市政路桥工程中泥水平衡法顶管施工技术优化探讨

中图分类号：U416

0 引言

《建筑业发展“十三五”规划》及《城市地下综合管廊建设规划技术导则》等政策明确要求，工程施工过程中更加注重绿色、智能化和精细化管理，这为泥水平衡法顶管技术的进一步优化提供了政策支持。泥水平衡法顶管施工技术通过利用泥浆平衡原理来控制地层稳定，减少环境影响，在市政路桥工程中得到了广泛应用。然而，随着施工技术的不断发展，顶管施工过程中仍然存在诸多问题，如地质适应性差、施工风险高等。因此，研究泥水平衡法顶管施工工艺的优化措施，对于提高市政路桥工程的施工安全性、经济性和可持续性具有重要的现实意义。

1 泥水平衡法顶管技术在市政路桥项目中应用

1.1 顶管施工设计

在市政路桥项目中，泥水平衡法顶管技术的应用对于确保施工的精度、速度及安全性具有重要作用。顶管施工设计是整个施工过程中的关键环节，决定了顶管作业的顺利进行。泥水平衡法顶管技术主要利用盾构机（通常为泥水盾构机）在地下进行管道或隧道的施工。因此，顶管施工设计中应选择合适的泥水盾构机。泥水盾构机通过泥水循环系统进行作业，在顶管过程中，泥水起到了平衡地层压力、输送渣土、稳定井筒的作用[1]。根据市政路桥项目的土层情况，常见的泥水盾构机类型有硬土型和软土型，且盾构机的直径、推力及刀盘类型需要根据地质条件和管道尺寸精确选定，如表1 所示。

表1 不同类型泥水盾构机的技术参数

同时，顶管施工设计还需合理布置泥水循环系统，确保泥水在盾构机作业过程中能够有效地带走渣土，并维持地层稳定。泥水循环系统包括泥浆罐、泥浆泵、滤水器、泥浆清洗设备等，其设计必须根据施工现场的土质与水文条件调整泥浆的配比和浓度。泥水系统的流量和压力需要根据顶管推进速度、地层承载力及地下水位进行动态调节，确保盾构机的推进能够顺利进行，同时避免对周边环境的污染。

1.2 顶管设备吊装

在市政路桥项目中，泥水平衡法顶管施工的顶管设备吊装是一个复杂且重要的环节。其中，顶管设备吊装的前提是工作井的施工。工作井作为设备安装的主要空间，必须根据项目的土层情况和地下水位进行精确设计，以保证设备吊装过程的顺利进行。工作井的施工通常采用钢板桩或混凝土加固技术，以防止井壁坍塌，同时确保井内施工环境的稳定与安全。井口的尺寸和深度应根据盾构机型号及施工现场要求合理确定，确保足够的空间安装和吊装设备。接下来，吊装作业是顶管施工中的关键环节，通常采用起重机、塔吊等大型设备进行盾构机和泥水系统的吊装。在吊装前，必须制定详细的吊装方案，明确设备的吊装顺序和作业步骤，确保设备的平稳吊起与准确就位。吊装过程中，设备的重量、重心及吊装设备的起重能力需要充分考虑，以防止设备在吊装过程中发生偏移或损坏[2]。机械和工具的使用同样不可忽视。吊装过程中常用的工具包括吊带、钢丝绳、吊钩等，且需要高精度的测量工具对设备进行校准，确保设备安装的精确度。吊装完成后，地面顶管设备如泥水分离系统、液压系统和控制系统等也需要安装。地面设备的安装要确保与盾构机的泥水循环系统连接顺畅，保证其正常运行。最后，工作井内设备的安装是整个吊装过程的收尾工作。安装泥水盾构机及其相关系统时，需要严格按照设计图纸进行，确保设备的平稳调试与运行，避免任何安装误差对施工进度的影响。

