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摘要:介绍了当地质为含水量丰富的砂土层时，并带有大量卵石的一类穿越高速铁路顶管施工过程所遇到的困难。从机具选型、洞口处理措施、泥水平衡原理、纠偏、顶力和减阻措施几个方面分析了解决问题的办法。
关键词:砂土层；顶管；泥水平衡；穿越铁路
On the Sand Layer Crossing the Railway Line
in the Pipe Jacking Technology
LIU Jun
(Shenzhen Canton Civil Engineering Co.,Ltd. Shenzhen 518000,China)
Abstract: The difficulties encountered by the pipe jacking process when the geology is rich in water content of the sand layer,and with a large number of pebbles through the high-speed rail.Equipment selection,hole processing measures,slurry,deviations correcting，jacking force and the drag reduction measures several aspects of the solution to the problem.
Key words: sand layer；pipe jacking ；slurry ；crossing the railway line
中图分类号：TU74文献标识码： A
随着社会和城市建设的发展，石油、供水、供电、供气、污水处理等大型管道工程施工，顶管在穿越铁路、公路中得到了广泛的应用。顶管施工作为一种非开挖技术，具有占地面积小、工程造价相对低、安全可靠，对周围环境影响小等优点，近年来逐渐在各个城市被广泛采用。在含水量丰富的砂土地段，因为砂土极易液化、扰动后失稳及高度的敏感性，地下水发达且有一定的压力，造成不少在砂土地段顶管施工遇到了流砂、造成机头前面注入的水和泥浆流失不能平衡机头前方的土体，形成地面沉降、坍塌、顶力过大等问题, 在一定程度上增加了顶管的难度。因此，在进行顶管施工前，除设计提供的地质资料，根据顶管长度，有必要分别在工作井和接收井进行水平钻探确认地质情况，根据具体情况来确定施工工艺和选择机械设备尤为重要。笔者在进行深圳市布吉、平湖新南、木古河、铺地吓A线等污水处理厂配套截污干管下穿铁路防护管工程(以下简称本工程)施工时,总结了几点技术措施,下面通过实例加以介绍，供从事该项工程的相关技术和管理人员参考。[作者简介：刘 军（1983—），男，助理工程师，2010年毕业于
华东交通大学道路与铁道工程专业，工学学士。]
1 工程概况
本工程管材采用“F”形Ⅲ级钢筋混凝土管Φ2.2m，覆土厚度10.4m，顶进长度为73.9m。但地面为六股轨道，其中两股为繁忙干线，对铁路路基沉降限制要求高。
根据勘探揭露，顶管所处位置为第四系冲洪积层。土层揭露有粉细砂、中粗砂层及大量卵石，其透水性强，属强透水层；其它土层多为粘性土层，其透水性差，属弱透水层；在勘探期间测定水位埋深1.8~2.3m。地下水主要靠大气降水及邻近地下水的补给，地下水水位及水量受季节性影响，与邻近河沟有较大的侧向水力联系。地下水水位随河沟水位及雨季的变化而变化。此种饱水砂性土在水压极易产生管涌、流砂现象[1]。
2 砂层中穿越铁路顶管存在的问题分析
2.1 机具选型
