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摘要：市政给排水工程是城市建设发展的必然要求，随着施工技术的不断提升，人们对城市给排水管道的施工质量也提出了越来越高的要求。在我国城市建设的过程中，市政基础设施建设无疑是城市发展的基石，其中城市道路排水系统是城市交通通行畅通的重要保障。现阶段，市政道路排水管道建设施工所普遍采用的施工技术为顶管法施工技术，顶管法无论是在施工质量或是施工成本上都具有较好的先进性和优越性。本文结合案例对大口径长距离机械顶管施工技术在市政污水处理工程中的应用进行探讨。
关键词：大口径；长距离；机械顶管施工技术；市政污水处理工程
引 言
从现实角度出发，市政污水处理工程中大口径长距离机械顶管施工技术的应用具有明显优势。比如施工期间占地面积相对可控，不会对周边环境生态和交通造成不利影响；尤其在穿越部分铁路、公路、建筑等障碍物时，可最大限度地减少沿线拆迁量，整个工程施工成本较其他施工技术方案投入更低。
一 工程概况
在市政污水处理工程中，大口径长距离的污水管道的铺设是工程中经常会遇到的一项问题。伴随着顶管施工技术的不断推广应用，目前顶管施工技术的研究已经成为一项引人关注的课题。一些不允许实施开挖的工程路段，采取顶管技术是最理想的选择，它是地下管道中常用穿越障碍物的方法。施工的过程中，首先工作井要设置好，并且在其内部安装顶管机导轨及液压千斤顶，然后借助于顶管机的掘进和千斤顶的定力把预制的那些管段顶入地层，一边顶进一边接长管段，一直到越过那些障碍物，并最终抵达接收的井中，如果顶进过程中须克服的阻力超过千斤顶的能力，需要适当增加中继站。
某市政污水处理厂采用顶管施工技术外截污干管，污水管道的总长度大概有1000m，在地层下边9m～12m处选用直径为1.6m的钢筋混凝土的焊管，运用气压平衡和泥水平衡两种方法试点顶进施工，顶管的总长度为965．6m，虽然在施工过程中遇到些困难，但是通过试点，该施工技术获得了圆满的成功，赢得了很好地社会和经济效益。
二 机械顶管施工技术基本原理与优点
机械顶管施工技术主要是借助于主顶油缸和中继站的顶进力，从工作坑内把顶管掘进机或者是工具管穿过土层直到顶进到接收坑内以此来吊起来。同时，要把跟随其后的掘进机或者是工具管后在两个工作坑间进行埋设。
泥水平衡顶管的工作原理是：通常采用机械水力切削泥土，借助水力运送废弃土，同时也有利用泥水压力平衡地下的水土压力的这一类顶管形式都称为泥水平衡顶管施工。在泥水平衡顶管施工中，要使挖掘面上保持稳定，就必须在泥水仓中充满一定压力的泥水，泥水在挖掘面上可以形成一层不透水的泥膜，以阻止泥水向挖掘面里渗透。同时，该泥水本身又有一定的压力，因此它就可以用来平衡地下水压力和土压力，这就是泥水平衡顶管最基本的原理。
泥水平衡顶管的优点：采取全封闭式顶进，无需土质改良或降水处理，可有效的保持挖掘面的相对稳定，对管道周围的土体扰动小，地表沉降小；顶管施工总推力较小，施工速度快，适宜较长距离顶管；工作井内的作业环境好，作业较安全；尤其对地下水位很高，地下水压力变化较大的地层更具有优越性。
气压平衡顶管的工作原理：气压法顶管是在顶进管道的前方工具管（机头）内设置两道气压密封门，关闭第一道门，向前舱充入压缩空气，由于压缩空气向正面土层的空隙中渗透，将工具管前方土层中的地下水从土壤的孔隙中排挤到远方，给工具管作业提供一个无水稳定的环境，同时，气体的压力也支撑着机头前的土体开挖面维持稳定而不坍落。当第二道门关闭且增压，使后舱前舱压力相等后，打开第一道门，管道向前顶进同时将机头前挖出的土运到一、二道门之间的转运舱内；然后关闭第一道门，气压继续稳压机头前舱再将后舱逐渐减压为零，再打开第二道门，使后舱与管道相通，将转运舱的土运到工作井。管道是边挖边顶，开挖量与顶进长度相匹配，这是全气压人工挖土顶进法，工人需带压作业。
