局部氣壓式鏟掘進機頂管工法
(上海隧道工程股份有限公司)
上海隧道工程股份有限公司早在十幾年前就開始研究頂管施工技術，在70年代初已付諸于工程實踐。隨著公司頂管技術的發(fā)展，公司現(xiàn)已擁有網(wǎng)格式、手掘式、土壓干衡式、泥水平衡式、半氣壓反鏟式等各類型工具管，頂管機械已初步形成系列化，并且在工程實踐中積累了地下、水下、長距，短距、軟土、硬土等頂管施工的豐富經(jīng)驗，公司的頂管技術正以日新月異的姿態(tài)高速發(fā)展，且已應用于諸多的工程領域。
φ2200半氣壓式反鏟頂管掘進機(簡稱工具管)。
1 特點
1.1施工占用場地小：只需一個工作井(坑)和一個接收井的場地。
1.2環(huán)境影響小：作業(yè)無噪聲、無振動、無污染，能直接穿越構筑物、河流、各種公共設施及地下管線，是明挖法敷設管道無法取代的工藝。
1.3適應性強：能在各種不同的土層中進行頂管，能進行曲線、直線的頂管和長距、短距離的頂管。
1.4施工質(zhì)量好：能控制地面沉降、管道接口密封、安全可靠。
1.5適用范圍大：適用各種市政管道、工業(yè)地下管道的敷設尤其適用于城市交通繁忙，建筑密集及旅游風景區(qū)域內(nèi)的地下管道施工。
2 工具管機械性能和技術參數(shù)
工具管由殼體結構、糾偏千斤頂、液壓反鏟、螺旋輸送機、皮帶運輸機等組成。
2.1工具管形式：局部氣壓式、殼體外徑φ2660mm、長3600mm，前沿角20。
2.2出土方式：反鏟掘土、螺旋機出土、皮帶機送土的干出土方式。
2.3糾偏參數(shù)：8臺981kN×l10mm的糾偏千斤頂、工作壓力為25．8MPa糾偏角度為2左右，能進行左右上下方位的糾偏動作。
2.4反鏟：斗容為0.1m3，挖掘能力15m3／h，工作壓力為25MPa，能回轉順時針46°，逆時針52°的角度。
2.5螺旋輸送機：正反轉動，轉速為0~20r．p．m，輸出扭矩為500Nm，管軸φ131×18，出土率15m3／h。
2.6皮帶運輸機：輸送能力為l00m3／h，選用YD型油冷式電滾筒作驅動裝置。
3 工藝原理
該工法的基本原理是在擬敷設的管道起點處，選建一個頂管工作井或坑，在工作井內(nèi)安裝頂進輔助設備和工具管，地面安裝供氣、供電、供水及泥漿系統(tǒng)設備，工具管調(diào)試、對中調(diào)整、穿墻洞外地基加固、工具管出洞、進入正常頂進、頂進中導入測量控制、糾偏控制和泥漿減摩措施，如進行長距離頂進，在適當?shù)墓芄?jié)后面設置中繼間接力頂進，工具管進入接收井或坑內(nèi)．
采用φ2200半氣壓式反鏟頂管掘進機的主要工序流程如下圖；
4．頂進施工操作要點
4．1工具管穿墻出洞前的準備
頂管施工最大的特點是整個管道均要沿著工具管的行進軌跡前進，長距離頂管的重要 手段是運用減摩措施和設置中繼間接力，以達到長距離頂進的目的，故工具管出洞前的準備工作至關緊要，現(xiàn)列出以下幾點供參考。
4.1.1工具管安裝就位后的調(diào)試和檢驗應認真做好，發(fā)現(xiàn)有漏油，滑氣現(xiàn)象應立即捉滑，其最好是在荷載下調(diào)試。
4.1.2根據(jù)便進坡度和土質(zhì)情況確定工具管出洞時的狀態(tài)，且要考慮工具管前沿的作用，還要用測量儀器復核其狀態(tài)．
4.1.3根據(jù)地質(zhì)資料研制適合本頂管的泥漿。長距離頂管最好配制成A、B漿。
