市政工程大管径泥水平衡顶管施工稳定性研究.pdf

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1、鳓●m●■I●-_●市政工程大管径泥水平衡顶管施工稳定性研究王春祥中铁港航局西安分公司摘要：本文从泥水平衡顶管施工原理开始分析，并结合既往已施做的实际现场情况，主要针对砂层地质条件下大管径顶管施工中?掌子面易失稳造成路面塌陷、掩埋钻机机头等情况，对现场施工的控制措施等进行了逐一分析研究，提出了相应的解决措施方案及施工的注意事项，并在实际施工中将此类措施加以应用，现场反馈良好，使掌子面失稳问题得到了有效解决。关键词：市政工程；顶管；砂层地质；泥水平衡1引言跟随社会发展，大量的人口城镇化，导致城市建设原来所

2、埋设的给水、排水管道不能够满足人口需求。近些年，越来越多的城市进行了管道改扩建，但由于工程场地所限，多采用顶管施工工艺，但大管径顶管施工在砂层中很容易造成路面塌陷等情况的发生。本文结合笔者施工参与的大断面顶管施工实例，就如何保证砂层地质在顶管施工中的稳定提出些措施与办法与读者共同研究。2泥水平衡顶管的原理随着科学进步及施工机械的创新，一般大管径的、埋深较深的、有地下水的顶管施工中均采用了泥水平衡顶管，其施工原理是建立在泥水平衡理论的基础上。所谓泥水平衡理论就是以含有一定量粘土的且具有一定相对密度的泥浆水

3、充满掘进机的泥水仓，并对它施加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力的一种顶管施工理论。为了更清楚的了解这个理论，在《顶管施工技术》川一书中曾做过这么一个实验。如图1所示。左右两侧各是两个相同的玻璃容器，在每个容器的左边都装有砂，中间是一块很薄的隔板，两个容器右侧分别装有不同的液体：左边容器的右边装有清水，而另一个容器的右边则装的是泥水，清水的相对密度为1，泥水的相对密度为1．2．(a)左侧砂右侧清水容器(b)左侧砂右侧泥水容器图1抽取隔板前两容器状态待清水和泥水都稳定后，将隔板抽离，在隔板抽离后很短一段

4、时间，大概3s～5s后，(a)容器的砂慢慢淌向清水方，而(b)容器则处于一种相对平衡状态，无明显变化，相对稳定。如图2所示。(a)原左侧砂右侧清水容器(b)原左侧砂右侧泥水容器图2抽取隔板后3～5秒两容器状态在过50s，(a)容器的砂将流淌至按一定角度分布于容器底，但(b)容器仍处于一种相对平衡状态，即使再过更长的时间，(b)容器的平衡状态依然不会有太大变化。如图3所示。上述实验就是泥水平衡理论所体现的最直观的展示。实验中说明，一是在泥水平衡顶管施工中，要使掘进面上保持稳定，就必须在泥水仓中充满一定压力

5、的泥水，而不能充清水，二是泥水可以在掘进面及管道壁上形成一层不透水的泥膜，可以有效的阻止泥水中的水向周围土体中渗透。从而保证泥水压与外界的土压力以及地下水压力的平衡。(a)原左侧砂右侧清水容器(b)原左侧砂右侧泥水容器图3抽取隔板后50秒后两容器状态3现场实例及所遇问题笔者所参建的某新区规划道路电力管沟工程，在穿越与其平面正交的另一条规划路时设计为‘p3000mm钢筋混凝土钢承口管，管道埋深约lOm，地面高程约为380．2，处于平原地区，地下水位约在地下16m～19m之间。地质岩性如表1所示。可见管道所

6、在地质结构为砂层，经研究及考察，采用泥水平衡顶管机进行顶管施工。但在现场施工过程中，在顶进至第三节时，顶管机头所在后方位置第一节至第二节管道上方出现大范围塌方，塌方高度约lm，宽度约4m。4塌方原因分析上述施工问题出现后，笔者组织人员立即对现场进行了勘查，并对问题进行了研究分析。通过对泥水平衡顶管工艺理论基础的研究，我们发现，出现此类问题归结于顶管掌子面后及刚顶进施工完成的管道范围内，原地层与泥浆未能达到有效平衡所致。根据前文所述的泥水平衡顶管理论及试验可以分析得出，造成地面坍塌的主要问题有以下几个方面

7、。一是，掘进面处的泥水压力不足，不能够有效的平衡土压力。具体分析可能是因为进浆量与出浆量不能很好的匹配，进浆量小于出浆量，导致机头处的泥水水头不足，管道上方的土体脱空，再加上顶进过程中，管道的运动所带来的震动导致了管道上方土体的坍塌。二是，进浆时，泥浆浆体比重不足，含泥量太少，未能有效的形成泥膜，致使泥水中的水直接冲刷管体上方以及掌子面，使的掌子面处超挖，脱空，同时泥浆中的水大量析出被砂层所吸收，降低了管道周围以及机头处泥水的水头。针对以上两点原因，现场调查发现在该工程施工时，由于受现场场地所限，机头处

8、进浆的泥浆池与出渣的泥浆池同池，不能有效的保证泥浆制备的质量；另外其造浆时未能采用粘性很好的粘土、膨润土等造浆材料，而是在通过在掘进时通过泥水循环从砂层中的粘土夹层中提取出黏土进行造浆，其黏土数量远远不能满足造浆所需，现场测得其泥浆比重仅为1．1；而且，现场的进出泥浆泵采用的是同型号的泥浆泵，且在施工时未对其出浆进浆压力进行调整，进出泥浆的压力基本一致。5保证泥水平衡的措施与注意事项20"16．06251撼■M●Whodowm表1地质岩性综