泥水平衡頂管設備操作要點初探摘要：要充分發揮頂管設備的功效，必須掌握頂管設備的正確操作方法和技巧。本文通過總結泥水平衡頂管設備在各種地質情況下的使用體會，探討其操作要點。關鍵詞：頂管；設備操作；泥水平衡；泥水循環；糾偏0前言一年多來我們使用進口和國產泥水平衡頂管設備，在淤泥、砂粒、雜填土、膠粘土、強風化、中風化等復雜地質中進行從φ500～φ1200管徑的頂管施工。其間曾出現過泥水管線嚴重堵塞、刀盤卡死、機頭自轉兩周、糾偏失控、泥水冒頂、管材爆裂、頂不動、后座墻頂裂等多種問題。如何采取正確的設備操作方法和技巧，盡可能避免因操作失誤導致施工故障的出現，以及如何迅速糾正施工質量問題。就此總結如下：開頂前的設備準備開頂前對設備準備工作，直接關系到頂進的質量和工期。對設備的準備工作主要有三方面。1主機及配套的選擇依所編寫的頂進方案，選擇適當的頂管設備類型及其附屬配套。主要根據地表1-1適用地質微風化中風化強風化橡膠泥雜填土砂粒淤泥刀盤類型滾輪刀○●●鋤形刀○●●●●●TCC○●●●●刀盤動力N——功率n—轉速D—盤徑N>10.26nDD3○●●●●●●N>7.18nD33○●●●●●N>4.1nD3○○●●●●N>2.05nD33○●●●泥水分離器網箱●●○○●●●自然沉淀●○○○●●○組合式泥水分離器器●●●○●●○注：○表示免強可以；●表示完全可以。質鉆探資料、覆土深度、頂距、現場環境要求等因素，選擇刀盤類型、機頭動力、泥水泵、主頂力等參數符合的設備，以及泥水分離裝置等附屬設備，見表1-1。排泥泵的揚程H應視井深hi和頂距L而定：H>0.095(L+40)+1.1hi。2性能測試對設備性能進行全面測試，確保設備從進洞開始至出洞之時的連續運行過程中，設備功能的完整性、可靠性、安全性。主要包括有：各傳動機構的空運轉、模擬額定負載運轉；各傳感變送器的模擬數據測量與傳送；控制顯示系統的模擬操作三方面。詳見表1-2。表1-2檢測部位檢測內容備注刀盤刀盤本體、刀具頭頭完好性；刀刀盤啟動、空空載、模擬轉轉動的電壓、電電流或油壓、流流量的數值。數值的正常范圍，參參照設備廠家家給出的技術術參數。水閥開關機構進出水閥開關的靈靈活性、準確確性；位置狀狀態顯示正確確性；油壓工工作值、極限限值。同上糾偏機構各油缸伸縮量、位位置的可靠性性、靈活性；；位置顯示的的準確性；油油壓工作值、極極限值。同上變送器及儀表進排泥水口壓力、土土壓/泥水倉壓力力、糾偏量、機機頭轉角、傾傾角、轉速/轉動狀態的的顯示。同上音視傳送裝置聲音音質、視頻成成像的清晰度度和穩定性1．3安裝與調整對設備進行正確的安裝和調整，保證機頭進洞時的位置和方向的準確性以及在頂進過程中主頂機架的牢固和穩定。設備現場安裝主要是主頂機架和管線的安裝，調整的重點是主頂機架的基準位垂直標高（基準位依管材是以導軌或頂環定位而定）。其調整的步驟：首先根據放線座標準確安裝好激光經緯儀，并以此開始調整主頂機架的方位。二調整主頂機架中線水平位置，使之與設計頂進軸線垂直投影重疊。三調整主頂機架前端基準位（靠近止水圈第一個調整支承點處）的標高，使之符合設計要求。四調整主頂機后端調整支承點，使主頂機架軸線（指：定位于主頂機架的管材軸線）的傾角等于設計縱坡。