1泥水平衡頂管施工原理
泥水平衡頂管技術(shù)其施工原理是將置于工作井中的頂管掘進機通過主頂油缸向前推進至止水圈后，由電動機提供能量轉(zhuǎn)動掘進機頭刀盤來切削土層、粉碎石塊，并使之進入泥水艙與泥漿混合，然后由泥漿系統(tǒng)的排泥管泵送至地面；與此同時，機頭連同管道在持續(xù)頂進力的作用下，終穿過土層到達接收井。在挖掘過程中，采用泥水平衡裝置來維持水土平衡，使頂進管道始終處于主動與被動土壓之間，可以達到消除地面的沉降和隆起的效果（見圖1）。
2泥水平衡施工中若干技術(shù)問題的探討
近幾年來我們在頂管施工中使用日本伊勢機（TCC）和國產(chǎn)泥水平衡頂管設(shè)備（NPD），在不同地層中進行了D600～D0mm管徑的頂管施工，積累了較為豐富的經(jīng)驗。下面就施工中常見的各種技術(shù)和機械故障如刀盤卡死、糾偏失控、泥水循環(huán)系統(tǒng)堵塞、地面沉降等技術(shù)問題的處置作以探討。
2.1糾偏技術(shù)問題
頂管機在推進過程中持續(xù)朝某個方向偏斜，即使使用糾偏激光束也不能使之回歸到預(yù)定標(biāo)位置的現(xiàn)象稱為糾偏失控。如不及時處理會造成擬鋪設(shè)管道無法滿足設(shè)計軌跡要求。
2.1.1原因分析
（1）地質(zhì)條件影響
由于機身自重較大，且機器轉(zhuǎn)動引起的震動，在軟土層及回填土中從而降低了地層的承載力，使頂管機產(chǎn)生下沉趨勢。或者是頂管段土層類型變化引起土層承載力變化，當(dāng)遇到上下兩層不同性質(zhì)的土?xí)r，這種趨勢就越明顯。頂管施工過程中遇著大石塊、樁基礎(chǔ)或其他障礙物，造成偏差過大。
（2）機械原因
頂管推進速度過快或過慢的影響；主油缸油封漏油，頂進力不均衡；后背墻變形嚴重；頂鐵或頂環(huán)發(fā)生扭曲變形現(xiàn)象；工作坑內(nèi)導(dǎo)軌偏差。
（3）人為操作不當(dāng)造成的糾偏失控現(xiàn)象。此外，管道頂進越長，產(chǎn)生偏差的可能性越大，如果糾偏不及時，也會造成失控。
2.1.2防范措施及解決方法
（1）首先要充分熟悉業(yè)主提供的地勘資料，并進行現(xiàn)場踏勘；必要時在較復(fù)雜的地段要進行補勘。事實上在頂管施工中，因為土質(zhì)變化、設(shè)備能力和操作失誤等原因出現(xiàn)偏差是難免的，所以及時糾偏工作非常重要，這關(guān)系到管道鋪設(shè)質(zhì)量，甚至整個頂進過程的成敗。糾偏的一般原則：勤糾微糾，標(biāo)不離，禁止盲頂。其控制細節(jié)應(yīng)注意以下幾點：當(dāng)頂管機頭尚未全部進洞前，在機頭中心、高程偏差不大于20mm時，不考慮糾偏，因此時軌道在控制方向，若糾偏不但沒效果反而會使節(jié)管道偏離軌道。
（2）在管道頂進過程中，如果在粉細砂土層中頂進偏低，可調(diào)低進泥的泥漿濃度，減小頂進速度。當(dāng)遇到軟硬程度不同的土層時，地質(zhì)條件會發(fā)生很大變化，突然間變硬或變軟，這可以通過刀盤的轉(zhuǎn)矩來判斷。若突然變硬，則應(yīng)向土倉內(nèi)加入水或泥漿。在一般情況下，如果對地質(zhì)勘察資料掌握比較準(zhǔn)確時，且當(dāng)穿越的軟弱地層長度15m時，入洞前可以采取機頭與管道、管道與管道間加接連接桿的方式進行固定，以增加其剛性，并輔以適當(dāng)糾偏方式，是完全可以防止機頭和管道叩頭現(xiàn)象發(fā)生的。

泥水平衡頂管全國施工施工技術(shù)難題及解決方法頂管施工的閃光點頂管法又稱為非開挖管道敷設(shè)技術(shù)，它具有著不用要開挖面層，即可穿越地面構(gòu)筑物和地下管線，公路，鐵路，河道的閃光點，相比開挖敷設(shè)技術(shù)，投資和工期將大大節(jié)省。同時，頂管施工技術(shù)可以吸收噪音，環(huán)比減少粉塵，減輕對郊區(qū)的交通條件和環(huán)境狀況的干擾和破壞，屬于真正的無污染，高效率的施工技術(shù)。頂管施工法因其上述全面的閃光點，在市政工程中尤其是在市政管線工程中得到了廣泛地應(yīng)用。概括起來。二頂管施工技術(shù)具有著幾面的閃光點：基礎(chǔ)工作面由線縮成點，占地面積?。坏孛婊顒硬皇苁┕び绊?，對交通干擾?。辉胍艉驼饎拥?，市中施工對居民生活環(huán)境干擾小，不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷設(shè)管道，可以安全穿越鐵路，公路，河流，建筑物，環(huán)比沿線的拆遷工作總量，環(huán)比降低工程造價。
1泥水平衡施工工法簡介