全断面掘进顶管机的切削刀盘一般可分为三类：1，车轮式切削刀盘；2，挡板式切削刀盘；3，岩石切削刀盘。泥水平衡式顶管机是一种封闭式顶管机，刀盘一般选用挡板或岩石切削刀盘[2]。本工程顶管机刀盘选择了车轮式切削刀盘，此刀盘在应用于富水的砂土地段时，存在切削端面大部分是处于敞开状态，对工作面不能构成平衡作用的不足之处。顶管施工过程中发生工作面上方土体塌落和坍塌，引发地表沉降，使管道周围铁路电气化立柱受到影响。主要原因是工作面前方出现平衡泥浆漏失，未形成有效的泥膜，松散的饱水砂性土在地下水压力的作用下涌入刀盘切削端面的敞开区域，故时有出现卡刀盘的问题发生影响正常顶管施工。
防治措施：
①根据土质情况、地下水位、施工要求等，在保证工程质量、施工安全的前提下，合理选用顶管机型；
②对造成路基下沉处所，采用袋装石碴、片石或砂袋及时回填坍塌坑洞，然后在缝隙处插入注浆管进行注浆，增强路基的整体强度和稳定性能；
③对造成线路沉降的处所，在设备管理单位专业人员的指寻下，及时对线路进行补碴、抬道、捣固和整修养护，使线路保持良好状态，确保行车安全；
④顶管机头出现卡刀盘时，可采用进行正反转动刀盘，使之增大刀盘的活动空间，改变泥浆路径，对砂土予以稀释，以达到刀盘正常运作的目的。
2.2 洞口处理措施
顶管施工中的进出洞口工作是一项很重要的工作，施工中应充分考虑到它的安全性和可靠性。在富水砂土地段施工时，为防止进出洞口及顶进过程中井外泥水压力过大涌入井中，需要对洞口周围土体进行加固，一般比较有效的加固措施是深层搅拌桩和高压旋喷桩两种方法。考虑到本过程施工场地狭小，深层搅拌桩设备庞大，在闹市区受到影响，故此处采用了高压旋喷桩加固处理的方法。
高压旋喷桩机占地面积小，凝固砂土效果理想，加固洞口周围土体时采用纯水泥浆（也可以掺加适量的粉煤灰），主要根据工期和经济性选择。本工程洞口外侧采用水灰比为1:1的水泥浆，添加2%CaCl2，正常气温养护5~7d。高压旋喷桩处理洞口土体时采用梅花形布置，共三道，相互咬合10cm，深度比顶管洞口深2m以上[3-5]。
施工工艺：开洞门施工時，为防止大量泥沙随地下水外涌，造成路基塌陷，造成铁路设施不稳定，确保行车安全，结合本工程的地质情况，应事先做好预案，准备相应的应急材料，较为有效的基本材料有：棉絮、沙袋、木板、支撑、道碴等。同时设置专人对线路进行监测。
机头安装，洞口止水圈选择安装加厚橡胶止水法兰。
2.3 泥水平衡原理
对于这种封闭式的顶管机来说，位于工作面上的地下水压力和土压力是通过具有一定压力的液状平衡介质来平衡的，平衡介质可以是水、水+聚合物或类似的物质（通常采用膨润土浆液），平衡介质的密度或粘度根据地层的渗透系数来确定。切削下来的土层与平衡介质混合，并通过管道排渣系统，由砂石泵将其从顶管机的破碎室底部泵送至地表的泥浆池，将泥土或岩粉与平衡介质进行分离，分离后的平衡介质可以进行反复利用。
当顶管机正常工作时，工作阀1和2均打开，而旁通阀3则关闭。这时，泥浆从进浆管经过工作阀1而进入顶管机的泥水仓。而泥水仓中的泥浆则通过工作阀2由排浆管排出。通过调节控制进、排泥浆的流量，就可以使顶管机的泥水仓中建立一定的压力，从而达到平衡顶管机前端水土压力的目的[6]；当此压力大于地下水压力时，泥浆将向工作面外砂土中渗透，泥浆中的粘性颗粒充填到砂土的孔隙中，逐渐积累形成泥膜；反之，则泥膜难于形成，塌落、坍塌会时有发生。如图所示。
图1 泥水平衡土压力的原理图
本工程在顶进过程中，曾多次出现堵管的情况，甚至是像旁通阀这种极少出问题的情况都有发生。严重影响了施工进度，同时也增加了施工安全隐患。主要原因有循环泥浆浓度过低、注浆泵和排泥泵电压不匹配及泥浆中含有大量的砂石。当循环泥浆浓度过低时，泥浆就不能对工作面起到稳定作用，砂土在刀盘的扰动下，易液化，形成流砂；另外也会减弱泥浆的携渣作用，致使砂石极易滞留在排泥管中，造成堵管的现象发生。由于注浆泵和排泥泵的电压不匹配，使电机的转速不相等，进出浆的流速、流量也不相同，这样就使泥浆循环系统没有达到一个动态的平衡状态，不能保证泥水仓有一个稳定的压力，工作面极易出现坍塌、流砂等的现象。循环泥浆携带泥砂排出排泥管的过程中，会因为循环泥浆浓度低、泵机电压低和泥浆流速慢的原因使泥砂很容易滞留在排泥管中，当顶管机停止后启动，更多的泥砂聚集沉淀在管中，造成严重的堵管，甚至是堵旁通阀。
