顶管法施工的适用性及影响研究

(中国民航大学机场学院 天津 300300)

引言

随着现代化建设进程的加快，既有城市道面下需要不断进行地下管线的扩建和改建工作，同时，这些改扩建工作又面临着不能影响道面正常运行的限制要求，这就要求管线工程只能采用非开挖的穿越施工方式。目前对于较大截面的地下非开挖穿越施工多采用顶管法施工，该方式不可避免地会对周围土体产生扰动，从而使土体发生附加应力及附加变形。

一、顶管施工的工作流程

在顶管施工开始时，现在规划好的目标位置挖掘工作井以及接受井，分别用于安装准备顶管设备和顶管顶进完毕后，接受出土的顶管机头。工作井和接受井一般采用预制混凝土或者浇筑混凝土的方法进行施工，由于工作井需要能够满足顶进力的需要，因此在施工时会对工作井基础进行必要的加固。工作井准备完毕后，在工作井底部基础上安装顶进机与滑动轨道。机头由吊机吊至工作井底部并安装至滑动轨道上进行对位，从而确保顶进管道与设备盾壳准确的定位。同时将第一节顶管管道吊装至机头后部，并安装泥水管线以及供电系统，安装完毕后启动顶管机头，其于第一节顶管管道经由顶进工作井顶进土体中。顶进由若干个主顶千斤顶组成，主顶千斤顶安装在工作井基础上，由工作井基础提供反力将顶管管道逐节顶入土中。

二、顶管施工的优势

相对于传统施工方法，顶管施工主要具有以下优势[1]：

1.该施工方法具有很强的环保型，除施工井意外，该施工方法对周围沿线的影响很小。

2.不需要降低地下水位，从而减小地表与地上建筑物沉降危害。地面交通几乎不收任何干扰。

3.顶管施工期间不会受到任何天气因素的影响,大量的减少了被挖掘土的体积，从而降低土石方运输成本。顶管施工还有可以铺设曲线管道的优点，其中曲线管道分为垂直曲线与水平曲线，当铺设垂直曲线时，顶管的工作井深度可以得到大大的减小[2]。

4.工期相对于明挖开槽埋设管线的方法要短，其经济效益线对于明挖法更好，尤其对于深层埋管施工时。

三、顶管施工难点

1.管廊的防水。管廊的施工一般位于地下5-10 m，因此，遇到较高地下水位的地区，若防水处理不当，地下水的渗透将导致内部设施及管线的锈蚀、损坏，同时增加排水设施的排放压力，影响管线的使用寿命。

2.矩形断面空间利用率较高，但在增大了覆土厚度的同时，对周围土体产生的扰动也将增大，且影响附近建筑物。

3.机头背土问题。坝管机由十截囱尺寸较大，掘进机顶部与土体接触面也较大，随之产生的摩擦力导致机头“背土”，将引起扭矩过大，难以进尺，甚至会破坏管道。

4.顶管机姿态的控制。由于受到振动土体的干扰，机头两侧阻力差导致在顶进过程中偏离轴线，不能以良好的姿态按计划线路进入接收井的基座等情况，所以需要复核测量设备控制精度及行进轴线的偏差校核[3]。

5.渣土的运输及处理。在狭窄的工作面内，渣土若不能及时排出，将会阻滞在管道内，增加顶推力及扭矩，若处理不当将导致抱管现象，影响进程。因此，改良及运送渣土，调节浆液配比，改善其流动性及止水性能，是施工中的关键技术。

四、顶管施工影响预测

美国学者R.B.Peck在假定开挖土体不排水的前提下，通过对大量工程实测沉降数据的分析，提出了用正态分布曲线拟合地面沉降曲线的概念。在土体开挖过程中由于假定体积不可压缩，开挖过程中造成的地层损失等于沉降槽的体积，则其横向沉降的计算公式为[4]：

式中x为距离隧道开挖处中心点的距离；S(x)为地面x处的沉降量，Smax为隧道中心点出的最大沉降量；i为沉降槽的影响宽度系数；VL为开挖面单位长度的地层损失量；为隧道半径；H为隧道埋深。

五、结论

综上所述，在管道穿越过程中只有了解穿越的扰动机理以及控制管道穿越的方法，才能更好的控制管道穿越对地面造成的不良影响。在管道穿越施工中，为了保证管道施工质量、防治地面不均匀沉降，本文重点探究了引起地面沉降的原因，并针对性的提出了开挖面控制、地层失水控制、控制注浆量等方法，这样才能够从多个方面控制地面沉降，提高管道施工整体质量。