在機械化頂管施工過程中，泥水平衡頂管施工工法作為主要的施工方式，通常情況下屬于機械化、長距離頂進施工技術(shù)。該施工技術(shù)在施工技術(shù)管理方面要求比較高，主要表現(xiàn)為：嚴格操作頂管設(shè)備，科學(xué)合理地選擇和計算施工工藝參數(shù)等。在長距離、地質(zhì)條件復(fù)雜的環(huán)境中，泥水平衡頂管施工方法是為優(yōu)越的施工方式之一。
1.1泥水平衡施工工法特點
通常情況下，泥水平衡頂管施工工法主要采用機械掘進技術(shù)，其特征主要表現(xiàn)為：被切削的土壤被刀盤送入到泥水倉，具有一定濃度的泥水，在送水泵的作用下，被輸送到挖掘面，經(jīng)過刀盤的充分攪拌后，泥水通過排泥管道被排泥泵送到地面的泥漿池，泥水經(jīng)過一系列的沉淀或分離，進而在一定程度上可以重復(fù)使用，剩余的殘渣被運走：在掘進過程中，通過刀盤以及頂速平衡正面土壓力，進而對循環(huán)水的壓力進行調(diào)節(jié)，在一定程度上對地下水壓力進行平衡；切削入泥倉的土體通過采用流體進行輸送，不能中斷頂進過程，施工速度一定要快；不需要對土質(zhì)進行改良或者是進行降水處理，施工后地表出現(xiàn)較小的沉降。通常泥水平衡頂管的主要設(shè)備有：挖掘機、主頂設(shè)備、測量設(shè)備、井內(nèi)旁通、控制系統(tǒng)等；輔助設(shè)備包括：泥水處理設(shè)備、注漿設(shè)備、中繼間等。
1.2泥水平衡施工工法工藝原理
作為一種頂管施工工法，泥水平衡頂管施工技術(shù)通常情況下是充分利用泥水壓力，進而在一定程度上對土壓力和地下水壓力進行平衡處理。其基本原理是：具有一定濃度的泥水經(jīng)送水泵到達挖掘面，然后通過井內(nèi)旁通壓力調(diào)整閥，或者是通過調(diào)整排泥泵轉(zhuǎn)速的方式，進一步對水壓力的大小進行調(diào)整，進而在一定程度上對地下水壓和挖掘面土壓力進行平衡，確保掘進機刀盤工作在平衡壓力下，在一定程度上避免挖掘面失穩(wěn)，進而導(dǎo)致地面出現(xiàn)沉降和隆起。
2施工組織及任務(wù)劃分
2.1施工組織原則
在勞動組織方面，結(jié)合頂管穿越施工的實際情況，同時結(jié)合本標(biāo)段的實際工程量和工期，進而對各項進行合理配置，進一步成立相應(yīng)的施工作業(yè)機組。通過動態(tài)的方式對施工作業(yè)機組的人員、機具配置等進行管理，一方面確保任務(wù)按期完成，另一方面確保施工的連續(xù)性。進而在一定程度上減少現(xiàn)場高峰的人數(shù)，避免出現(xiàn)窩工現(xiàn)象。同時對其它隊種進行合理的配置，在一定程度上確保工程施工全面、有序地進行，滿足施工要求。
2.2施工階段劃分
穿越工程施工分為三個階段：前期準(zhǔn)備階段、施工階段、驗交階段。
①前期準(zhǔn)備階段：各項工作按照“施工準(zhǔn)備工作計劃”來進行，進一步為施工創(chuàng)造條件。
②施工階段：總體分為二個階段進行控制。階段組織管道焊接、工作井制作。第二階段頂混凝土套管、工作管試壓、穿越工作管。
③驗交階段：地貌恢復(fù)、水工保護，達到中間驗收條件。
3工程施工方案
3.1施工準(zhǔn)備
①穿越施工前施工單位協(xié)助業(yè)主穿越施工土地手續(xù)。
②籌備穿越前的材料、設(shè)備、人員的籌備和到場計劃。
③做好施工圖紙會審、技術(shù)交底工作，同時完成穿越施工方案等文件的編制和審批工作。
④修筑臨時施工便道。
3.2測量放線
①借助儀器開展測量放線工作，在使用儀器前，需要經(jīng)過法定檢驗部門的檢定，經(jīng)過檢定合格，同時在有效期內(nèi)才能進行使用。
②對于設(shè)計圖
并在此條件下完成工程項目的施工，同時足夠的施工前的各類信息還可以保證施工過程更安全，減少對周圍環(huán)境的破壞，使工程進行的更順利。水平定向鉆技術(shù)早出現(xiàn)在70年代，是傳統(tǒng)的公路打孔和油田定向鉆井技術(shù)的結(jié)合，這已成為目前廣受歡迎的施工方法，可用于輸送石油、天然氣、石化產(chǎn)品、水、污水等物質(zhì)和電力、光纜各類管道的施工。不僅應(yīng)用于河流和水道的穿越，同時還廣泛應(yīng)用于高速公路、鐵路、機場、海岸、島嶼以及密布建筑物、管道密集區(qū)等。定向鉆施工技術(shù)首先應(yīng)用于美國海岸地區(qū)的沖積層穿越，現(xiàn)在已經(jīng)能夠開始在粗沙、卵石、冰磧和巖石地區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)條件下進行穿越施工。長的穿越施工已達6000英尺、管道直徑為18英寸。事實證明：水平定向鉆穿越是對環(huán)境影響小的施工方法。