三 机械顶管施工技术的主要施工措施
机械顶管施工技术的主要施工措施包括以下几个方面：
1）拔桩、初桩及刃机头。把机头用80t的起重机将其吊到井内，平稳地放置在导轨上，导轨与管外皮间要确保接触严实，靠近通口。把工作坑洞口范围内的钢桩用起重机拔起高过管外皮20cm左右即可。这时，马上把导轨的机头顶到洞口的地方，确保洞外土体与机头的正面紧密地顶严实，然后立即把机头顶进土里。采用4组M30的螺栓加强机头与第一～第三节管间的连接，防止机头下跌。
2）机械出土。首先转动刀盘，机头借助工作井内的油缸向前顶进，用螺旋输送机把刀盘旋转搅到底部的土提升之后装卸到运土车内送走。运土车在用8号槽钢焊接，用螺旋连接的轻型轨道上运行。鉴于管道线路比较长，管道内运土通常采用人工配合卷扬机推运土车，把土输送到工作坑内，最后用起重机吊到地面的运土车里。
3）当顶进的油缸伸出大概0．7m时，回动油缸，下一块顶铁，然后继续前进，最后出土。
4）泥浆进行减阻。大口径长距离的顶管减少摩擦阻力的方式是用泥浆。在开始施工之前，先用水湿润管材，再用黄油涂于表面。注入的泥浆如果在管子的外围形成完整的浆套，就能达到减少摩擦阻力的效果。补浆管的位置要视情况布置，顶进结束后，置换已经形成的泥浆套。
5）偏心破碎的顶进技术。顶管的工具头在顶进的过程中碰到障碍物，为防止碎石堵管、堵泵或者是损坏设备，制作相应的碎石拦截箱并安装在排浆泵前和工具头后，同时加上循环泥浆出渣以及减速顶进的方式。
6）选取润滑材料。一般情况下选用膨润土或者粘土等材料制作成泥浆液体，要控制好泥浆的浓度及使用量，减少压力，降低扰动。 7）安装止水圈。针对泥水平衡顶管技术中，对顶管机和洞口建筑的缝隙之间的止水密封能够很好地确保顶管机出洞的顺利性。一旦失去止水密封就会引起很严重的后果，如土体流水、破坏土体平衡等。设置密封性能特别好的止水圈意义重大。首先把膨胀螺丝打好，再在膨胀螺丝上套上橡胶圈，然后就在橡胶圈上压上压板，最后在压环上压上压板，上紧螺丝。
四 施工过程中的控制措施
在施工过程中，首先确定好几个重要的控制参数：顶进长度、刀盘扭矩及泥水舱的压力值的计算。根据实际情况，按照惯用的公式计算出这些参数，便于工程的顺利进行。其次是掘进速度的控制以及排土量的计算。依据确保挖土面平衡来控制掘进的速度，并且要控制管理掘进速度及计算排土量。实际意义上的挖掘量取决于顶管机的断面面积和推进速度，而密度计的读数以及排泥管的流量计确定排土量。最后是进出洞的控制。顶管施工技术最重要的一道工序就是顶管机的进出洞。在工作井内，进洞就是在地层中顶管机完成某一个区域的隧道施工之后进入接收井的过程，相反，按照设计的高度及方向顶管机推出预留的孔洞进入到正常土层的过程称之为出洞。在掘进施工过程中一定要监控好顶管机的推进方向以此确保避免土体流失及安全。采用高压注浆的方式进行后续的施工，效果更加显著。
结束语
通过结合实际案例，分析市政污水处理工程中大口径长距离机械顶管施工技术的应用可知，该技术对提升我国市政污水处理工程施工水平作用明显；该技术具有的造价可控、施工便捷、对周边生态环境干扰小、施工安全性较高等优势，也是我国相应工程施工质量得以不断提高和进步的前提条件。
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