五重復三、四步驟，使主頂機架軸線的標高、縱坡完全符合設計要求為止。六調整主頂機架中間各調整支承點，使之均勻受力。七用高標號混凝土充填主頂機架后靠背與后座墻之間的縫空隙。最后在管線安裝完畢后，需進行空轉試車。按1.2要求觀察其功能，檢查泥水管線接口有否漏水。幾個重要的操作控制2．1泥水循環在泥水平衡頂管施工中，泥水循環系統的主要任務：一是使送進機頭的泥水與機頭正前方的土壓及地下水壓形成平衡，防止塌方引起地陷和地面隆起。二是把刀盤切削下來的泥土，以泥水為載體連續運送到地面。因此，泥水的正常循環是操作者第一關注點。2．1．1泥水循環的監視監視泥水循環是否正常主要有兩個指標：流量和壓力。一、流量大小參考值與判斷。流量大小要求一般不小于80~90立方米/小時。泥水顆粒在0.25~1.5mm之間時（如中、細砂），流量取上限；顆粒小于0.2mm（如膠粘土），可取下限。判斷流量大小，可由安裝在系統的流量計直接讀數得出。如果系統沒有安裝流量計，還可以通過觀察回水出口水頭射程來判斷。如忽略空氣阻力和泥水密度變化等引起的誤差影響，其近似計算公式為：L=0.77tgα+1.26CoSα(H+Sin2α)1/2L──泥水射程α──出水射角H──出口高度例：出水射角α=30o，出口高度H=0.5m，如泥水流量Q=80~90立方米/小時，那么：泥水射程L應在1.3~1.4米之間。二、壓力大小參考值壓力測量點一般設在機頭的進水口(Pi)、回水口(Po)、泥水倉(Ph)等處。各點壓力可以觀察通過攝像頭傳送回來安裝在機頭的壓力表讀數或由傳感器通過變送器變送回來的數據。由于泥水經過泥水倉后都會有一定的壓力損失。一般來說，Pi－Po≥0.01~0.03MPa；－0.01MPa≤Ph≤0.02MPa；Pi=hi×(Li＋40)其中：hi──揚程損失系數(7.5×10-4~1.06×10-3)；Li──頂進距離(米)2．1．1泥水循環異常的排除當泥水循環過程中，流量或壓力指標超出上述參考值時，就表明泥水循環出現異常，操作人員必須開始采取措施予以排除。異常現象、原因、排除措施具體分析見表2-1-1所列。現象原因排除措施沒有流量（Qi=0；Qo=0）1．水箱液面低于抽抽水口或閥門門沒打開。((Pi=0；Po=0))2．泥水管線完全堵堵塞。(Pi，Po不一定為為零)往水箱加水，把閥閥門打開。通過分配水閥反沖沖清理管路，甚甚至拆卸管路路逐節通管。流量不足（Qi、Qo低于參考考值）泥水管線開始堵塞塞。頂程過長。水泵葉片磨損嚴重重。暫停頂進，內旁通通沖管；通過過分配閥反沖沖清洗管路。加中繼水泵。更換水泵葉片。排泥泵振動進水泵與排泥泵流流量設定值不不合理。(Qi>Qo)排泥泵吸空。(QQi>QQo)排泥泵缺相運行。(Qi>Qo；某相電流為零)將排泥泵設定值調調低或增大進進水泵設定值值。檢查和修復漏氣之之處并排氣。查清缺相所在，重重新接好。排泥泵有異聲或不不轉動排泥泵被雜物卡住住。排泥泵電機過載保保護。通過分配水閥或拆拆卸管道清除除雜物。查清過載所在，按按動復位鍵。機頭泥水進出口壓壓差（Pi－Po）偏大主要是機頭泥水進進出口堵塞頂進速度太快超過過排泥能力所所致。