防治措施：
①利用循环泥浆的护壁作用、携渣作用、润滑作用和冷却作用；根据地质资料，顶管穿越粉细砂及中粗砂层时，当泥浆浓度在小于1.1就不能很好地起到护壁、携渣的作用，必须要提高泥浆浓度，一般控制在1.10~1.20之间，能保证工作面的稳定；
②保证泥水仓的压力主要通过变频器控制进出浆泵电机的转速，以此稳定电压，达到控制进出浆的流速、流量来实现。再则，可以通过开启旁通阀，来实现泥浆的小循环，保证泥水仓的压力。
2.4 纠偏措施：
在砂土层顶管时，由于地质条件的不均匀性，经常出现机头跑偏现象。顶进过程中要根据刀盘转速、土质、进排浆量来确定頂进速度，若顶进速度跟进不同步，刀盘与前方土体形成泥水隔层，容易造成路基塌陷和轨道下沉。特别是在机头刚进洞时，要适当控制顶进速度，决不能一味求快，如果机头在进洞时严重跑偏，就会增加纠正的难度。
在本工程顶管机头进洞时，工作面上方为泥砂，下方有50cm厚的风化岩层，出现“上软下硬”的特殊工作面，这就要求顶进速度必须放慢，把风化岩层磨耗掉。主要原因一方面是防止机头跑偏，另一方面要防止顶管机头造成旋转的现象发生。
防治措施：
①针对机头跑偏的情况，可采用将机头后2根管子与机头刚性连接的方式；
②要求操作人员密切关注激光靶的变化，测量人员增加测量次数。纠偏频率宜大，但每次调整幅度宜小，缓慢进行调整；
③操作人员应时刻注意顶管机的变化，及时纠正顶管机的旋转现象，将偏转角控制在5º以内[7]。
2.5 顶力和减阻措施
工作井WB16’顶力计算：据《顶管工程施工规范》﹙DG/TJ08-2049-2008﹚中采用的公式,计算总顶力P：
式中：―管道外径﹙m﹚；取=2.64
―管道的顶进长度﹙m﹚；取=73.9m；
―管道外壁与土的平均摩阻力﹙kN/m2﹚
取=11；
―顶管机的迎面阻力﹙kN﹚其中，
―顶管机外径﹙m﹚，取=2.64；
―土的重度﹙kN/m3﹚，取=19kN/m3；
―覆盖层厚度﹙m﹚，除去路基约1m的
高度，取=9.4m；
将数值带入公式得：
根据总推力选取管材及主油缸，主油缸选用4台300t(11760kN)级油缸可满足要求。
为确保后座在顶进过程中的安全，后座反力或土抗力R应为总顶进力P的1.2~1.6倍，后座反力R按照《顶管施工技术及验收规范》（试行）中采用的公式进行计算：
式中：―系数，取=1.5~2.5；
―后背墙的宽度（m），取=4m；
―后背墙的高度（m），取=3m；
―土的重度﹙kN/m3﹚，取=19kN/m3；
―被动土压力系数，取=3.00；
―土的粘聚力，取=0kPa；
―地面到后背墙顶部土体的高度（m）,
取h=7m；
将数值带入公式得：
=11628KN=1.5P，符合规范要求。
一般情况下，考虑到顶进过程中的磨耗作用，顶管机前端的切削刀盘都会比机身大2~3cm。由于机头进洞以后没有及时注减阻泥浆，混凝土防护管管壁外侧存在一个2~3cm的“真空”地带，砂石在水压力的作用下，会直接流向管壁，在管壁处聚集，造成管壁摩擦力剧增，出现“抱死”的情况，使得顶力突然增大。这样的后果就是后背墙两侧井壁出现多条裂缝，油压表示数达到28MPa，顶力达到1067t，远大于计算所得总顶力，已接近后背墙的最大允许顶力。
在砂土层中采用顶管法施工，由于管道周围砂土坍塌无法形成卸力拱，导致管周水平土压力和垂直土压力增大，加大了管道顶进的摩擦阻力和工具管头阻力，该摩阻力随顶进距离增加而增大，是管道顶进的主要阻力。减阻泥浆的运用是减少顶进阻力的最有效措施，顶进时通过管节上的压浆孔，向管道外壁注入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆套，顶管顶进时在泥浆中形成一组剪切面，从而减少顶进时的顶力，泥浆套的好坏，直接关系到减阻的效果。在工具管尾部环向均匀地布置了四个压浆孔，用于顶进时同步跟踪注浆。减阻浆液的性能要稳定，施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结，既要有安全良好的流动性，又要有一定的稠度。
顶管施工所用触变泥浆的性能主要有以下4个指标来控制[8]：
（1）密度：用于顶管施工的泥浆比重一般为1.1~1.16g/cm3；
（2）黏度：现场施工一般采用漏斗黏度，单位是秒（s）。顶管施工采用的触变泥浆黏度，通常大于30s；
（3）失水量：要求较小的失水量，不宜大于25cm3/30min；
（4）稳定性：以24h后从泥浆中离析出来的水分与原体积的比作为稳定指标，要求无离析水；
现场按质量进行泥浆的配制，主要材料包括：膨润土、水、Na2CO3和CMC，也可以加入其他掺和剂，如废机油、粉煤灰和其他高分子化合物等。材料的配比通常为：
水：土=（4~5）：1
土：掺和剂=（20~30）：1
一般情况下润滑站（带有注浆装置的管道）间距为7.5~10m，可根据实际情况缩短间距，此处间距可采用5m。注浆压力为0.2~0.3MPa，注浆量、注浆压力等施工参数根据减阻及控制地面变形的情况加以调整[9]。
当管道贯通后，及时封闭管道缝隙，采用砌砖的方式，然后以水泥砂浆或水泥浆置换出管道内的触变泥浆，防止路轨地基沉降。
3 施工注意事项：
铁路既有线施工，必须严格按照铁道部关于既有线施工的有关规定，制定专项方案 [10]。
根据地质情况，选择顶管机械设备和有经验的施工单位非常重要。
（1）顶进过程中要时刻观察操作室中的电流表，如果出现电流突然增大的情况，可能就是顶进前方遇到障碍物或堵管；
（2）在顶管穿越铁路时，按铁路有关规定申请施工封锁和慢行计划。本工程处于广深线行车繁忙地段，行车密度大，速度快，限速45km/h，以保证过往车辆行车安全；
（3）顶进过程中，每两个小时对线路监测一次，还要对管道轴线周围的信号机、电气化立柱标记监测；
（4）在铁路两侧路肩处堆放适量的袋装石碴，并备好起道机、拔道器、捣固机等等抢险材料及机具，以备及时处理因施工造成行车设备不稳定的情况，确保设备保持良好状态和行车绝对安全；
（5）加强有毒气体的全程监测，设专职安全员进行现场的全程督导，并做好通风工作，配备一定数量的医用高压氧气瓶、输氧胶管、呼吸面罩为主的现场急救设备。
4 结语
采用泥水平衡顶管施工，较好地解决了在不影响铁路运行的条件下污水管道穿越铁路的施工问题，在社会效益与经济效益上更具有优越性，其操作简单、灵活、方便，工期短，安全可靠[11]。为类似工程的设计施工提供参考和借鉴。通过分析施工过程中所遇到的问题，找到了解决这些问题相应的有效措施，不但提高了施工的工艺水平，而且为在不均匀砂土中顶管施工积累了一定的经验。
参考文献：
[1]深圳地质建设工程公司.沿河路过广深铁路段污水管工程岩土工程施工勘察报告[R].深圳：深圳地质建设工程公司，2011.
[2]马保松，D.Stein，蒋国盛.顶管和微型隧道技术[M].北京：人民交通出版社，2004.
[3]贾红敏.饱和砂土地段顶管的几点经验[J].施工技术，2005，6（34）：30.
[4]邹小德.铁路顶管施工技术研究与应用[J].山西建筑，2009，8（35）：159.
[5]徐天有，吴文平，曹会彬.砂土层顶管法施工中的矽化加固研究[J].陕西水力发电，1995，2（11）：58-59
[6]邹思源.粉细砂层中穿越铁路顶管施工技术应用[J].建筑科学，2011，11（27）：108.
[7]樊世群.机械化顶管工艺在砂土中的应用[J].隧道机械与施工技术，2006（5）：47.
[8]马保松.顶管施工技术及验收规范[M].北京：人民交通出版社，2007，69-70.
[9]刘暾.流沙地质顶管穿越的设计与施工[J].石油工程建设，2012，1（38）：34.
[10]高宝林，杜小兰.顶管施工在天然气管道穿越铁路中的应用[J].山西建筑，2009，5（35）：147.
