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一、 项目介绍
目前天津市顶管施工大多采用两种方法，一种是采用土压平衡平衡式顶管掘进机，另一种采用泥水平衡式顶管掘进机。前者适应范围为φ1800~φ3000mm，而后者适应范围为φ400~φ1800mm，采用土压平衡顶管施工设备不能实现连续顶进，连续出土，而设备的利用率较低，而采用泥水平衡式顶管施工可以实现连续顶进，连续出土，而产生的泥浆有时无法处理，而施工还需考虑到现场水泥，地理条件，施工现场等情况，尤其小口径顶管大多在中心城区范围内地势窄小，而水资源又相对较贵，又不能开采地下水而影响周围建筑物，而采用泥水平衡式顶管施工大约出一方土而需20m3，所以地下每推进一立方将产生大约20多立方米的泥浆，所以在顶管范围内，如其在城市中心地应采用泥水，泥浆净化装置，这样可以起到叫泥和水分离，水可以再利用，泥可以装车拉出施工现场，可以充分利用施工作业面这样可以起到经济效益，社会效益、环境效益，降低了环境污染，采用此种方法施工，它的工艺流程简单且实用价值高。
二、国内外发展概况
在国外顶管技术的发展已有100多年的历史，有资料显示，国外的顶管技术较为标准化，系列化，而且设备成套产品多，设备规格齐全，例如：美国、德国、法国、日本，其顶管工程中，φ4000mm以下的混凝土管和其它管材多采用土压平衡式顶管掘进机，φ2000mm以下多采用泥水平衡式顶管掘进机，而4000mm以上多采用盾构机施工设备。在国内，目前研究顶管出土和弃土问题上海的专门研究机构多达十几家，主要解决如土压平衡的连续顶进，连续出土，和泥水平衡的泥水转换问题。如近几年研究出的螺旋输送机为柱塞式出土泵，风送出土机等，其目的是为了提高顶进效率，缩短工期，保护环境。
三、研究的目的及意义
城市顶管工程施工要求文明施工，节约能耗，安全生产，保护环境，保证施工质量，在项目施工中要贯彻始终，那么要实现在施工过程中能够及时发现问题，研究对策，从而研制开发引进并推广应用新技术，新工艺，新材料和新设备，以提高工程质量，降低施工成本，解放生产力，建成高效优质的精品工程，为企业实现社会效益和经济效益的双丰收，就显得尤为重要了。
1、 研究应用新技术可以充分保证工程质量，加快施工进度，解放生产力，提高工作效率，降低资源消耗，增强企业经济效益。
2、 研究应用新技术能够增强广大员工“科学技术是第一生产力”的思想志识，有利于企业上下形成一种重视科技工作的良好环境，可以为工程建设质量创优奠定良好的基础。
3、 研究应用新技术能够提高企业施工管理水平和企业员工整体科技素质，以增强企业在市场竞争中的实力，走不断创新的可持续发展道路。
4、 研究应用新技术可以使企业逐步积累复杂的工程施工经验和技术资料，为企业长远发展提供技术研究导向和技术实施保证。
四、研究的主要内容
国内采用泥水平衡式顶管掘进机的出土方式形式优缺点。
在顶管施工的分类中，把用水力切削泥土以及虽然采用机械切削泥土而采用水力输送弃土，同时有的利用泥水压力来平衡地下水压力的和土压力的这一类顶管形式都称为泥水式顶管施工。
泥水式顶管施工有以下优点
1、 适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下，它也能适用。
2、 可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小。
3、 与其它类型顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土层，这表现得更为突出，所以，它适应于长距离顶管。
4、 工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全，由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土，搬运土方等容易发生危险作业。它可以在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。
5、 由于泥水输送弃土的作业是连续不断地进行的，所以它作业时的进度比较快。
泥水式顶管施工有一下缺点：
1、 弃土的运输和存放都比较困难，如果采用泥浆式运输，则运输成本高，且用水量也会增加。如果采用二次处理方法把泥水分离或让其自然沉淀、晾晒等则处理起来不仅麻烦，而且处理周期也比较长。
2、 所需的作业场地大，设备成本高。
3、 口径越大，它的泥水处理量也就越多，因此在闹市区进行大口径的泥水顶管施工是件非常困难的事，而且泥水一旦流入下水道以后易造成下水道堵塞。因此，在小口径顶管中采用泥水式比较理想的。
4、 如果采用泥水处理设备则往往噪音很大，对环境造成污染。
这里泥水处理是指泥水式顶管过程中排放出来的泥水的二次处理。既泥水分离，在粘土层中采用泥水式顶管施工时，要完全把水粘土在短时间内分离开来是件非常困难的事，在砂层中顶进时，要把水和砂完全分开就简单一些。因此，在泥水二次处理过程中，颗粒越大越容易处理而且对不同粒径的颗粒，应采用不同的处理方法。
五、研究方法与技术路线
鉴于泥水平衡式顶管掘进机在施工过程中存在的问题，依据不同专业进行技术分析研究落实。为了确保科技立项课题的研究顺利展开和成功完成，公司经理将设置专门的研究管理机构，对泥水平衡式顶管泥水分离净化装置的研究成立科研攻关小组，小组成员主要有项目经理、项目总工及技术质量，现场施工等管理人员组成，并聘请集团公司总工办的有关专家做技术顾问，针对科技立项课题将组织成员集中研讨，分析制定可实施方案，有计划、有步骤地展开创新性技术研究。
1、 针对实际工程难点和工艺操作难点，确定科研课题项目及技术主攻目标，做到方向明确化和目标具体化。
2、 依据新技术在工程中的应用情况，制定研究计划，确定研究步骤及具体实施時间，以保证成果的如期完成。
3、 组织各项相关专业的技术人员实地调研，参观学习和讨论分析，制定可行性技术实施方案。
4、 根据技术方案进行初试验并设有关专家做技术论证，实施可行方案，将新技术应与工程中。
5、 设置专职技术监督人员监控新技术的实施的全过程，随时发现新问题，随时解决攻克，并准确做好原始资料的详细记录。
6、 依据新技术实际应用情况，整理各项技术指标，数据记录，编写科研论文或技术报告。
六、项目研究过程
制约泥水平衡式顶管施工进程的一个主要因素是泥水处理。目前国内采用的泥水处理方法有，首先是沉淀池法，沉淀池法可以把泥水中一些较大的颗粒通过自然沉淀的方式沉于池底，只要抽去上层水或者用挖掘机挖去水下的沉淀物，就可以达到水土分离的目的，它是一种最简单、经济的泥水二次处理方法。如果让它沉淀时间延长些，可以处理10μm以上的颗粒，在一般情况下沉淀70μm以上的颗粒是不成问题的，它的缺点是占用施工场地面积比较大，而且随着所顶管径的增加而增大，这是因为它的沉降速度与沉淀池的表面积成正比，而与泥水的排量成反比，因此，大口径在狭窄的市区施工，若采用泥水式顶管就比较困难，另外一种方法叫振动泥水处理法，因为振动筛很少有单独使用。由于振动筛把较粗的颗粒，一般在1.0mm以上的颗粒分离出来，然后由旋流器把较细的颗粒分离出来，有时为了提高分离效果，可把两、三个旋流器串起来使用。既把前一级的旋流器排出的泥水作为下一级旋流器的进水，如果颗粒比较的细，分离出来的土的含水量比较高，还可以在其中提高一定比例的吸水剂，这种吸水剂可以吸去土中的水分，使原来流淌的土变成可运输的干土，以上是泥水处理最常见的两种方法，如果颗粒在0.07mm以下上述的两种方法无法满足施工的需要，因此选择新的泥水分离系统是当前采用泥水平衡顶管施工企业应尽快解决的棘手问题。
七、研究经费预算计划和费用落实
注：文章内的图表及公式请到PDF格式下查看
目前天津市顶管施工大多采用两种方法，一种是采用土压平衡平衡式顶管掘进机，另一种采用泥水平衡式顶管掘进机。前者适应范围为φ1800~φ3000mm，而后者适应范围为φ400~φ1800mm，采用土压平衡顶管施工设备不能实现连续顶进，连续出土，而设备的利用率较低，而采用泥水平衡式顶管施工可以实现连续顶进，连续出土，而产生的泥浆有时无法处理，而施工还需考虑到现场水泥，地理条件，施工现场等情况，尤其小口径顶管大多在中心城区范围内地势窄小，而水资源又相对较贵，又不能开采地下水而影响周围建筑物，而采用泥水平衡式顶管施工大约出一方土而需20m3，所以地下每推进一立方将产生大约20多立方米的泥浆，所以在顶管范围内，如其在城市中心地应采用泥水，泥浆净化装置，这样可以起到叫泥和水分离，水可以再利用，泥可以装车拉出施工现场，可以充分利用施工作业面这样可以起到经济效益，社会效益、环境效益，降低了环境污染，采用此种方法施工，它的工艺流程简单且实用价值高。
二、国内外发展概况
在国外顶管技术的发展已有100多年的历史，有资料显示，国外的顶管技术较为标准化，系列化，而且设备成套产品多，设备规格齐全，例如：美国、德国、法国、日本，其顶管工程中，φ4000mm以下的混凝土管和其它管材多采用土压平衡式顶管掘进机，φ2000mm以下多采用泥水平衡式顶管掘进机，而4000mm以上多采用盾构机施工设备。在国内，目前研究顶管出土和弃土问题上海的专门研究机构多达十几家，主要解决如土压平衡的连续顶进，连续出土，和泥水平衡的泥水转换问题。如近几年研究出的螺旋输送机为柱塞式出土泵，风送出土机等，其目的是为了提高顶进效率，缩短工期，保护环境。
三、研究的目的及意义
城市顶管工程施工要求文明施工，节约能耗，安全生产，保护环境，保证施工质量，在项目施工中要贯彻始终，那么要实现在施工过程中能够及时发现问题，研究对策，从而研制开发引进并推广应用新技术，新工艺，新材料和新设备，以提高工程质量，降低施工成本，解放生产力，建成高效优质的精品工程，为企业实现社会效益和经济效益的双丰收，就显得尤为重要了。
1、 研究应用新技术可以充分保证工程质量，加快施工进度，解放生产力，提高工作效率，降低资源消耗，增强企业经济效益。
2、 研究应用新技术能够增强广大员工“科学技术是第一生产力”的思想志识，有利于企业上下形成一种重视科技工作的良好环境，可以为工程建设质量创优奠定良好的基础。
3、 研究应用新技术能够提高企业施工管理水平和企业员工整体科技素质，以增强企业在市场竞争中的实力，走不断创新的可持续发展道路。
4、 研究应用新技术可以使企业逐步积累复杂的工程施工经验和技术资料，为企业长远发展提供技术研究导向和技术实施保证。
四、研究的主要内容
国内采用泥水平衡式顶管掘进机的出土方式形式优缺点。
在顶管施工的分类中，把用水力切削泥土以及虽然采用机械切削泥土而采用水力输送弃土，同时有的利用泥水压力来平衡地下水压力的和土压力的这一类顶管形式都称为泥水式顶管施工。
泥水式顶管施工有以下优点
1、 适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下，它也能适用。
2、 可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小。
3、 与其它类型顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土层，这表现得更为突出，所以，它适应于长距离顶管。
4、 工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全，由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土，搬运土方等容易发生危险作业。它可以在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。
5、 由于泥水输送弃土的作业是连续不断地进行的，所以它作业时的进度比较快。
泥水式顶管施工有一下缺点：
1、 弃土的运输和存放都比较困难，如果采用泥浆式运输，则运输成本高，且用水量也会增加。如果采用二次处理方法把泥水分离或让其自然沉淀、晾晒等则处理起来不仅麻烦，而且处理周期也比较长。
2、 所需的作业场地大，设备成本高。
3、 口径越大，它的泥水处理量也就越多，因此在闹市区进行大口径的泥水顶管施工是件非常困难的事，而且泥水一旦流入下水道以后易造成下水道堵塞。因此，在小口径顶管中采用泥水式比较理想的。
4、 如果采用泥水处理设备则往往噪音很大，对环境造成污染。
这里泥水处理是指泥水式顶管过程中排放出来的泥水的二次处理。既泥水分离，在粘土层中采用泥水式顶管施工时，要完全把水粘土在短时间内分离开来是件非常困难的事，在砂层中顶进时，要把水和砂完全分开就简单一些。因此，在泥水二次处理过程中，颗粒越大越容易处理而且对不同粒径的颗粒，应采用不同的处理方法。
五、研究方法与技术路线
鉴于泥水平衡式顶管掘进机在施工过程中存在的问题，依据不同专业进行技术分析研究落实。为了确保科技立项课题的研究顺利展开和成功完成，公司经理将设置专门的研究管理机构，对泥水平衡式顶管泥水分离净化装置的研究成立科研攻关小组，小组成员主要有项目经理、项目总工及技术质量，现场施工等管理人员组成，并聘请集团公司总工办的有关专家做技术顾问，针对科技立项课题将组织成员集中研讨，分析制定可实施方案，有计划、有步骤地展开创新性技术研究。
1、 针对实际工程难点和工艺操作难点，确定科研课题项目及技术主攻目标，做到方向明确化和目标具体化。
2、 依据新技术在工程中的应用情况，制定研究计划，确定研究步骤及具体实施時间，以保证成果的如期完成。
3、 组织各项相关专业的技术人员实地调研，参观学习和讨论分析，制定可行性技术实施方案。
4、 根据技术方案进行初试验并设有关专家做技术论证，实施可行方案，将新技术应与工程中。
5、 设置专职技术监督人员监控新技术的实施的全过程，随时发现新问题，随时解决攻克，并准确做好原始资料的详细记录。
6、 依据新技术实际应用情况，整理各项技术指标，数据记录，编写科研论文或技术报告。
六、项目研究过程
制约泥水平衡式顶管施工进程的一个主要因素是泥水处理。目前国内采用的泥水处理方法有，首先是沉淀池法，沉淀池法可以把泥水中一些较大的颗粒通过自然沉淀的方式沉于池底，只要抽去上层水或者用挖掘机挖去水下的沉淀物，就可以达到水土分离的目的，它是一种最简单、经济的泥水二次处理方法。如果让它沉淀时间延长些，可以处理10μm以上的颗粒，在一般情况下沉淀70μm以上的颗粒是不成问题的，它的缺点是占用施工场地面积比较大，而且随着所顶管径的增加而增大，这是因为它的沉降速度与沉淀池的表面积成正比，而与泥水的排量成反比，因此，大口径在狭窄的市区施工，若采用泥水式顶管就比较困难，另外一种方法叫振动泥水处理法，因为振动筛很少有单独使用。由于振动筛把较粗的颗粒，一般在1.0mm以上的颗粒分离出来，然后由旋流器把较细的颗粒分离出来，有时为了提高分离效果，可把两、三个旋流器串起来使用。既把前一级的旋流器排出的泥水作为下一级旋流器的进水，如果颗粒比较的细，分离出来的土的含水量比较高，还可以在其中提高一定比例的吸水剂，这种吸水剂可以吸去土中的水分，使原来流淌的土变成可运输的干土，以上是泥水处理最常见的两种方法，如果颗粒在0.07mm以下上述的两种方法无法满足施工的需要，因此选择新的泥水分离系统是当前采用泥水平衡顶管施工企业应尽快解决的棘手问题。
七、研究经费预算计划和费用落实
注：文章内的图表及公式请到PDF格式下查看