董雪平、陈建辉
江苏南通二建集团有限公司 邮编：226200
[摘要]：城市交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂，采用非开挖顶管技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的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优势，确保在顶管施工中为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。
[关键词]：非开挖技术、复合型破碎顶管、压力、纠偏。
一、工程概况
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。这对交通繁忙、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。非开挖技术是近几年才开始频繁使用的一个术语，它涉及的是利用少开挖，即工作井与接收井要开挖，以及不开挖，即管道不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换，顶管直径DN800—4500。通过工作井把要埋设的管子顶入土内，一个工作井内的管子可在地下穿行1500米以上。新疆顶管施工已发展多年，人工顶管较为广泛使用，随着新疆基础建设的快速发展，非开挖的应用随之大量增加，一些长距离大管径顶管施工已不再适合人工掘进的方式，复合型破碎顶管机的应用弥补了人工掘进的不足，特撰此文介绍新疆首例破碎机头在施工过程中的工艺。
二、地勘分析
根据勘探揭露,本段管线场地地层结构较为简单,地基土主要由杂填土、素填土,粉土,卵石等组成，深度7米可见地下水。卵石一般粒径5～20cm，颗粒级配良好，偶夹大漂石。
三、工艺选择
该顶管施工长度较长，长度为620米，采取中间作井两面顶进的方式，单次顶进长度在310米，套管为DN2400钢筋混凝土顶管，放弃人工顶进选择采取机顶的工艺是因为人工顶管的工作井及接收井的数量均较机械顶管多，这是由于机械顶管的每段顶距较人工顶管长的缘故，且穿越工程段地面空间小，无法满足过程中做井的条件，然而机顶顶距长可以一次顶进1500 米以上，大大满足该顶管项目顶管长度，采取机顶仅需工作井及接收井两座井即可。根据现场地勘及实际开挖中的土质分析，该段施工土质卵石含量极大，占比接近80%,偶见直径40-50cm孤石，对机头破碎能力的考验很大，因此机头出厂时，对机头刀盘进行了加厚耐磨保障措施，确保刀盘在施工过程中的耐磨性。刀盘图样：
四、工程特点
该顶管施工长度较长，长度为620米，采取中间作井两面顶进的方式，单次顶进长度在310米，土质为卵石层，地下水深度7米，顶管管底深度11米，渗水量较大，要考虑排水。施工期间平均温度在-15℃，对进排泥管道及现场设备设施要做好防冻措施。管线坡度为9‰，要考虑管线长度增加后的排泥动力。
五、施工中的应用及措施
5.1顶管机的选择：
设备功率要足够大，破碎卵石需要消耗大的扭矩。需要二次破碎，破碎成一定大小颗粒，利于管道输送、不宜沉积，此项目选择设备功率为4*37KW,二级破碎仓采用德式牛腿破碎，过程中体现出的动力及出渣效果较为理想，滚刀磨损较为严重，要注意过程中的滚刀检修及更换。
5.2水泵选择
要求大功率耐磨沙石离心泵，通过固体直径6CM以上，根据管径的大小，顶距的长短，合理的选择水泵的流量。常用的泥浆泵就不要用了，最快几个小时就要换叶轮或泵壳了，维修成本比较高，施工效率低。此项目选择的进排泥水泵功率为55KW，另外须在200米长度时增加接力泵，因为坡度较大，为了保证排泥动力，增加的接力泵功率同样为55KW，而且有必要增加进水接力泵，进水接力泵选型无太大要求。