[11]郁斌.浅谈顶管设计要点及施工注意事项[J].技术研发，2012，3（47）.
关键词:砂土层；顶管；泥水平衡；穿越铁路
On the Sand Layer Crossing the Railway Line
in the Pipe Jacking Technology
LIU Jun
(Shenzhen Canton Civil Engineering Co.,Ltd. Shenzhen 518000,China)
Abstract: The difficulties encountered by the pipe jacking process when the geology is rich in water content of the sand layer,and with a large number of pebbles through the high-speed rail.Equipment selection,hole processing measures,slurry,deviations correcting，jacking force and the drag reduction measures several aspects of the solution to the problem.
Key words: sand layer；pipe jacking ；slurry ；crossing the railway line
中图分类号：TU74文献标识码： A
随着社会和城市建设的发展，石油、供水、供电、供气、污水处理等大型管道工程施工，顶管在穿越铁路、公路中得到了广泛的应用。顶管施工作为一种非开挖技术，具有占地面积小、工程造价相对低、安全可靠，对周围环境影响小等优点，近年来逐渐在各个城市被广泛采用。在含水量丰富的砂土地段，因为砂土极易液化、扰动后失稳及高度的敏感性，地下水发达且有一定的压力，造成不少在砂土地段顶管施工遇到了流砂、造成机头前面注入的水和泥浆流失不能平衡机头前方的土体，形成地面沉降、坍塌、顶力过大等问题, 在一定程度上增加了顶管的难度。因此，在进行顶管施工前，除设计提供的地质资料，根据顶管长度，有必要分别在工作井和接收井进行水平钻探确认地质情况，根据具体情况来确定施工工艺和选择机械设备尤为重要。笔者在进行深圳市布吉、平湖新南、木古河、铺地吓A线等污水处理厂配套截污干管下穿铁路防护管工程(以下简称本工程)施工时,总结了几点技术措施,下面通过实例加以介绍，供从事该项工程的相关技术和管理人员参考。[作者简介：刘 军（1983—），男，助理工程师，2010年毕业于
华东交通大学道路与铁道工程专业，工学学士。]
1 工程概况
本工程管材采用“F”形Ⅲ级钢筋混凝土管Φ2.2m，覆土厚度10.4m，顶进长度为73.9m。但地面为六股轨道，其中两股为繁忙干线，对铁路路基沉降限制要求高。
根据勘探揭露，顶管所处位置为第四系冲洪积层。土层揭露有粉细砂、中粗砂层及大量卵石，其透水性强，属强透水层；其它土层多为粘性土层，其透水性差，属弱透水层；在勘探期间测定水位埋深1.8~2.3m。地下水主要靠大气降水及邻近地下水的补给，地下水水位及水量受季节性影响，与邻近河沟有较大的侧向水力联系。地下水水位随河沟水位及雨季的变化而变化。此种饱水砂性土在水压极易产生管涌、流砂现象[1]。
2 砂层中穿越铁路顶管存在的问题分析
2.1 机具选型
全断面掘进顶管机的切削刀盘一般可分为三类：1，车轮式切削刀盘；2，挡板式切削刀盘；3，岩石切削刀盘。泥水平衡式顶管机是一种封闭式顶管机，刀盘一般选用挡板或岩石切削刀盘[2]。本工程顶管机刀盘选择了车轮式切削刀盘，此刀盘在应用于富水的砂土地段时，存在切削端面大部分是处于敞开状态，对工作面不能构成平衡作用的不足之处。顶管施工过程中发生工作面上方土体塌落和坍塌，引发地表沉降，使管道周围铁路电气化立柱受到影响。主要原因是工作面前方出现平衡泥浆漏失，未形成有效的泥膜，松散的饱水砂性土在地下水压力的作用下涌入刀盘切削端面的敞开区域，故时有出现卡刀盘的问题发生影响正常顶管施工。
防治措施：
①根据土质情况、地下水位、施工要求等，在保证工程质量、施工安全的前提下，合理选用顶管机型；
②对造成路基下沉处所，采用袋装石碴、片石或砂袋及时回填坍塌坑洞，然后在缝隙处插入注浆管进行注浆，增强路基的整体强度和稳定性能；
③对造成线路沉降的处所，在设备管理单位专业人员的指寻下，及时对线路进行补碴、抬道、捣固和整修养护，使线路保持良好状态，确保行车安全；
④顶管机头出现卡刀盘时，可采用进行正反转动刀盘，使之增大刀盘的活动空间，改变泥浆路径，对砂土予以稀释，以达到刀盘正常运作的目的。
2.2 洞口处理措施
顶管施工中的进出洞口工作是一项很重要的工作，施工中应充分考虑到它的安全性和可靠性。在富水砂土地段施工时，为防止进出洞口及顶进过程中井外泥水压力过大涌入井中，需要对洞口周围土体进行加固，一般比较有效的加固措施是深层搅拌桩和高压旋喷桩两种方法。考虑到本过程施工场地狭小，深层搅拌桩设备庞大，在闹市区受到影响，故此处采用了高压旋喷桩加固处理的方法。
高压旋喷桩机占地面积小，凝固砂土效果理想，加固洞口周围土体时采用纯水泥浆（也可以掺加适量的粉煤灰），主要根据工期和经济性选择。本工程洞口外侧采用水灰比为1:1的水泥浆，添加2%CaCl2，正常气温养护5~7d。高压旋喷桩处理洞口土体时采用梅花形布置，共三道，相互咬合10cm，深度比顶管洞口深2m以上[3-5]。
施工工艺：开洞门施工時，为防止大量泥沙随地下水外涌，造成路基塌陷，造成铁路设施不稳定，确保行车安全，结合本工程的地质情况，应事先做好预案，准备相应的应急材料，较为有效的基本材料有：棉絮、沙袋、木板、支撑、道碴等。同时设置专人对线路进行监测。
机头安装，洞口止水圈选择安装加厚橡胶止水法兰。
2.3 泥水平衡原理
对于这种封闭式的顶管机来说，位于工作面上的地下水压力和土压力是通过具有一定压力的液状平衡介质来平衡的，平衡介质可以是水、水+聚合物或类似的物质（通常采用膨润土浆液），平衡介质的密度或粘度根据地层的渗透系数来确定。切削下来的土层与平衡介质混合，并通过管道排渣系统，由砂石泵将其从顶管机的破碎室底部泵送至地表的泥浆池，将泥土或岩粉与平衡介质进行分离，分离后的平衡介质可以进行反复利用。
当顶管机正常工作时，工作阀1和2均打开，而旁通阀3则关闭。这时，泥浆从进浆管经过工作阀1而进入顶管机的泥水仓。而泥水仓中的泥浆则通过工作阀2由排浆管排出。通过调节控制进、排泥浆的流量，就可以使顶管机的泥水仓中建立一定的压力，从而达到平衡顶管机前端水土压力的目的[6]；当此压力大于地下水压力时，泥浆将向工作面外砂土中渗透，泥浆中的粘性颗粒充填到砂土的孔隙中，逐渐积累形成泥膜；反之，则泥膜难于形成，塌落、坍塌会时有发生。如图所示。
图1 泥水平衡土压力的原理图
本工程在顶进过程中，曾多次出现堵管的情况，甚至是像旁通阀这种极少出问题的情况都有发生。严重影响了施工进度，同时也增加了施工安全隐患。主要原因有循环泥浆浓度过低、注浆泵和排泥泵电压不匹配及泥浆中含有大量的砂石。当循环泥浆浓度过低时，泥浆就不能对工作面起到稳定作用，砂土在刀盘的扰动下，易液化，形成流砂；另外也会减弱泥浆的携渣作用，致使砂石极易滞留在排泥管中，造成堵管的现象发生。由于注浆泵和排泥泵的电压不匹配，使电机的转速不相等，进出浆的流速、流量也不相同，这样就使泥浆循环系统没有达到一个动态的平衡状态，不能保证泥水仓有一个稳定的压力，工作面极易出现坍塌、流砂等的现象。循环泥浆携带泥砂排出排泥管的过程中，会因为循环泥浆浓度低、泵机电压低和泥浆流速慢的原因使泥砂很容易滞留在排泥管中，当顶管机停止后启动，更多的泥砂聚集沉淀在管中，造成严重的堵管，甚至是堵旁通阀。
防治措施：
①利用循环泥浆的护壁作用、携渣作用、润滑作用和冷却作用；根据地质资料，顶管穿越粉细砂及中粗砂层时，当泥浆浓度在小于1.1就不能很好地起到护壁、携渣的作用，必须要提高泥浆浓度，一般控制在1.10~1.20之间，能保证工作面的稳定；
②保证泥水仓的压力主要通过变频器控制进出浆泵电机的转速，以此稳定电压，达到控制进出浆的流速、流量来实现。再则，可以通过开启旁通阀，来实现泥浆的小循环，保证泥水仓的压力。
2.4 纠偏措施：
在砂土层顶管时，由于地质条件的不均匀性，经常出现机头跑偏现象。顶进过程中要根据刀盘转速、土质、进排浆量来确定頂进速度，若顶进速度跟进不同步，刀盘与前方土体形成泥水隔层，容易造成路基塌陷和轨道下沉。特别是在机头刚进洞时，要适当控制顶进速度，决不能一味求快，如果机头在进洞时严重跑偏，就会增加纠正的难度。
在本工程顶管机头进洞时，工作面上方为泥砂，下方有50cm厚的风化岩层，出现“上软下硬”的特殊工作面，这就要求顶进速度必须放慢，把风化岩层磨耗掉。主要原因一方面是防止机头跑偏，另一方面要防止顶管机头造成旋转的现象发生。
防治措施：
①针对机头跑偏的情况，可采用将机头后2根管子与机头刚性连接的方式；
②要求操作人员密切关注激光靶的变化，测量人员增加测量次数。纠偏频率宜大，但每次调整幅度宜小，缓慢进行调整；
③操作人员应时刻注意顶管机的变化，及时纠正顶管机的旋转现象，将偏转角控制在5º以内[7]。
2.5 顶力和减阻措施
工作井WB16’顶力计算：据《顶管工程施工规范》﹙DG/TJ08-2049-2008﹚中采用的公式,计算总顶力P：
式中：―管道外径﹙m﹚；取=2.64
―管道的顶进长度﹙m﹚；取=73.9m；
―管道外壁与土的平均摩阻力﹙kN/m2﹚
取=11；
―顶管机的迎面阻力﹙kN﹚其中，
―顶管机外径﹙m﹚，取=2.64；
―土的重度﹙kN/m3﹚，取=19kN/m3；
―覆盖层厚度﹙m﹚，除去路基约1m的
高度，取=9.4m；
将数值带入公式得：
根据总推力选取管材及主油缸，主油缸选用4台300t(11760kN)级油缸可满足要求。
为确保后座在顶进过程中的安全，后座反力或土抗力R应为总顶进力P的1.2~1.6倍，后座反力R按照《顶管施工技术及验收规范》（试行）中采用的公式进行计算：
式中：―系数，取=1.5~2.5；
―后背墙的宽度（m），取=4m；
―后背墙的高度（m），取=3m；
―土的重度﹙kN/m3﹚，取=19kN/m3；
―被动土压力系数，取=3.00；
―土的粘聚力，取=0kPa；
―地面到后背墙顶部土体的高度（m）,
取h=7m；
将数值带入公式得：
=11628KN=1.5P，符合规范要求。
一般情况下，考虑到顶进过程中的磨耗作用，顶管机前端的切削刀盘都会比机身大2~3cm。由于机头进洞以后没有及时注减阻泥浆，混凝土防护管管壁外侧存在一个2~3cm的“真空”地带，砂石在水压力的作用下，会直接流向管壁，在管壁处聚集，造成管壁摩擦力剧增，出现“抱死”的情况，使得顶力突然增大。这样的后果就是后背墙两侧井壁出现多条裂缝，油压表示数达到28MPa，顶力达到1067t，远大于计算所得总顶力，已接近后背墙的最大允许顶力。
在砂土层中采用顶管法施工，由于管道周围砂土坍塌无法形成卸力拱，导致管周水平土压力和垂直土压力增大，加大了管道顶进的摩擦阻力和工具管头阻力，该摩阻力随顶进距离增加而增大，是管道顶进的主要阻力。减阻泥浆的运用是减少顶进阻力的最有效措施，顶进时通过管节上的压浆孔，向管道外壁注入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆套，顶管顶进时在泥浆中形成一组剪切面，从而减少顶进时的顶力，泥浆套的好坏，直接关系到减阻的效果。在工具管尾部环向均匀地布置了四个压浆孔，用于顶进时同步跟踪注浆。减阻浆液的性能要稳定，施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结，既要有安全良好的流动性，又要有一定的稠度。