泥土太粘，需要更更長與水充分分混合的時間間所致。有雜物堵塞回水口口。降低頂進速度或暫暫停頂進。采用慢速頂進（55~20mmm/min）或或摻砂改良土土質。暫停頂進，采用反反沖清除雜物物泥水冒頂根本原因是泥水倉倉壓力偏高((Ph>0..04MPPa)回水管堵塞所致。進水泵設定值過大大。頂程過長，引起背背壓增加所致致。（L>(18.888~333.34))HL：頂程；H：覆土厚度度）暫停頂進，采用旁旁通和反沖清清除堵塞。調低進水泵設定值值。降低頂進速度或加加裝中繼水泵泵。表2-1-12．2糾偏糾偏是頂管施工中必不可少的環節，操作者熟練地掌握糾偏技巧，才能使頂進的管材軸線滿足設計要求。2．2．1軸線偏離原因與判斷頂管施工過程中管軸線出現的偏離，一般分為：位置偏離和方向偏離兩種。幾乎所有泥水平衡頂管設備，都可以從安裝在機頭里的光靶上的激光點位置來判斷機頭是否有位置偏離。激光點在光靶的偏離位置與機頭實際偏離位置，是關于圓點對稱關系。對安裝有傾斜儀的設備，可以根據傾斜儀的讀數與設計值比較大小來判斷有否發生方向偏離。產生軸線偏離的原因一般有：⑴進洞前機頭方位定位不準確（先天不足）。⑵洞口有較大的空腔，使機頭進洞時發生栽頭。⑶沿線土層相對密度的變化，使機頭掘進面受力不均勻，從而引起機頭軸線方向的變化。⑷沿線土層承載力不夠，機頭下沉。⑸泥水循環控制不當，使掘進面掏空，導致機頭前進方向改變。2．2．2糾偏要點一、糾編原理利用安裝在機頭前后節之間的2~4根糾偏油缸伸縮，改變機頭前端的前進方向后，在繼續頂進過程中向原設計位置逐漸修正，而獲得糾編效果。二、糾偏方式糾偏方式包含兩方面：⑴伸縮哪根糾偏油缸。按照光靶上激光點偏離哪個方向，就將哪個方向的糾偏油缸伸出來。⑵頂進速度快慢的選擇。土質愈硬，糾偏時的頂進速度愈宜慢；向下糾偏（機頭位置高偏）時，頂速度宜慢不宜快；反之，向上糾偏（機頭位置低偏）時，宜快不宜慢；對于因土質疏松引起機頭下沉的偏離，宜采用悶頂糾偏。其糾偏距離視糾偏效果和頂力上升量而定。三、適時適量糾偏什么時候要開始實施糾偏呢？理論上只要激光點偏離靶心，就要實施糾偏。但實際操作上，只要機頭傾角與設計的偏離在±5%之內，且激光點偏離靶心不超過1cm，就可以不作調整繼續頂進。糾偏參數的調整原則是：依當前機頭偏離狀況（位置和方向）而定，遵循方向優先原則。糾偏量可用下面近似公式計算：L=0.0174D(Bp－Bs+0.02H)（當L/D<0.042時）L──糾偏方向油缸相對伸出量(mm)；H──機頭激光點位置偏離量(mm)；D──管材內徑(mm)；Bs──設計傾角度；Bp──機頭實際傾角度；最值得注意的是：為防止管間接口處脫離或漏水，糾偏角(B=arctg(L/D))一般小于2.4°，最大不能大于3.3°。操作者應該在調整糾偏參數后，密切注意觀察機頭偏離狀況的變化情況。需根據機頭最新偏離狀況和趨勢去修正糾偏參數，盡可能避免矯枉過正。2．3刀盤扭力與頂力2．3．1刀盤扭力刀盤的扭力主要由刀盤切削土體的切削力、機頭破碎腔破碎土體的破碎力、土體與刀盤之間的磨擦阻力組成。所以引起刀盤扭力異常增大，也是這三方面的原因。頂進速度愈快、土質愈硬，切削力愈大。