5.3排渣措施
由于沙石的比重比较大，要求泥浆浓度要高（1:1.5），管内水流的速度要快，防止卵石在泥舱内沉积堵塞管道，这也是泥水平衡的一个关键点，在布置排水管线时应减少管线弯头的数量，每增加一个90度弯头，管内流速降低10%~20%，使用弯头也要用大弧度90度弯头不要用小弧度90度弯头。在排泥泵前端所有管接头要求不要有漏水漏气现象，如有以上现象正常循环过程中会降低管内水的流速。管内流速低会造成沙石的沉淀容易堵管。出渣段采取泥水分离器出渣，能够充分过滤循环过程中的渣土，有效保证了工作浆的浓度。
5.4顶进压力控制
在顶进过程中出现顶力过大现象，分析顶力过大产生的原因来源于两个方面，一是迎面阻力，二是由于塌方作用在管线上的土压力。迎面阻力的产生是由于顶管机排沙石量排泥速度不够，也就是进入泥水仓沙石量的排出速度和顶进的速度不平衡，由于进到泥水仓的沙石过多，顶进速度过慢，没有达到平衡状态，有时明知道增加顶进速度可以达到平衡，但顶管机电机电流过大，这种情况只能通过降低顶进速度减少泥仓的进沙量来减少迎面顶力。塌方形成的顶力过大，就要通过管外壁注浆，让外壁形成浆套达到减阻目的，因为是下坡顶进，调制外壁注浆时，要加强浓度，避免外壁浆因自然压力流到掌子面影响工作浆的浓度，建议管外壁浆浓度调到1：1.6。值得注意的是卵石层结构不是很稳定，不可避免的管外壁会出现土方塌落的现象，注浆减阻短距离效果还可以，我们在顶进长度达到80米时增加了中继间备用。
5.5防冻措施
气温较低，要对进排泥管及液压系统进行有效的保温措施，此项目首先对进排泥管采取了伴热带缠绕，效果不是很理想，增加管外面包扎保温板的措施后，未见管道明显结冰。液压系统因无法缠绕伴热带，需采取对注浆机及泵站搭建暖棚措施，暖棚内摆放了三台2KW电热器进行供热，温度保证在5℃以上，设备运转情况良好。现场要配备一台大功率热风机，以应对一些阀门的因结冰无法闭合的现象。
5.6纠偏措施
顶管施工时，管道的实际位置偏离设计位置， 称为偏差，管道实际轴线与设计轴线在水平面上投影的距离称为水平偏差，也称轴线偏差；管道实际轴线与设计轴线在垂直面上投影的距离称为垂直偏差也称高程偏差。掘进机有前节与后节，两节之间由 4 组液压油 缸连接，并将前后两节掰开一定的角度。分别可进 行上、下、左、右 4 个方向的纠偏操作。不同的偏差状态，纠偏目的不同，纠偏程序也不同。此段顶管的纠偏难点是9‰的坡度不好控制，我们采取的是激光仪引导，算好每节管下坡数据，根据预定的数据勤复测勤纠偏，整个项目结束控制偏差在5cm之内。
六、结语
复合型破碎顶管施工工艺是将已调成一定浓度和比重的泥水，通过送水系统送至顶管机前端，形成泥膜，泥膜稳定挖掘面的同时，调节送水压力平衡土体压力，顶管机刀盘切削土层，切削下的渣土进入刀盘后的破碎仓，破碎后形成小块碎石，碎石进入泥水仓，在泥水循环的动力作用下，由排泥系统运送渣土至地面，地面泥水处理设备将泥水和石渣分离，石渣集中外运丢弃，分离后的泥水再送入泥水系统循环使用。通过此次项目的施工总结几点：1 当顶管机停止工作时，一定要防止泥水从土层或洞口及其它地方流失。不然，挖掘面就会失稳，尤其是在进洞这一段时间内防止洞口止水圈漏水。2 在掘进过程中，注意观察进排水压力、泥仓压力的变化，并及时采取相应的措施和对策，只有这样才能保持挖掘面的平衡稳定。3 在顶进过程中，随时要注意挖掘面是否稳定，要不时检查泥水的浓度和相对密度是否正常，还要注意进排泥泵的流量及压力是否正常。防止排泥泵的排量过小而造成排泥管的淤泥和堵塞现象。
【作者简介】董雪平（1962—）男，大专 高级工程师
联系地址：江苏省启东市人民中路683号建筑业大厦17层工程部 226200
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