92m，路面下 1m 为空钻，高压旋喷桩合计为 33 根。采用的工艺参数：喷嘴直径 3.0mm （双喷嘴）、压力 20.0MPa、流量193.5L/m、钻具提升速度 35cm/min 、钻具旋转速度 18r/min ，预成孔时采用钻具高压喷水快速下沉法。浆液配比：水泥水早强减水剂水玻璃（防渗）=100100 2.5 2。水泥浆液应用 60 目的筛网过滤，以防堵塞喷嘴。
4、水泥 用量 150kg/m（P.O 32.5 普通水泥）。2、洞口止水装置为确保砼管周边触变泥浆套完整，并避免洞口上方路面沉陷，应设置洞口止水装置，防止顶进过程中地下水和触变泥浆流到工作井中。本工程工作井是内径7m 的圆形工作井，先在洞口做一弓形的钢筋砼止水墙，以设计的顶管轴线为中心，在洞口周边打16mm 膨胀螺栓 20 个，环向均布，间距 250mm 。先安装钢套环，在钢套环与钢筋砼墙之间设橡胶止水片止水、用圆环形钢板固定洞口止水橡胶板、加装扇形钢压板防止橡胶止水板（内径比钢筋砼管外径小 30cm 左右）被挤翻。该钢套环中心即是洞口止水装置的中心也是设计管道轴线。这种橡胶 法兰止水装置结构简
5、单，成本低，安装方便。3、防止顶管机出洞时发生“叩头”的措施顶管出洞是顶管顶进的关键工序，一旦顶管出洞技术措施不当，将会影响顶管顶进的速度和质量，甚至造成顶管失败。顶管出洞时，顶管机调零。顶管机穿墙时因入土较少，顶管机的自重仅由两点支撑，一点是导轨，另一点是入土较浅的土体，这时作用于支撑面上的应力超过允许承载力，为防止机头出洞后低头，在洞口内设置副导轨（用电焊法将槽钢通过膨胀螺栓固定在钢筋砼上），同时将前两节钢筋砼管与顶管机用槽钢连成整体（将并排的两根槽钢一端焊在砼管内预先设置的槽钢固定架上，另一端焊在顶管机的肋上），同时将顶管机机头微抬4。三、中细砂层中横穿道路的顶管施工技术应用1、顶进速度
6、的确定为防止刀盘与前方土体之间出现泥水隔层，造成机头前方砂土的塌陷，应控制顶进速度保证刀盘削土量、循环泥浆进泥量与排泥量保持一个平衡。根据计算公式 1 ：R2 v+Q 进 =Q 排v = （Q 排-Q 进）/ R2 式中： R 为顶管机刀盘半径（m ）、 为顶管机刀盘转速（ r/min ）、v 为顶进速度 （m/min）、Q 进为循环泥浆进泥量（ m3 ）、Q 排为循环泥浆排泥量（m3 ）。根据进排泥管管径为 10cm， 管道中泥水的流速需大于临界流速（ 2.2 2.4m/s ），即排泥量需大于 1.03 1.13m3 /min 。 本次施工排泥量取 1.17/m3 /min 。在施工中，将顶
7、进速度控制在 2.72cm/min ，顶速通过调节主顶液压站油 压来控制主顶千斤顶每分钟伸出量，达到控制顶进速度。2、进排泥压力控制在顶管泥浆循环系统中，通常排泥泵功率、排泥管固定不变，保证泥水仓压力主要是通过变频器控制进泥泵电机的转速，达到控制进泥的流速、流量来实现； 顶管机停顶间歇通过开启旁通阀，实现泥浆的小循环，保证泥水仓的压力。循环泥浆的作用：护壁作用，在挖掘面形成泥皮，防止机头前方砂层塌陷并减少地下水向泥水仓渗透；携渣作用，泥浆必须是一定浓度的悬浊液，才可能把颗粒状的固体携带出。根据经验经现场调试，水与陶土的比例取10.2，实际施工中根据沉泥槽的出泥粘度调整泥浆的配比，控制在10.2
8、0.05，以保证挖掘面的稳定。3、顶管机机头迎面土压力的设置为防止顶管机的机头刀盘超挖迎面砂土，需设置合理的顶管机迎面阻力 NF，减小施工对土体的扰动。公式为：NF= /4 Dg 2 H式中： NF - 顶管机迎面阻力、 Dg - 顶管机外径、 - 土的重 度（kN/m3 ）、H- 管顶覆土厚度（ m ）。 计算得 NF=108.5kN，1.2 倍的 NF=130.2kN，将机头迎面阻 力设为 130.2kN 。实际操作时按土压力表显示的数值和刀盘位移的具体情况，适當调整压力表的数字，达到合理的防超挖压力值。4、顶管施工中注浆减阻措施在砂层与钢筋砼管之间形成减阻的触变泥浆润滑套，一是润滑作用：
9、将钢筋砼管与砂层间的干摩擦变为湿摩擦，减小顶进时的摩擦阻力；二是填补和支撑作用，浆液填补施工时管道与砂层间产生的空隙，使隧洞变得稳定。因此，润滑泥浆必须具有足够高的运动粘滞度，以阻止润滑泥浆渗入土层流失掉，便于形成封闭的完整有效的泥浆套，泥浆的粘度须大于 30s ，比重为 1.1 1.16g/cm3 。第一， D1000 的 Telemole 顶管机外径比钢筋砼管的外径大 4cm， 使管道与周围土体之间产生空隙，纠偏也会加大原有空隙的间隙。因此在顶管顶进的轴线轨迹中存在各种各样的空隙。第二，选材及触变泥浆的配比、设备的选用。注浆材料采用捷钻（ Super gel- X）优质钠基膨润土，该型膨润
10、土添加了多种聚合物能有效提高泥浆的悬浮性、护壁性及润滑性能，具有高造浆率（是普通膨润土的 2 3 倍）、高悬浮性、高粘性、高润滑性和低漏失量。四、结束语综上所述，顶管施工技术在我国市政道路中得到了有效的应用。为了确保道路施工的质量，提高市政的安全系数和使用寿命，就要求施工人员加强对施工质量的管理和监督，对顶管施工的路线和施工工艺进行科学合理地设计，这样以来就确保顶管施工在规定的工期内完工。参考文献1 姚旭君 . 复杂条件下市政道路工程污水管网暗挖顶进施工技术J. 四川水力发电 . 2013 （05）2 侯丹丹 . 砂土地层污水管道顶管施工土体变形规律及处治研究D. 长安大学 2014 3 苏东剑 . 探讨污水顶管施工技术与质量控制J.市政工程， 2010（23）：14. - 全文完 -