故在硬度較大的土質（如：強中化巖等N>15的土質）中頂管，應采用慢速（10~20mm/min）頂進。土質愈韌硬、塊徑愈大，破碎力愈大。在此土質（如大礫石）下頂管，如果刀盤扭力過大，就宜采用慢速和間竭式頂進方式。土質粘性愈大，刀盤所受磨擦阻力愈大。這就是在膠粘土土質頂管時，經常出現刀盤扭力嚴重超載的原因所在。頂進方法有：被動措施是采用極慢速（5mm/min）和間竭式頂進方式；主動措施是往進水管內添加10%~30%細砂來減粘。其原理就是利用這些細砂在機頭破碎腔內與粘土攪拌混合后，土質往粉土類改良，使粘力大幅降低。這樣刀盤所受的磨擦阻力就自然減少。此外，當機頭回水口堵塞（Po嚴重偏小）時，因破碎腔充滿泥土，同樣會造成磨擦阻力驟升，導致刀盤扭力超載。2．3．2主頂力計算主頂力的方法很多，對于操作者來說，一般只需按經驗公式簡單估算，做到心中有數就可以了。正常情況下，平均每米管長的頂力小于2噸。具有超挖特點的機頭（如海瑞克AV系列泥水平衡頂管設備）頂力會更小（小于1噸）。當每米頂力大于2噸時，就必須注漿減阻降低頂力。頂管宜連續頂進，暫停時間一般控制在12小時之內。如果停頂時間超過12小時，必須每隔12小時之內至少注漿一次（注漿量為：每平方米管材表面積0.05~0.01立方米漿液）。并在重新開頂前大量注漿（每平方不小于0.2立方米），才能取得較明顯的減阻效果，確保頂力在正常范圍之內。否則就可能會因頂力過大造成后座墻頂裂、管材頂爆、完全頂不動等后果而告失敗。注漿管數量和密度的設置，一般為每間隔1~5根正常管設置一根注漿管。孔隙率或滲透系數較大的土質，注漿管設置要密些。否則注漿時因土質疏松,大量漿液流失，而無法均勻附在管體外表面與土體之間去起減阻作用。番禺新丹河頂管工程在W6~W14段頂進182.5米時，因故暫停了七天。在重新開頂前注漿時，由于暫停注漿時間太長及注漿管數量和密度不夠，注漿壓力很高，結果漿液從砂粒土層冒出地面，最終因注漿減阻效果不明顯導致無法再繼續頂進，被迫明開挖將機頭取出。3．泥水分離泥水分離是應用泥水平衡頂管設備進行頂管施工的一個非常重要的工序。泥水分離好壞直接影響頂進的速度和工地的文明施工。3．1泥水分離的方式在實踐中，我們分別使用過沉淀箱自然沉淀分離、網箱過濾分離、組合式泥水分離器等方法。自然沉淀，雖然成本低，但占地面積大，分離速度慢，不太適合廣州市市區施工工地使用；網箱過濾分離，成本不高，占地面積小。但脫水率不高，泥土含水量有15%左右，不宜馬上直接外運。同時還需要吊機輔助吊運；組合泥水分離器，分離效率高，經分離后泥土含水量小于6%，可直接外運。但不適用于粘度高的膠粘土和有機物含量高的淤泥。3．2泥水分離器使用保養要點一、因其包含振動脫水部分，故防松、防共振振斷最為關鍵。篩網、振動電機及偏心塊、避振器的固定應列為每天點檢和巡檢對象。泥水分離器發出的異聲多與這幾個部位松動有關。振動角和振幅等參數，操作者不應隨意調整，以免因共振振斷篩網。二、正確控制進入旋流器的水壓（一般為0.2~0.25MPa，可通過設在水泵上的調整螺絲調整）。水壓太小，分離效率低；水壓太大，旋流器內壁磨損大影響壽命。三、定期清洗篩網，