顶管施工所用触变泥浆的性能主要有以下4个指标来控制[8]：
（1）密度：用于顶管施工的泥浆比重一般为1.1~1.16g/cm3；
（2）黏度：现场施工一般采用漏斗黏度，单位是秒（s）。顶管施工采用的触变泥浆黏度，通常大于30s；
（3）失水量：要求较小的失水量，不宜大于25cm3/30min；
（4）稳定性：以24h后从泥浆中离析出来的水分与原体积的比作为稳定指标，要求无离析水；
现场按质量进行泥浆的配制，主要材料包括：膨润土、水、Na2CO3和CMC，也可以加入其他掺和剂，如废机油、粉煤灰和其他高分子化合物等。材料的配比通常为：
水：土=（4~5）：1
土：掺和剂=（20~30）：1
一般情况下润滑站（带有注浆装置的管道）间距为7.5~10m，可根据实际情况缩短间距，此处间距可采用5m。注浆压力为0.2~0.3MPa，注浆量、注浆压力等施工参数根据减阻及控制地面变形的情况加以调整[9]。
当管道贯通后，及时封闭管道缝隙，采用砌砖的方式，然后以水泥砂浆或水泥浆置换出管道内的触变泥浆，防止路轨地基沉降。
3 施工注意事项：
铁路既有线施工，必须严格按照铁道部关于既有线施工的有关规定，制定专项方案 [10]。
根据地质情况，选择顶管机械设备和有经验的施工单位非常重要。
（1）顶进过程中要时刻观察操作室中的电流表，如果出现电流突然增大的情况，可能就是顶进前方遇到障碍物或堵管；
（2）在顶管穿越铁路时，按铁路有关规定申请施工封锁和慢行计划。本工程处于广深线行车繁忙地段，行车密度大，速度快，限速45km/h，以保证过往车辆行车安全；
（3）顶进过程中，每两个小时对线路监测一次，还要对管道轴线周围的信号机、电气化立柱标记监测；
（4）在铁路两侧路肩处堆放适量的袋装石碴，并备好起道机、拔道器、捣固机等等抢险材料及机具，以备及时处理因施工造成行车设备不稳定的情况，确保设备保持良好状态和行车绝对安全；
（5）加强有毒气体的全程监测，设专职安全员进行现场的全程督导，并做好通风工作，配备一定数量的医用高压氧气瓶、输氧胶管、呼吸面罩为主的现场急救设备。
4 结语
采用泥水平衡顶管施工，较好地解决了在不影响铁路运行的条件下污水管道穿越铁路的施工问题，在社会效益与经济效益上更具有优越性，其操作简单、灵活、方便，工期短，安全可靠[11]。为类似工程的设计施工提供参考和借鉴。通过分析施工过程中所遇到的问题，找到了解决这些问题相应的有效措施，不但提高了施工的工艺水平，而且为在不均匀砂土中顶管施工积累了一定的经验。
参考文献：
[1]深圳地质建设工程公司.沿河路过广深铁路段污水管工程岩土工程施工勘察报告[R].深圳：深圳地质建设工程公司，2011.
[2]马保松，D.Stein，蒋国盛.顶管和微型隧道技术[M].北京：人民交通出版社，2004.
[3]贾红敏.饱和砂土地段顶管的几点经验[J].施工技术，2005，6（34）：30.
[4]邹小德.铁路顶管施工技术研究与应用[J].山西建筑，2009，8（35）：159.
[5]徐天有，吴文平，曹会彬.砂土层顶管法施工中的矽化加固研究[J].陕西水力发电，1995，2（11）：58-59
[6]邹思源.粉细砂层中穿越铁路顶管施工技术应用[J].建筑科学，2011，11（27）：108.
[7]樊世群.机械化顶管工艺在砂土中的应用[J].隧道机械与施工技术，2006（5）：47.
[8]马保松.顶管施工技术及验收规范[M].北京：人民交通出版社，2007，69-70.
[9]刘暾.流沙地质顶管穿越的设计与施工[J].石油工程建设，2012，1（38）：34.
[10]高宝林，杜小兰.顶管施工在天然气管道穿越铁路中的应用[J].山西建筑，2009，5（35）：147.
[11]郁斌.浅谈顶管设计要点及施工注意事项[J].技术研发，2012，3（47）.