給排水工程師淺析氣壓平衡頂管施工技術(shù)及其適用性

隨著社會的進步和發(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)量及對周邊沉降影響等方面都有獨特的優(yōu)勢，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，通過作用于臨時掘進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。在整個掘進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;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

2.1 工藝流程

2.2氣壓平衡裝置的起用

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

(1)關(guān)閉頂管機第一道壓氣艙門，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，達到平衡掘進面地目的。

(2)作業(yè)人員進入物料艙，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)人員開始掘進作業(yè)。

(3)當物料艙裝滿后，停止掘進，關(guān)閉第一道艙門，打開第二道艙門，裝土、運輸。如此反復循環(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

氣壓檢測儀

將氣壓力嚴格控制在人體所能承受的安全氣壓內(nèi)(0.36Mpa)

頂管設備艙門圖

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

(1)氣壓平衡頂管的進、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。

(2)氣艙壓力的設定及頂進速度的控制，是管成功的關(guān)鍵。氣艙壓力的設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)施工實際情況和地表沉降的實測結(jié)果隨時進行調(diào)整。

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

4 氣壓平衡頂管施工適用比較的優(yōu)缺點

4.1氣壓平衡頂管施工技術(shù)的優(yōu)點

(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，特別對淤泥、流砂有很好的適應性，氣壓艙門可在遇到地下障礙物時可打開進入挖掘面進行處理，頂管過程中，能看見前方障礙物，并進行排除(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，對保證周圍建筑安全性較好，對周圍土體擾動較小，而且對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，周圍土體擾動較小，但對保證承重較大處安全性較差，對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)氣壓平衡頂管機頭短，總長約2.5米，可適宜工作井較小的情況下進行頂管施工，特別對市區(qū)道路的影響較小。而泥水平衡頂管機頭較長，總長約3.7米，且由于泥漿池、沉淀池等器具原因，導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)象實際的地形，可以選擇采用混凝土井和鋼板井，其大小也實際進行選擇，有利于管道穿越時，與預制管發(fā)送溝相結(jié)合，縮短施工工期。

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

4.2氣壓平衡頂管施工技術(shù)的缺點

(1)氣壓平衡頂管施工對土質(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，頂管無法進行。而泥水平衡頂管施工對于土質(zhì)的要小。人工頂管施工對于土質(zhì)的要求則更大。

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

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

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