4.1.4進行穿墻洞外的地基處理，可根據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)情況合理經(jīng)濟地選擇加固方法。
4.1.5建立頂管頂進時的實用測量網(wǎng)，長距離頂管可采用激光指向儀指向，陀螺儀定向等進行儀器測量。
4.1.6建立安全可靠的供電系統(tǒng)，長距離頂管還要解決電壓降，電壓降可采用多路電纜供電或設置升壓器。
4.1.7建立良好的壓漿系統(tǒng)，長距離還要考慮中繼壓漿站。
4.1.8建立可靠的供氣系統(tǒng)，保證氣壓平衡水土壓力，長距離還要考慮通風。
4.2頂進施工
4.2.1反鏟挖土在一般正常情況下，按前沿角度階梯形均勻挖土，在有偏差存在時，應根據(jù)測量報表了解工具管所處狀態(tài)或技術人員的指導進行挖土。
4.2.2頂進過程中一般是邊頂邊挖邊出土，在長距離頂管施工中，由于頂進距離長和設置了中繼間，故應按中繼間每頂一次的行程換算成出土量，還要考慮出土運輸時間。
4.2.3頂進施工中的測量一般是每班進行兩次，長距離頂管可每節(jié)管節(jié)測一次，測量報表要及時送到工程技術人員手里，以便在出現(xiàn)偏差時及時采取控制措施，做到勤糾、少糾使管道頂進保持在設計軸線上擺動前進。
4.2.4為保持良好的施工環(huán)境，皮帶機下的散土要經(jīng)常清理，管道內(nèi)的積水要經(jīng)常抽干，糾偏千斤頂下的泥水要經(jīng)常清理。
4.2.5管道內(nèi)的所有抽泵都應空載起動，并要聽一聽油泵運轉是否正常、有否異聲，看一看油接送、油管是否漏油，保證頂進時能正常工作。
4.2.6長距離贗管有若干中繼間參與接力頂進，做好中繼間動力站、電箱的清潔工作非常重要，它能保證液壓油清潔及各種閥件、中繼間編組頂進的正常工作。
4.2.7頂管施工、管道內(nèi)濕度較高，各類電氣設備、電纜，電線必須安裝牢固、安全，使用正確，修理及時，拆除徹底，防止留下隱患，發(fā)生管道內(nèi)的漏電事故。
4.3觸變泥漿減摩施工
4.3.1工具管填進時必須在工具管尾部同步壓注觸變泥漿，它是保證泥漿套的形成和控制地面沉降的重要手段。
4.3.2工具管尾部的同步壓漿量一般是工具管與管節(jié)之間的徑差空隙的3～4倍，但各個地區(qū)的土質(zhì)情況不同，不能強求統(tǒng)一。
4.3.3研制工具管尾部的泥漿要從支承潤滑兩方面考慮，結合當?shù)氐牡刭|(zhì)水文資料配制出合適的觸變泥漿。
4.3.4經(jīng)過一段時間的頂進施工，泥漿會失水而降低減摩效果，增大頂進阻力，為充分發(fā)揮千斤頂作用，頂進過程中應經(jīng)常在管道內(nèi)進行補壓漿，一般為每班兩次。
4.3.5短距離頂進施工一般可采用配制一種泥漿，長距離頂管施工最好配制兩種泥漿，工具管尾部泥漿應具有支承潤滑雙重作用，管道內(nèi)補壓漿則考慮時應偏重潤滑作用，且兩種泥漿應分箱儲備，分管壓注。
4.3.6泥漿配制和管理應有專設人員，施工中應經(jīng)常測試泥漿的各類指標，嚴防把惡化泥漿壓入管道外壁。
4.3.7根據(jù)地質(zhì)資料，管道覆土厚度嚴格控制泥漿壓力，防止泥漿壓出地面、污染環(huán)境。
4.3.8經(jīng)常檢驗壓漿設備的工作情況、檢查泥漿管路是否有阻塞，壓力表是否完好，并做好泥漿配置的記錄工作及每班壓漿量、壓力的記錄工作。
4.4頂進控制及渣土處理
4.4.1反鏟工具管不同于刀盤式工具管的糾偏控制，除可用糾偏千斤頂控制便進外，還可采用開挖面不均勻挖土法控制頂進。
4.4.2不論是糾偏千斤頂或挖土法進行糾偏，其糾偏幅度一定要小，一次糾偏量不得超過轉角1°，應做到勘測、勤糾、緩糾，少糾。
4.4.3應嚴格做到根據(jù)測量報表了解工具管趨勢狀態(tài)，然后導入相應的控制技術。
4.4.4挖土法糾偏有單邊挖土法，導向超前挖土法，無論采用何種挖土法都應根據(jù)技術人員的指導進行施工，嚴禁不聽指揮亂挖土。
4.4.5前沿式工具管在頂進過程中常帶來工具管旋轉，嚴重影響頂進施工，糾旋可采用壓重法和苗沿肋扳前插法來加以控制。
4.4.6前沿肋板前插法即將兩塊鐵板焊接在前沿兩腰，前插入土15～20cm，前擂角度根據(jù)旋轉方向和旋轉角度定。
4.4.7反鏟工具管的渣土由于螺旋機輸出、皮帶機運輸?shù)焦艿纼?nèi)的運輸工具上，然后外運，很短距離可采用手推車運土，較長距離就應考慮運輸機械了，一般采用管道內(nèi)鋪設鐵軌，用電機車牽引土箱車外運，這種方法出土效率高速度也較快。
4.5安全和勞動力組織
4.5.1頂管施工時管道內(nèi)電纜、電氣設備眾多，應嚴格執(zhí)行安全操作"低規(guī)"，防止漏電事故發(fā)生。
4.5.2頂管施工管道空間狹小，應防止運輸工具撞人撞設備事故。
4.5.3開挖面在氣壓平衡水土壓力時，要保證供氣系統(tǒng)的完好，防止開挖面因漏氣和氣壓不足而造成開挖面塌方事故。
4.5.4勞動組織如下表(以每班人數(shù)計)
5 質(zhì)量標準
5.1頂進管道施工質(zhì)量參照GJJ3-90市政排水管渠工程，質(zhì)量驗定檢驗評定標準中第三章中的有關規(guī)程和參照GBJ、141-90給排水構筑物施工及驗收規(guī)范中的第八章有關規(guī)程。
5.2根據(jù)地質(zhì)水文資料配制出適合的泥漿，測出泥漿粘度、比重、滴漏、稠度等數(shù)據(jù)，為批量生產(chǎn)泥漿提供依據(jù)．
5.3按各地區(qū)要求嚴格控制地面沉降。
5.4精心按要求壓注觸變泥漿于工具管尾，定時補壓漿。
6 效益分析
在城市交通繁忙，地面建筑密集或風景旅游區(qū)內(nèi)敷設各種管道，采用頂管法施工具有很高的社會經(jīng)濟效益。特別是穿越河流、鐵路的管道施工是明挖法無法施工的，隨著城市建設和經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，頂管法施工越來越多的在工程領域中被采用，尤其半氣壓或反鏟掘機頂管，它與其他工具管類比具有造價低，適應性強，適用范圍大，對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點，能大大降低工程造價，特別是在硬土層或地下障礙物無法探明的區(qū)域尤為適合。
7 工程實例
深圳頂管工程采用半氣壓式反鏟掘進機頂管，二井一線利用10只中繼間接力，結合泥漿減摩，成功的一次頂進1053m，創(chuàng)造了國內(nèi)大口徑混凝土管長距離頂進的最新紀錄，且有效地控制了地面沉降，穿越了軟硬不同的復雜地層和眾多的建筑群、地下管線，保證了地面建筑物的絕對安全。有關的主要數(shù)據(jù)如表3。