并將切削下的巖屑帶回到地面。回拖管道：預(yù)擴孔完成以后，成品管道即可拖入鉆孔。管道預(yù)制應(yīng)在鉆機對面的一側(cè)完成。擴孔器一端接上鉆桿另一端通過旋轉(zhuǎn)接頭接到成品管道上。旋轉(zhuǎn)接頭可以避免成品管道跟著擴孔器旋轉(zhuǎn)，以保證將其順利拖入鉆孔?；赝嫌摄@機完成，這一過程同樣需要大量泥漿配合，回拖過程要連續(xù)進行直到擴孔器和成品管道自鉆機一側(cè)破土而出。施工現(xiàn)場兩側(cè)都需要重型設(shè)備，為縮減成本，通往兩側(cè)施工現(xiàn)場的道路應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有道路以減少新修道路距離，或利用管道線路的施工便道，所有相關(guān)道路使用權(quán)的協(xié)議都應(yīng)由業(yè)主提供，在投標(biāo)階段再來討論這些問題為時已晚。鉆機一側(cè)——鉆機施工場地至少需要30M（100FT）寬，長45M（150FT）的面積。
該面積從入土點算起，入土點應(yīng)位于規(guī)定的區(qū)域內(nèi)至少3M（10FT）處，同時由于許多鉆機配套的設(shè)備或配件沒有規(guī)定的存放地點，所以鉆機一側(cè)施工現(xiàn)場可由許多不規(guī)則的小塊組成，以便節(jié)省占地面積，現(xiàn)場盡量要平整，堅硬，清潔，以便有利于進行施工。由于穿越施工時需要大量的淡水供攪拌泥漿用，所以施工現(xiàn)場要盡量靠近水源或便于連接自來水管道的地方。管道一側(cè)----為便于預(yù)制成品管道，管道一側(cè)要有足夠長度的施工現(xiàn)場，這也是要重點考慮的事情?，F(xiàn)場寬度應(yīng)滿足管道施工的需要（一般為米）。同樣在出土點一側(cè)也需要30米（100FT）寬乘以45米（150FT）長的施工現(xiàn)場?？傞L度以能夠擺放下所預(yù)制的管道為準(zhǔn)，（場地的總長度一般為穿越管道長度再加上30米。
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這樣即減少了回拖阻力，又保護了管線防腐層，經(jīng)過鉆機多次預(yù)擴孔，終成孔直徑一般比管子直徑大200mm，所以不會損傷防腐層。見示意圖預(yù)擴孔和示意圖回拖管線。在鉆導(dǎo)向孔階段，鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑，為了使鉆出的孔徑達到回拖管線直徑的1.3～1.5倍，需要用擴孔器從出土點開始向入土點將導(dǎo)向孔擴大至要求的直徑。地下孔經(jīng)過預(yù)擴孔，達到了回拖要求之后，將鉆桿、擴孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好，從出土點開始，一邊擴孔一邊將管線回拖至入土點為止。2.1定向鉆穿越施工具有不會阻礙交通，不會破壞綠地，植被，不會影響商店，醫(yī)院，學(xué)校和居民的正常生活和工作秩序，解決了傳統(tǒng)開挖施工對居民生活的干擾，對交通。

如此反復(fù)，直到鉆頭在預(yù)定位置出土，完成整個導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。見示意圖鉆導(dǎo)向孔。鉆機被安裝在入土點一側(cè)，從入土點開始，沿著設(shè)計好的線路，鉆一條從入土點到出土點的曲線，作為預(yù)擴孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線。一般情況下，使用小型鉆機時，直經(jīng)大于200毫米時，就要進行予擴孔，使用大型鉆機時，當(dāng)產(chǎn)品管線直徑大于Dn350mm時，就需進行預(yù)擴孔，預(yù)擴孔的直徑和次數(shù)，視具體的鉆機型號和地質(zhì)情況而定?；赝袭a(chǎn)品管線時，先將擴孔工具和管線連接好，然后，開始回拖作業(yè)，并由鉆機轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)后退，進行擴孔回拖，產(chǎn)品管線在回拖過程中是不旋轉(zhuǎn)的，由于擴好的孔中充滿泥漿，所以產(chǎn)品管線在擴好的孔中是處于懸浮狀態(tài)，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑。