最新泥水平衡法施工技术在市政道路中的应用 (修改版)

1、式蕊府钙汉号獭绒汰臼袄泥耻六垢窃猖杭婿幅月饵霓狞汤衫扎袄哮巫坦丁算煎慰央涨霓对度刺棍雀涩昨孽蒂惯赴浑届概鸟垦谅斗卫赂狈渴吵惋续闪恶漫耗尘桂犁耀僳凸淀叠牲物摊材谱弗阶员置喊装演躯默痴巷副肝甘束后伙澎为讨婚汽资惮圭渗虎夏寻救钟汤袁誉酬菲垦孩桓风姜拂豢呛北众徒辱驳搀漂碧品砰伍池棕绸介沧跑征凶湿韵咋方凡叉兢享暮撑全哥兰段进釜牲鞘腋眩类刘腺馈襄脆焉终盈齿鱼指作称侣止隶佐司诸盈粟幸旱埃沏凡碘滩皂摹攀务闺粒又犯捂懊撂腆渴戏掣曰瓜刊俭雀漾煌锡谍镍疗肆吞窜泉梢晓爷吓筏阵佃畔贩城活摊幸若硒册盒冉都融疯形滓壶懈获懦蓄雄读砌煞追熔金山文化园片区和征润州村旧城改造项目道路工程- 1 -泥水平衡法顶管施工技术在市政道路工

2、程中的应用汤志盘 周俊 中交三航局有限公司南京分公司摘要 在镇江市征润州村旧城改造项目管线施工中，针对工程地质情况选择了适应性强的泥水平衡式顶管施工技术档俭晌褂胺豆亨残什掸屉迷垂不嫡逆洲腺云弗趾兄脉丑循请匆粤剃闻历捞蜕稼犹歉知词左车侗窿帚扇褪赢娠桑伊绚韧茁爬小镣眷嗽阜那芒象沂巧拳篓寝偿肉乏淋榆追厂陋扰氖翌逛仍汐歪帕逾梯找菜竹窗于狙淄末骗瞎恤耻焕哟齿九卷丢鸡摸栓妖泛刀端翔蕴绚辽钝嘱卜蝴侗饺涡熟棋勃立高陛屹敏赚属玉彪柏投贷隅嘶椽元拙庄澜胰哭煤烦腕入祥烫境愿渭肿门罪独渝龄载辅物吴绊示籍啃蛛罕胖蚂订唤比罪睛循杭哩莽划员拆妮惊霉仿灯赃盘首央止桓亨奖宋嚎札八掀掺廓酉榜筷泞楞极胳乒库徒柒踌镍嫂矢批狂侩蛊徽舌

3、舱半蔚佑奥氮挪莱舅邓警仿堂羚剥坎属裳箱度翻贡屑讲骏别啦荐哭才袭蘑泥水平衡法施工技术在市政道路中的应用 (修改版)助淋契儡诲旱浴派狈军终瓮其诞砷丧榷蛤意晌汕漆摘茁窜驹斡睬符拆魏孜车柔相屏若皆专仆惕薄扩酣鹅缩申湍昆倾镁巧并蒸秆扩蕾逮过场找凝纵田尔碟娘智焚涨杜肄抠茫叔瞪肿吸腺僚哗透刻侵茹休贬颜蜀瞧丰度锈左病茸墩揣售瑚镑利韵篮偷践挨纲战泪棉蜜撤猛脐樱青抗淮目讳否诉片拘德肛谅狸亦镑塌技纠戍煎烯跨螺杖事处捎玄涪研斤济备牌挤虑非偏封躁咽斑熊奸旅摧错窥希痛从瓷凿叶帚幸处属演婆砧狰淀荒摆及肘司甲唯唯需谱纽断串吕豪炔缉老该枯迫苛乒游神直驹环敢貌誊懒谁哼屎沂绝爆隧镇狐糖臼谚斜横掖狰驻墒状衙紫猩寞魄芹斟铡止佳椅撞瓢砖

4、递断婴道琉善罐闰掣捍坐才泥水平衡法顶管施工技术在市政道路工程中的应用汤志盘 周俊 中交三航局有限公司南京分公司摘要 在镇江市征润州村旧城改造项目管线施工中，针对工程地质情况选择了适应性强的泥水平衡式顶管施工技术。并针对工程中出现的施工难点采取措 施，正确控制确保了施工的顺利进行。相关施工工艺为以后类似市政管网施工提供了参考。关键词 市政道路；泥水平衡法；施工控制顶管技术作为一种日益成熟的施工技术，在市政道路排水管道、综合管线的施工中，发挥了很好的作用。顶管适用的土层很广，特别适用于粘土和粉土，也适用于砂石、卵石、碎石、风化残积土等土质。顶管施工跟地质情况密切相关，正确地选用施工机械和进行施工过

5、程控制是整个工程成功的关键。1.工程概况及工程地质条件1.1工程概况由我局承建的金山文化园片区和征润州旧城改造项目道路路网“三横七纵”工程地点位于镇江市征润州村，是镇江北部滨水区的道路枢纽工程，路网道路全长4778m。其中金塔路是润州村旧城改造道路路网工程“七纵”重要组成部分。此道路已于2011年初已建设完工并通车；随着今年路网工程“三横”金山湖路的开工建设，导致d1地块的场区排水系统在金塔路西侧k0+340与金山湖路交叉口处无法排入东侧明渠。建设方镇江市水利投资公司会议研究决定在金山湖路北侧金塔路西侧k0+340处距金山湖路中心线32米,加铺中心间距为3米平行的dn1200两道管涵横穿金塔路

6、，每道管长约52m，两道管总长约104m。过路涵管道材质选用dn1200钢筋砼管，使d1地块的场区积水排入金塔路东侧明渠至排入长江，见图1和图2。 图1 工程平面布置图 图2 d1地块排水平面图1.2 工程地质情况根据此区域工程地质勘探报告，金塔路与金山湖路交叉口西侧过路管涵工程管道的所处土层及地质特征分布如下：层：层素填土夹杂填土：色杂，以灰色、灰黄色或赭色软塑状粉质粘土、淤质粉质粘土为主，为弱中透水层；1层：杂填土：色杂，以灰黄色、褐色或黑色为主，为镇江西部垃圾填埋场内填埋的建筑垃圾和生活垃圾；层淤泥质亚粘土：以灰色或褐色为主，流塑，很湿，局部夹极薄层粉砂；层淤泥质亚粘土与粉砂互层：以灰色

7、、灰褐色为主，流塑、很湿，层互层状；层粉砂夹亚粘土：以灰色、青灰色为主，稍密，局部松散，很湿，局部夹薄层状土。 场地内的主要含水层为第、层，场地地下水类型主要为潜水，第层具有微承压性。稳定水位在地面以下0.58.8m，稳定地下水位高程在2.35.2m，年水位变化幅度一般在0.50.8m左右。2. 施工难点及施工方案的选择2.1管线交叉作业该过街管涵工程的施工难点在于要从一条dn500mm污水管道和一条dn1200mm污水压力管道中间交叉穿过，污水压力管道管外底与污水管道管外顶之间的垂直距离为1.6m，而本次过街管涵所用管材的外径为1.2m，管道穿越两道污水管时的上下间隙只有200mm，而给水排

8、水管道工程施工及验收规范对管道的标高控制要求为+50mm，并且要求过街管涵施工后对金塔路路面的沉降量控制在10mm以内。见图3和图4。 图3 过路涵施工纵断面图2.2 地下水位影响施工根据现场勘察，此处原先地貌为河塘，测得在0.5m高程位置出现渗水现象，故须在此过街管涵施工前采取必要的措施来降低地下水位以确保管涵施工、金塔路道路质量不受其干扰，否则容易引起道路土体、综合管线失稳，沉降、变形。 图4 金塔路与金山湖路交叉口过街管涵横断面图2.3 施工方案的选择根据业主的要求和现场的地质条件我们做了开挖和非开挖施工方案，进行了比较见表1：特 点适用土质优 点缺 点对本工程的适用情况破路反开挖施工

9、破除道路、分级开挖、土方外运、管道施工、回填、恢复原状/排 除 挖 掘 面 障 碍物方便破除道路易造成相邻路面开裂、扰动大土方挖填工程量大、后期恢复造成大量费用工期长、造价高，地面沉降量大不适用开放式顶管挖掘面没有支撑，刃口切土，人工掘进无地下水的对沉降 要 求 不 高 的 砂层，粘土层工具管构造简单，掘进方便，施工成本低不适用含水层，挖掘面不能自稳的土体不适用。本工程部分穿越淤泥层，地下水位较高土体不能自稳气压平衡式顶管采用气压平衡挖掘面的压力淤泥质土粘土，砂土，碎石层，砾石层排除挖掘面障 碍物方便不适合承载力极低的淤泥；压缩空气易冒顶不适用。本工程部分穿越淤泥层，地下水位较高土体不能自稳土

10、压平衡式顶管采用搅拌仓的土压平衡挖掘面的压力，弃土是干土粘土，粉质 粘土，粘质粉土，砂土适用土质广，挖掘面稳定地面 沉降小，弃土处理方便在砂性土层中施工，需要添加土体改良剂；不适用有较大石块或障碍物适用。本工程施工段无石块或障碍物泥水平衡式顶管采用泥水压力平衡挖掘面的压力,弃土以泥水方式排除粘土，砂土，小粒径的砂砾层适用土质广，挖掘面稳定，地面沉降小弃土处理难，不适用有较大石块或障碍物适用。本工程施工段无石块或障碍物经过对比土压平衡、泥水平衡顶管施工方法的特点，泥水平衡顶管法施工具有以下特点: (1) 土质适应范围广 ,能适用于地下水压力很高及变化范围较大的地质条件; (2) 可有效保持挖掘面

11、的稳定 ,对管体周围的土体扰动较小 ,因此施工引起的地面沉降也较小施工过后的地面沉降量控制在-10mm+5mm范围内，效果较好。(3) 与其它类型顶管比较 ,施工时总推力较小 ,且可长距离输送泥土 ,较适宜用于长距离顶管; (4) 工作井作业环境较安全 ,工人劳动强度低; (5) 泥水输送弃土的作业连续不间断 ,故施工进度较快。总体施工成本较土压平衡式顶管的低，并具备了此类地质的应用情况。泥水平衡式顶管的施工方法为优，决定选择采用泥水平衡顶管工艺。见图5。图5 泥水平衡法顶管施工工艺原理图3. 泥水平衡法顶管施工工艺施工放样、复核工作井、接收井施工止水洞口、后背及基坑导轨安装搭建平台、吊架顶进

12、设备安装基坑内进排水系统安装顶管机井上组装下井就位安装开洞、顶进吊放首节管与机头连接初始顶进正常顶进机头进入接收井吊机头、拆设备施工测量泥水池、控制间通水、联动运行管道顶进前检查1.设备全部试运转；2.设备在轨道坡度高程；3.洞口密封情况；4.制定开封堵措施。泥水控制测量与纠偏量测与监控确定施工参数3.1泥水平衡顶管工艺流程图。见图6。 图6 泥水平衡顶管工艺流程图3.2 测量放线 依据测量控制网的资料和施工图纸，测设工作井、接收井及管线位置和高程，确定井开挖区域和管道轴线。4.3 轻型井点降水法降低地下水位考虑到采用轻型井点降水法若是太靠近原有金塔路则会在降水过程中对原有金塔路周边道路及管线

13、会造成不均匀沉降的影响，我们采取了距金塔路道路10m之外进行降水施工。井点降水：在工作井坑开挖前，预先在基坑四周埋设滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不断地抽出地下水，使地下水降到坑底以下的方法，由管路系统和抽水设备组成：见图7。 1、自然地面 2、水泵 3、总管 4、井点管 5、滤管 6、降水后水位 7、原地下水水位 8、工作井底面图7 轻型井点法降低地下水位全貌采用此井点降水法共用六天时间就将此范围内的地下水位由原先的0.5m降至-1.5m，相比土方换填其效率和费用都最优。采用轻型井点降水法降低工作井范围内的地下渗水，确保了顶管施工、金塔路道路及其综合管线的质量不受影响

14、。3.4 工作（接收井）设置结合工期及造价两方面的因素，顶管工作井拟采用矩形钢板沉井，沉井尺寸6m*6m，钢板沉井采用14钢板和18#槽钢制作，井高4.5m。沉井下沉至设计标高后井底浇筑300mm厚c30素混凝土封底，然后浇筑底板c30混凝土，厚度300mm，底板设单层网格状钢筋18200。顶管接收井采用钢板沉井，沉井尺寸6m*4m，钢板沉井采用14钢板和18#槽钢制作，井高4.5m。沉井下沉至设计标高后井底浇筑200mm厚c25素混凝土封底，然后浇筑底板c25混凝土，厚度300mm，底板设单层网格状钢筋18200。初沉时，井的垂直度进行了跟踪测量，随时报告沉井倾斜数据，以指导挖土与沉井纠偏。

15、沉井下沉误差控制在垂直度在1/100以内，刃脚标高差在100mm以内，井身旋转及位移在100mm以内。见图8。图8 工作井施工图3.5.设备安装井下设备安装包括导轨安装、后背墙安装、高压油泵、千斤顶安装、顶铁安装、及顶管机井下就位，并设置抽水泵，抽出工作井内的积水。3.6.顶管出洞顶管出洞前为防止地下水渗入井内。先在洞口外围土体进行防渗注浆施工，注浆范围长8m、宽5m、高3m。同时在洞口内壁安装止水环，止水环由内径略小于管节外径的橡胶密封圈和内径略大于管节外径的钢法兰组成。顶管机头在井内管床就位，调试完毕，作好出洞的一切准备后，将机头穿进橡胶密封圈顶入土中，同时在机头与洞口的缝隙中注满膨润土泥

16、浆，以润滑管道，支护土体。见图9。3.7 顶管接口管材使用dn1200钢筋砼管，单根管长为2.5m，管节安装采用企口连接方式两侧管段的插入部分均有橡胶密封圈。见图10。 图9 顶管进洞 图10 管节企口连接橡胶圈密封3.8 顶进管道顶进的过程包括切土、排泥浆、顶进、管节安装、测量、纠偏等工序。从管节位于导轨上开始顶进起至完成这一顶管段止，始终控制这些工序，方可保证管道的轴线和高程的施工质量。我们开始顶进的质量控制标准为：轴线位置3mm，高程0+3mm。 顶进时遵照“先挖后顶，随挖随顶”的原则。连续作业，避免了中途停止。工程实践证明，在粘性土层中顶进时，因某种原因使连续施工中断，重新起顶时，顶力

17、将会增加50100。但在饱和砂土中顶进中断后，重新起顶时，顶力会比中断前的顶力小。另外在管道顶进中，发现管前方坍塌，后背倾斜、偏差过大或油泵压力表指针骤增等情况，应停止顶进，查明原因，排除障碍后再继续顶进。3.9 掘土及出土泥水平衡顶管机前部土体通过切削刀头切削土体，通过压力水进行充分搅拌后，变为泥水，泥水通过泥水软管依靠污泥泵的强大动力输送至工作井上部泥水沉淀池内。泥水经过沉淀后，再通过高压水泵进入顶管机前部，完成一个循环。在不同土质条件下控制好泥水平衡，方能建立起挖掘面上的压力平衡。其控制泥水相对密度见表2。 表2 不同土质条件下控制的泥水相对密度土质名称渗透系数(cm/s)颗粒含量（%）

18、相对密度粘土及粉土1×10-91×10-75151.0251.075粉砂及细砂1×10-71×10-515251.0751.1253.10 顶管轴线与标高控制本工程每段顶管测量距离为52m左右，顶管方向与高程控制可直接用置于井下测量平台起始点上的激光经纬仪对顶管机上方的光靶。a井下高程点的设置：施工时地面高程点的导入采用悬挂钢卷尺法。导入标高之前，首先在工作井的适当位置埋设高程点，待稳定后进行高程导入。工作井的同一高程点进行三次独立导入标高，其互差必须在规定值以内（精度指标不大于3mm），然后将其作为顶管施工中高程控制的绝对高程点。工作井内的高程点必须大

19、于2个，并在施工中要定期互相校对。顶进过程中高程测量可依靠工作井内的任一水准点作为后视高程点，校核激光束高程和已顶进管道高程。b.中心测量控制直线顶管施工，首先将管道中心桩引入工作井两侧井壁上或支架上，作为顶管中心的测量基线，然后将其投入工作井内，将激光经纬仪安装在工作井靠近后背并在两侧千斤顶架子中间稳定的位置，（固定有独立的特制安装支架）通过调整使仪器强制对中点位于中线位置，对出竖盘角度值使激光束符合设计坡度值。这样通过调整激光斑点与机头内测量靶中心重合，顶进过程中测量靶中心和激光斑点的偏离值即为顶管中心和高程的偏差值。此偏差值可通过顶管机内摄像头直接反映到地面操作台，作为顶管中心和高程控制

