给排水工程师浅析气压平衡顶管施工技术及其适用性

随着社会的进步和发展，需要更好的污水处理系统，需要更安全的将管线安装并使得城市的破坏减至最小，顶管施工技术越来越多的出现在我们的眼前。顶管施工技术能减少土体的破坏，最大限度地保护城市环境。目前顶管技术常见的有人工顶管、泥水平衡顶管、气压平衡顶管等，其中气压平衡顶管从施工安全性、施工质量及对周边沉降影响等方面都有独特的优势，本文着重论述气压平衡顶管技术的适用性。

1 气压平衡顶管的工艺原理

气压平衡式顶管的工作原理是，通过作用于临时掘进工作面上的气体压力(这里的气体压力一般根据工具管底部的地下水压力来确定)，来阻止地下水。在整个掘进工作面的高度范围内，作用的气体压力是相等的，但地下水的压力是有梯度的，因此在工具管的顶部就形成一个超过平衡压力的气体压力区。在这一压力作用下，地层空隙中的水被挤出，地层也从原来的饱和状态过渡到半饱和状态，从而起到平衡挖掘面的作用。

工艺原理图： 设备布置图：

1冷却塔;2带纠偏装置的工具管;3-第一道气闸门;4-空压机;5-第二道气闸门; 6-空气滤清器;7-防漏气装置;8-送气管道

2 气压平衡顶管工艺流程与技术控制要点

2.1 工艺流程

2.2气压平衡装置的起用

当遇见含水量较大或流砂现象的地层时，为保持掘进面的稳定，防止出现坍塌，而引起地面的塌陷，应立即起用气压平衡装置。

(1)关闭顶管机第一道压气舱门，使工作舱与大气隔绝。在工作舱完全密封的情况下，向工作舱输入压缩空气，气体的压力一般要高出地下水压力0.01MPa,以阻止地下水涌入工作舱，达到平衡掘进面地目的。

(2)作业人员进入物料舱，关闭第二道舱门，也向该舱输入与工作舱同等压力的压缩空气，然后打开第一道舱门，作业人员开始掘进作业。

(3)当物料舱装满后，停止掘进，关闭第一道舱门，打开第二道舱门，装土、运输。如此反复循环作业。为保证作业人员的安全，必须保证最大工作气压限制在0.36Mpa的人体能承受的安全气压。

挖掘、气压加压操作流程

气压检测仪

将气压力严格控制在人体所能承受的安全气压内(0.36Mpa)

顶管设备舱门图

第一道舱门图：第二道舱门图

3 气压平衡顶管技术措施及质量控制要点

(1)气压平衡顶管的进、出洞口技术措施与泥浆减阻技术与人工顶管、泥水平衡顶管大致相同，都是控制的重点。

(2)气舱压力的设定及顶进速度的控制，是管成功的关键。气舱压力的设定必须正确选择压缩空气压力值P和供气量Q的大小。压力值P以压缩空气在土壤和地下水的阻力下不发生喷冒为极限来确定，供气量Q以压缩空气在土壤中流失，密封舱保持压力不下降来确定。并根据施工实际情况和地表沉降的实测结果随时进行调整。

(3)每位进入气压仓的施工人员，必须进行体检，通过体检的方可进入气压仓施工。

4 气压平衡顶管施工适用比较的优缺点

4.1气压平衡顶管施工技术的优点

(1)气压平衡顶管施工能适于一搬的土质、流砂层、淤泥层、卵石层等地下水位丰富的土层，特别对淤泥、流砂有很好的适应性，气压舱门可在遇到地下障碍物时可打开进入挖掘面进行处理，顶管过程中，能看见前方障碍物，并进行排除(特别是碰到孤石、木桩、型钢等地下障碍物，都可以在工具管内得到排除)。气压平衡顶管施工不仅能有效的保持开挖段的稳定性，对保证周围建筑安全性较好，对周围土体扰动较小，而且对沉重较大处沉降保证较好。而泥水平衡顶管施工能适用于流砂层、淤泥层等土层和坚硬的岩石层。在遇到障碍物的处理能力上相比较为欠缺。泥水平衡顶管施工能有效的保持开挖段的稳定性，周围土体扰动较小，但对保证承重较大处安全性较差，对沉重较大处沉降难以保证。人工顶管施工适用于土层和回填层，在遇到障碍物的处理能力上则更差。人工顶管施工相对施工安全性较差，也无法保证周围土体的沉降。

(2)气压平衡顶管机头短，总长约2.5米，可适宜工作井较小的情况下进行顶管施工，特别对市区道路的影响较小。而泥水平衡顶管机头较长，总长约3.7米，且由于泥浆池、沉淀池等器具原因，导致占用道路面积较大。人工顶管施工在道路占用面积虽不大，但在土体适用性较为欠缺。气压平衡顶管施工处接收井可因地制宜：接收井要以根据现象实际的地形，可以选择采用混凝土井和钢板井，其大小也实际进行选择，有利于管道穿越时，与预制管发送沟相结合，缩短施工工期。

(3)气压平衡顶管机头结构合理简单，而且实用性强，机械故障少，部分设备的易损件更换简单。而泥水平衡顶管机头结构较为繁琐，设备易损件更换麻烦。人工顶管施工则无需机头结构。

4.2气压平衡顶管施工技术的缺点

(1)气压平衡顶管施工对土质有一定的要求，因工具管内气压冲泥舱内有一定的气压，所以土质如贝壳、卵砾石或抛石回填土等，因土质之间的间隙较大，气压保存不住，工作区的气囊不能形成，而地下水又非常丰富时，顶管无法进行。而泥水平衡顶管施工对于土质的要小。人工顶管施工对于土质的要求则更大。

(2)气压平衡顶管施工对施工人员体制有一定的要求，每位进入气压仓的施工人员，必须进行体检，通过体检的方可进入气压仓施工。而泥水平衡顶管施工与人工顶管施工对于施工人员体制要求则相对于气压平衡顶管施工要小。

(3)气压平衡顶管施工顶进速度相对于泥水平衡顶管施工顶进速度要慢，而比人工顶管施工顶进速度要快。

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