給排水工程師淺析氣壓平衡頂管施工技術(shù)及其適用性

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，需要更好的污水處理系統(tǒng)，需要更安全的將管線安裝并使得城市的破壞減至最小，頂管施工技術(shù)越來越多的出現(xiàn)在我們的眼前。頂管施工技術(shù)能減少土體的破壞，最大限度地保護(hù)城市環(huán)境。目前頂管技術(shù)常見的有人工頂管、泥水平衡頂管、氣壓平衡頂管等，其中氣壓平衡頂管從施工安全性、施工質(zhì)量及對(duì)周邊沉降影響等方面都有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，本文著重論述氣壓平衡頂管技術(shù)的適用性。

1 氣壓平衡頂管的工藝原理

氣壓平衡式頂管的工作原理是，通過作用于臨時(shí)掘進(jìn)工作面上的氣體壓力(這里的氣體壓力一般根據(jù)工具管底部的地下水壓力來確定)，來阻止地下水。在整個(gè)掘進(jìn)工作面的高度范圍內(nèi)，作用的氣體壓力是相等的，但地下水的壓力是有梯度的，因此在工具管的頂部就形成一個(gè)超過平衡壓力的氣體壓力區(qū)。在這一壓力作用下，地層空隙中的水被擠出，地層也從原來的飽和狀態(tài)過渡到半飽和狀態(tài)，從而起到平衡挖掘面的作用。

工藝原理圖： 設(shè)備布置圖：

1冷卻塔;2帶糾偏裝置的工具管;3-第一道氣閘門;4-空壓機(jī);5-第二道氣閘門; 6-空氣濾清器;7-防漏氣裝置;8-送氣管道

2 氣壓平衡頂管工藝流程與技術(shù)控制要點(diǎn)

2.1 工藝流程

2.2氣壓平衡裝置的起用

當(dāng)遇見含水量較大或流砂現(xiàn)象的地層時(shí)，為保持掘進(jìn)面的穩(wěn)定，防止出現(xiàn)坍塌，而引起地面的塌陷，應(yīng)立即起用氣壓平衡裝置。

(1)關(guān)閉頂管機(jī)第一道壓氣艙門，使工作艙與大氣隔絕。在工作艙完全密封的情況下，向工作艙輸入壓縮空氣，氣體的壓力一般要高出地下水壓力0.01MPa,以阻止地下水涌入工作艙，達(dá)到平衡掘進(jìn)面地目的。

(2)作業(yè)人員進(jìn)入物料艙，關(guān)閉第二道艙門，也向該艙輸入與工作艙同等壓力的壓縮空氣，然后打開第一道艙門，作業(yè)人員開始掘進(jìn)作業(yè)。

(3)當(dāng)物料艙裝滿后，停止掘進(jìn)，關(guān)閉第一道艙門，打開第二道艙門，裝土、運(yùn)輸。如此反復(fù)循環(huán)作業(yè)。為保證作業(yè)人員的安全，必須保證最大工作氣壓限制在0.36Mpa的人體能承受的安全氣壓。

挖掘、氣壓加壓操作流程

氣壓檢測(cè)儀

將氣壓力嚴(yán)格控制在人體所能承受的安全氣壓內(nèi)(0.36Mpa)

頂管設(shè)備艙門圖

第一道艙門圖：第二道艙門圖

3 氣壓平衡頂管技術(shù)措施及質(zhì)量控制要點(diǎn)

(1)氣壓平衡頂管的進(jìn)、出洞口技術(shù)措施與泥漿減阻技術(shù)與人工頂管、泥水平衡頂管大致相同，都是控制的重點(diǎn)。

(2)氣艙壓力的設(shè)定及頂進(jìn)速度的控制，是管成功的關(guān)鍵。氣艙壓力的設(shè)定必須正確選擇壓縮空氣壓力值P和供氣量Q的大小。壓力值P以壓縮空氣在土壤和地下水的阻力下不發(fā)生噴冒為極限來確定，供氣量Q以壓縮空氣在土壤中流失，密封艙保持壓力不下降來確定。并根據(jù)施工實(shí)際情況和地表沉降的實(shí)測(cè)結(jié)果隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