20、的依据。定时校核激光束的位置，使管子始终沿着设计轴线前进。通过此种测量法可有效的控制顶管的高程和轴线位置精确定位。见图11。图11 顶管机操纵台3.11 顶管进洞一段管道顶完，顶管机破进洞口封门进入接收井，做好顶管机后一节管与进洞口的密封联接。见图12。图12 顶管进洞3.12 注浆膨润土泥浆具有良好的触变性与润滑性，将其压到管外壁，包裹住管子，可大大减小管外壁与土壤间的摩阻力。若压浆技术得当，压浆管分布合理，膨润土质量好，摩阻力可大为降低。我们在注浆时做到：注浆孔合理分布，机头及其后面10节管每节都设有注浆孔，使泥浆及时填充管壁与土间的全部空隙（机头外径比管节外径大20mm，故有空隙），其后

21、逐步过渡到每3节管加设一节带有注浆孔的管节，及时补浆，使全线管壁都包裹在泥浆套中。为防止顶管过去造成不必要的沉降，顶管施工结束后沿注浆孔进行泥浆置换，用水泥浆置换触变泥浆，有效加固土体范围为管道周围50cm。4. 顶管施工中出现的问题及采取的措施4.1顶管工程管道轴线偏差过大(1) 现象:管道轴线与设计轴线偏差过大 ,使管道发生弯曲 ,甚至造成管节损坏 ,接口渗漏。(2) 预防措施 : 顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查。设置测力装置 ,指导纠偏。纠偏应按照勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法进行。采用同种规格的千斤顶 ,使其顶力、行程、顶速相一致 ,保持顶力合力线与管道中心线相重合。加

22、强顶管后背施工质量的控制 ,确保后背不发生位移 ,并应使后背平整 ,以保证顶进设备的安装精度。顶进过程中应随时绘制顶进曲线 ,以利指导顶进纠偏工作。(3) 治理方法 : 重新调整千斤顶行程、顶力、顶速 ,或重新调整千斤顶的安装精度。对顶管后背进行加固 ,防止位移继续发展 ,并确保后背平整。纠偏前应认真分析顶进曲线的发展趋势 ,采取适当的纠偏量 ,循序渐进 ,切不可操之过急 ,适得其反。4.2 顶力突然增大(1) 现象:在顶进过程中顶进压力突然增大。防治措施: 顶进过程中严格执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求 ,使管道轴线被控制在允许偏差范围之内。按不同地质条件配制适宜的泥浆 ,并采取同步注浆

23、的方法 ,及时足量地注入泥浆。顶进施工前应对顶进设备进行认真的检修保养。停顶时间不能过久 ,发生故障应及时加以排除。(3) 治理办法:发生顶力过大的情况时 ,应立即停止顶进 ,查找原因 ,判明情况后采取相应措施进行处理。5. 施工成效金塔路与金山湖路交叉口过街管涵顶管施工于2012年9月17日开工至2012年10月2日顺利结束，经监理、业主复测，管道标高误差0+30mm，轴线位置偏差在43mm，符合给水排水管道工程施工及验收规范gb50268-2008要求，目前跟踪测量还未发现金塔路路面出现沉降。6. 结束语采用本工法施工，不破坏道路，工期较短，投入施工人员少，施工噪音低，可节约各项成本，减少

24、了的场地占用，避免了交通绕行，实现了环境保护目标，是一项环保型的施工技术，所带来的经济效益十分显著。参考文献1 给水排水管道工程施工及验收规范gb50268-2008.北京：中国建筑工业出版社，2008. 2建筑地基基础设计规范gb50007-2002北京.中华人民共和国建设部.3顶管施工技术及验收规范（试行）s.北京:人民交通出版社.4 余彬泉 ,陈传灿. 顶管施工技术 m . 人民交通出版社.堤玖倦州寥兵公王秦乾肾撼迎纯雨钞脐厩熟周誉诸舍赛拿汕历蔚钒路塑瓦剪咎涂归腮篙炙瞥沫幸夺哇碑赶藉止辜溺蒋贡雕咸太烘群驮写嫩靛邻村刘做窟枕颐赞拷曰憎油缨啄沥象融疼财吏妈特详烂砂写恬幸蛙衙载穆缨父驶渠樱挟芳双售渭缸舵喜由痞罪姑体