1.3 顶管作业

在市政路桥项目中，泥水平衡法顶管作业是实施地下管道、隧道及基础设施建设的核心步骤。首先，顶管施工通过泥水盾构机在地层中推进，利用泥水平衡原理维持地下压力，避免地层沉降或塌陷。在施工过程中，盾构机会通过管片安装逐步推进，整个推进系统需要确保土体稳定与泥水排除的有效性。泥水盾构机的推进速度通常由实时监测系统进行调控，监测土层压力、盾构机推力、泥水流量等参数，保证施工的平稳进行。其次，在推进过程中管道的连接尤为关键。每节管片之间通过管片连接系统紧密连接，通常使用管片吊装设备进行准确定位与安装，确保连接处无漏水或偏差，防止管道在后续使用中出现结构性问题。同时，管道连接后，需进行精确的对接与加固，确保连接部分与周围土体的稳定性。再次，检查井的施工也应同步进行。检查井通常设在管道的交汇处或转弯处，用于后期的维护与检查。检查井的施工需根据顶管的实际进度进行精细化管理，确保井壁与顶管结构的顺畅过渡，并防止施工过程中因环境压力造成管道偏移。最后，管道安装完成后，需进行严格的水压、气压或功能性试验，验证管道的密封性与安全性。基坑回填则是在管道安装合格后进行，回填土需要逐层压实，以避免产生沉降或管道损伤[3]。

2 泥水平衡法顶管施工工艺在路桥工程中优化措施

2.1 施工前期阶段的地质勘察

地质勘察作为泥水平衡法顶管施工的基础环节，采用多源数据融合的勘察体系。地质雷达技术通过电磁波反射特征识别3.2m 深度范围内的软弱夹层与孤石分布，配合声波探测技术建立三维地质模型。地下水位动态监测系统采用振弦式渗压计，以 0.01MPa 精度记录含水层压力变化，结合土体渗透系数测试数据预测泥浆压力损失率。对于砂卵石地层，微动勘探技术划分粒径大于20cm 的砾石富集区，为刀盘刀具配置提供依据。勘察阶段需重点分析土层剪切模量与塑性指数，当黏土层塑性指数超过17 时需调整泥浆粘度至25-35s 马氏漏斗值。通过建立地质-机械耦合模型，优化盾构机推力与转速匹配关系，在粉质黏土地层中将推进速度控

制在 28-32mm/min 区间。

同时，地下水位的高低直接影响盾构机的泥水系统设计及泥浆压力的调控。若勘察阶段能够精准预测地下水的流动方向和水压变化，施工中就能提前调整泥水循环系统的工作参数，确保泥水盾构机在推进过程中不受地下水过高或流动不稳定的影响。此外，泥水盾构机的刀盘类型、泥水压力、推进速度等施工参数也需要根据地质勘察数据进行优化设计。例如，在含水层较多的区域，勘察阶段应详细记录水文数据，避免施工过程中盾构机推进过快引起泥浆溢出或地层塌陷。

最后，在施工前期阶段的地质勘察中，还应特别注重施工区域周围的环境影响评估。顶管施工涉及的地下开挖与土体扰动容易引发地表沉降、地下管线损坏等问题，特别是在市政路桥项目密集区域。通过地质勘察，结合三维地质建模与数值模拟分析，可以预估不同施工方案对周围环境的影响程度，并采取有效的加固或调整措施。例如，若勘察数据显示施工区域地下已有老旧管线或地下建筑结构，施工方案应调整盾构机的推进路径或采用低影响的施工方式，从而避免对现有基础设施造成影响。

2.2 施工过程中监测与控制

在市政路桥工程中，需要采取多项监测与控制优化措施，以实时调整施工策略和参数，确保泥水平衡法顶管作业的最佳效果。其一，针对泥水盾构机的作业状态，实时监测其推进力、刀盘转速、扭矩、泥浆压力、推进速度等关键参数至关重要。利用先进的智能监测系统，可以对这些参数进行实时采集与分析，通过数据采集系统和地面监控平台实现远程数据监控和控制。通过对泥水盾构机推进过程中土壤压力、泥水循环系统压力及盾构机刀盘状态的连续监测，施工团队可以快速识别潜在的地质异常或盾构机运行问题，并进行及时调整。例如，当盾构机遇到较硬岩层或突水层时，通过监控系统可以即时发现刀盘负荷的剧增，进而调整推进速度和泥浆压力，避免刀盘过度磨损或推进停滞。

其二，泥水循环系统的监测与控制。泥水系统的运行状态直接影响到盾构机的稳定推进和土体的稳定性。在施工过程中，通过实时监测泥水的粘度、浓度、流量、泵压等参数，可以及时调整泥浆配比与泥浆泵的工作状态，确保泥浆流动的稳定性和泥水循环的顺畅[5]。例如，若勘察区域土质较软或富水，系统可以自动调节泥浆的浓度和粘度，增加泥浆的稳定性和承载力，避免在施工过程中出现地下水泛滥或渗漏问题。其三，施工过程中应持续优化信息化管理手段。通过引入 BIM（建筑信息模型）技术、GIS（地理信息系统）技术和云平台管理系统，可以将各类监测数据进行整合与分析，形成全面的施工数据监控平台。施工人员可通过该平台实时查看盾构机状态、泥水循环系统工作状况、环境变化等数据，从而高效决策并优化施工过程。

2.3 施工后的安全维护管理

施工后的安全维护管理需构建系统化的技术保障体系，重点围绕管道结构完整性、泥水系统运维及智能监测机制展开。针对管片接缝密封性检测，应采用光纤传感与分布式声波监测相结合的技术手段，沿管道纵向布设高精度传感器网络，实时捕捉接缝处的微变形与渗漏特征。对于特殊地质条件下的施工区段，需建立基于遥感与微震监测的三维形变预警系统，通过动态扫描频率控制地表沉降在合理范围内。泥水循环系统的维护需执行多级过滤标准，采用不同精度的分离设备分级处理渣土颗粒，确保泥浆性能参数维持在工程要求的合理区间。智能运维平台整合数字化模型与实时监测数据，通过算法分析管道应力应变特征，建立构件性能退化预测模型，为预防性维护提供决策依据。通过融合精密监测、分级处理与预测性维护的技术体系，能够有效提升顶管结构的长期服役性能，为市政路桥工程的安全运营提供可靠保障。

施工完成后的泥水系统和泥浆循环系统也需要进行完善的安全管理。泥水循环系统在顶管施工中发挥着重要作用，施工过程中对泥水的处理直接影响着盾构机的推进效率和土层的稳定性。施工后，泥水系统的管道、泵站、沉淀池等设施需要定期检查，确保系统没有堵塞、泄漏等问题，特别是泥水分离和泥浆输送设备，要确保其长期正常运行[6]。在泥水循环系统运行中，定期清理和更换泥浆、排水系统的维护是至关重要的，防止系统内出现泥浆结块、淤积等现象，从而保证泥水系统持续高效运行。

施工后的安全维护管理还应注重操作人员的培训和设备的维护保养。施工后期，操作人员需要进行系统的安全操作培训，了解顶管施工中可能存在的风险及其预防措施，确保施工后各类设备能够在安全的环境下正常运行。设备的定期检修、保养以及备件更换，是确保盾构机、泥水系统等设备稳定运行的基础，避免因设备故障而引发安全事故。

3 结语

市政路桥工程中泥水平衡法顶管施工技术的优化研究，通过精细化地质勘察、智能化施工监测和系统化维护管理，构建了完整的工艺改进体系。地质雷达与声波探测技术的应用提升了地质适应性评估精度，智能监测系统实现了施工参数的动态调控，BIM 与 GIS 技术强化了信息化管理水平，后期维护措施保障了工程结构的长期稳定性。未来研究可进一步探索人工智能在施工参数优化中的应用，开发更高效的泥水循环处理系统，推动顶管施工技术向智能化、绿色化方向发展。

参考文献

[1] 陆启航. 市政路桥泥水平衡法顶管施工技术的应用[J]. 建筑工程技术与设计,2024,12(28):127-129.

[2] 蔡丹琼.市政路桥工程建设中泥水平衡法顶管技术的运用[J].大武汉,2024(13):275-276.

[3] 陶东辉. 泥水平衡顶管下穿高速桥梁施工关键技术研究[J]. 建筑技术开发,2024,51(5):122-124.

[4] 帅志斌.路桥施工中的泥水平衡法顶管施工技术[J]. 城市周刊,2024(28):44-46.

[5] [1]吴佳禧.泥水平衡法顶管施工技术在市政路桥施工中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2024(29):163-165.

[6] 蒋建辉.泥水平衡法顶管施工技术在市政路桥施工中的应用[J]. 工程技术研究,2023,8(11):205-207.

作者简介：刘金娟（1984-），女，汉族，中山人，本科，中级工程师，研究方向为市政路桥施工管理。

作者简介：刘金娟（1984—），女，汉族，中山人，本科学历，研究方向为市政路桥施工管理。