供热管道顶管穿越施工对高速公路的影响分析

莫振辉

（广西双象建设工程有限责任公司 广西南宁市 530029）

供热管道顶管穿越施工对高速公路的影响分析

莫振辉

（广西双象建设工程有限责任公司 广西南宁市 530029）

本文通过对来宾市河南工业园（东区）集中供热项目管道下穿柳南高速公路顶管工程施工作业过程中可能造成的高速路面的沉降值进行预测计算，分析顶管施工可能对柳南高速公路造成的影响，并对作业安全提出相应的安全对策措施建议。

顶管穿越；沉降；安全对策措施

1 穿越地点

来宾市河南工业园区下穿柳南高速公路顶管工程位于来宾市疏港大道（天然桥路）上跨柳南高速公路立交桥以南100m，下穿位置为柳南高速公路K1336+800～K1336+820段。顶进管道与柳南高速公路交角为78.5°。

图1 穿越点示意图

2 穿越方案

2.1 穿越布置

本工程主要为来宾市广投能源有限公司下穿柳南高速公路的4根热力管道提供过路通道。根据热力管道尺寸和导轨安装的需要，本工程设置顶进2根d1800（外径2.16m）和2根d2000（外径2.4m）的钢筋混凝土管，4根管道平行顶进，顶进距离78m，管顶覆土厚度为4.9～5.17m。顶管方式采用手掘式顶进。本工程设置顶管工作井两个，接收井一个。

施工布置如图2。

2.2 顶管管材

本项目顶管管材统一采用Ⅲ级钢筋混凝土管，管节间为F型钢承口连接。每根顶进管道切土的首节端部设钢刃脚，钢刃脚采用16～18mm厚钢板焊制，固定于管节端部，其外径较管涵外壁大10mm。

根据千斤顶总顶力的计算结果，d1800和d2000混凝土管壁的容许承压应力分别为20MPa、20.3MPa，采用混凝土强度等级C50的混凝土管可以满足要求。本设计顶进管道采用混凝土强度等级为C50的Ⅲ级钢筋混凝土顶管专用管。

图2 顶管施工布置图

本项目设计顶进管道的汽车荷载等级采用公路-Ⅰ级。

表1 本项目顶管各段长及管节数量

2.3 顶管工作井、接收井设计

顶管工作井和接收井的尺寸根据顶进管道的大小、顶管方式、覆土厚度等进行确定，本项目设置顶管工作井2个，设置接收井1个。2根d1800的管道和2根d2000的管道分开在2个工作井中进行顶进。2-d1800的工作井尺寸为：8m（净长）×9.6m（净宽）×7.4m（净高），2-d2000的工作井尺寸为：8m（净长）×10.2m（净宽）×7.4m（净高）；接收井尺寸为：5m（净长）×22.4m（净宽）×7.4m（净高）。

工作井底板及井壁不仅是承受土压力的挡板，而且也是作为顶推设备的工作面，需要一定的承压和抗弯强度，根据井侧土压力的模拟计算以及顶进时千斤顶的顶力计算结果，本项目设计工作井底板和井壁采用钢筋混凝土结构，工作井底板厚度为50cm，四周井壁厚度为80cm，混凝土强度等级采用C30，抗渗等级采用P8。

3 工程特点

柳南高速公路1999年建成通车，设计车速120km/h，路基宽28m，中间分隔带宽3.0m，路肩宽10.0m，水泥混凝土路面宽15.0m。该公路是广西高速公路网的重要组成部分，贯穿广西经济最发达的中部地区，是沟通广西南部和北部地区的运输大动脉，也是连接川、滇、黔、湘、桂等五省的交通要道，是沟通中西部地区与东部地区的通道之一。

本工程施工中存在主干道交通量大、施工中无法中断交通、穿越施工规模大等特点。一旦顶管施工过程中造成路面沉降过大，极易引起严重的交通事故。

4 顶管施工可能造成的路面沉降计算

本工程顶管作业区主要在高速公路下，管壁四周主要是原高速公路的路基填土，高速公路路基主要为素填土，素填土呈红褐色、黄褐色，稍湿，稍密，主要由粘性土及风化粉砂岩、砾岩碎块组成，通车多年，路基填土已基本压紧密实，但是由于不是天然土体，管道开挖与顶进过程中，由于顶进速度不协调、顶进方向的误差以及开挖控制的不准确，实际开挖的土层大于套管的实际体积，从而形成实际开挖土层的超挖。超挖量较大时，套管外周与岩层产生较大的空隙，在车辆荷载作用及上层土体重新固结作用下，里面将会出现沉降。

为此，对顶管施工中可能造成的高速路面的沉降值进行预测计算，为施工过程超挖量控制提供依据。

4.1 计算公式

采用目前工程中普遍采用的地面沉降估算公式对本项目顶管施工中可能造成的高速路面的沉降值进行预测计算，公式如下：

式中：Smax——管道轴线上方的最大地面沉降量（m）；

V1——管道单位长度的土体损失量（m3/m），通常采用挖掘面面积的百分率来估算土体损失的大小，另η为土体损失百分率，则V1= пr2η，п为3.14，r值D1800管为1.1m、D2000管为1.2m，η取值与管道所处层位的土体性质和施工工艺技术有关，自稳定性差越差、越易流失的土取值越大，施工过程中人员超挖量越大取值亦越大；

i——地面沉降槽宽度系数（m），其经验公式为：

式中：

H——顶管埋置深度（m），D1800管为5.17m、D2000管为4.9m；

φ——土的内摩擦角，本项目为粘土，取经验值11.3°。

4.2 计算结果

根据以上公式，对本项目D1800、D2000两种管道施工过程中可能造成的高速路面的沉降值进行预测计算，计算结果如表2所示。

表2 管道轴线上方的最大地面沉降量

由表2可知，土体损失百分率越大则管道轴线上方的最大地面沉降量就会越大，对路面交通安全的影响越大，根据《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246：2008）的相关规定顶管造成的公路地面沉降量应小于或等于20mm，因此，本工程施工过程中人员超挖量必须严格控制在3%以内，否则会对影响高速公路安全运行。

图3

5 建议采取的安全对策措施

为严格控制高速公路沉降量，保证工程施工过程中行车安全，需采取以下措施：

（1）施工中应精心操作，控制挖土与顶进的量与速度，避免土体超挖，使挖土与顶进始终处在动态平衡状态。可量测每顶进1m所挖出的土方量，进尺与挖土量应相当，以控制沉降。

（2）施工期间，应根据审批的施工安全应急预案对高速公路的路基、路面的下沉进行随时动态监控，当路面沉量超过10mm时，应停止作业，钻孔取样检查土体孔隙比变化。

（3）施工单位开工前，应办理相关的开工手续，如与高速公路的权属单位以及其他管理单位签定相关协议、办理开工许可证等。

（4）施工单位应当遵守有关设计、技术规程、验收规范、国家规定进行施工；顶管相关工作人员须接受专业培训持证上岗。

（5）施工单位应熟悉高速公路抢修程序，准备好高速公路抢修所需要的各种工具。

（6）施工过程中为防止高速公路出现交通安全事故，严格按照高速公路施工路段设置警示标志，根据需要在该路段前后提前设置临时限速标志，在顶管前后200m内保持匀速行驶。

（7）施工完成后，施工单位应及时清理施工场地、恢复高速公路原有设施及草木绿化等。

TU990.3

A

1004-7344（2016）24-0162-02

2016-8-11

莫振辉（1981-），男，工程师，本科，主要从事电力、公路、化工等行业建设项目安全设施设计、安全评价及与安全相关的咨询服务工作。