(3)每位進(jìn)入氣壓倉的施工人員，必須進(jìn)行體檢，通過體檢的方可進(jìn)入氣壓倉施工。

4 氣壓平衡頂管施工適用比較的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1氣壓平衡頂管施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

(1)氣壓平衡頂管施工能適于一搬的土質(zhì)、流砂層、淤泥層、卵石層等地下水位豐富的土層，特別對(duì)淤泥、流砂有很好的適應(yīng)性，氣壓艙門可在遇到地下障礙物時(shí)可打開進(jìn)入挖掘面進(jìn)行處理，頂管過程中，能看見前方障礙物，并進(jìn)行排除(特別是碰到孤石、木樁、型鋼等地下障礙物，都可以在工具管內(nèi)得到排除)。氣壓平衡頂管施工不僅能有效的保持開挖段的穩(wěn)定性，對(duì)保證周圍建筑安全性較好，對(duì)周圍土體擾動(dòng)較小，而且對(duì)沉重較大處沉降保證較好。而泥水平衡頂管施工能適用于流砂層、淤泥層等土層和堅(jiān)硬的巖石層。在遇到障礙物的處理能力上相比較為欠缺。泥水平衡頂管施工能有效的保持開挖段的穩(wěn)定性，周圍土體擾動(dòng)較小，但對(duì)保證承重較大處安全性較差，對(duì)沉重較大處沉降難以保證。人工頂管施工適用于土層和回填層，在遇到障礙物的處理能力上則更差。人工頂管施工相對(duì)施工安全性較差，也無法保證周圍土體的沉降。

(2)氣壓平衡頂管機(jī)頭短，總長約2.5米，可適宜工作井較小的情況下進(jìn)行頂管施工，特別對(duì)市區(qū)道路的影響較小。而泥水平衡頂管機(jī)頭較長，總長約3.7米，且由于泥漿池、沉淀池等器具原因，導(dǎo)致占用道路面積較大。人工頂管施工在道路占用面積雖不大，但在土體適用性較為欠缺。氣壓平衡頂管施工處接收井可因地制宜：接收井要以根據(jù)現(xiàn)象實(shí)際的地形，可以選擇采用混凝土井和鋼板井，其大小也實(shí)際進(jìn)行選擇，有利于管道穿越時(shí)，與預(yù)制管發(fā)送溝相結(jié)合，縮短施工工期。

(3)氣壓平衡頂管機(jī)頭結(jié)構(gòu)合理簡單，而且實(shí)用性強(qiáng)，機(jī)械故障少，部分設(shè)備的易損件更換簡單。而泥水平衡頂管機(jī)頭結(jié)構(gòu)較為繁瑣，設(shè)備易損件更換麻煩。人工頂管施工則無需機(jī)頭結(jié)構(gòu)。

4.2氣壓平衡頂管施工技術(shù)的缺點(diǎn)

(1)氣壓平衡頂管施工對(duì)土質(zhì)有一定的要求，因工具管內(nèi)氣壓沖泥艙內(nèi)有一定的氣壓，所以土質(zhì)如貝殼、卵礫石或拋石回填土等，因土質(zhì)之間的間隙較大，氣壓保存不住，工作區(qū)的氣囊不能形成，而地下水又非常豐富時(shí)，頂管無法進(jìn)行。而泥水平衡頂管施工對(duì)于土質(zhì)的要小。人工頂管施工對(duì)于土質(zhì)的要求則更大。

(2)氣壓平衡頂管施工對(duì)施工人員體制有一定的要求，每位進(jìn)入氣壓倉的施工人員，必須進(jìn)行體檢，通過體檢的方可進(jìn)入氣壓倉施工。而泥水平衡頂管施工與人工頂管施工對(duì)于施工人員體制要求則相對(duì)于氣壓平衡頂管施工要小。

(3)氣壓平衡頂管施工頂進(jìn)速度相對(duì)于泥水平衡頂管施工頂進(jìn)速度要慢，而比人工頂管施工頂進(jìn)速度要快。

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