頂管法施工的適用性及影響研究

(中國民航大學(xué)機(jī)場學(xué)院 天津 300300)

引言

隨著現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的加快，既有城市道面下需要不斷進(jìn)行地下管線的擴(kuò)建和改建工作，同時，這些改擴(kuò)建工作又面臨著不能影響道面正常運(yùn)行的限制要求，這就要求管線工程只能采用非開挖的穿越施工方式。目前對于較大截面的地下非開挖穿越施工多采用頂管法施工，該方式不可避免地會對周圍土體產(chǎn)生擾動，從而使土體發(fā)生附加應(yīng)力及附加變形。

一、頂管施工的工作流程

在頂管施工開始時，現(xiàn)在規(guī)劃好的目標(biāo)位置挖掘工作井以及接受井，分別用于安裝準(zhǔn)備頂管設(shè)備和頂管頂進(jìn)完畢后，接受出土的頂管機(jī)頭。工作井和接受井一般采用預(yù)制混凝土或者澆筑混凝土的方法進(jìn)行施工，由于工作井需要能夠滿足頂進(jìn)力的需要，因此在施工時會對工作井基礎(chǔ)進(jìn)行必要的加固。工作井準(zhǔn)備完畢后，在工作井底部基礎(chǔ)上安裝頂進(jìn)機(jī)與滑動軌道。機(jī)頭由吊機(jī)吊至工作井底部并安裝至滑動軌道上進(jìn)行對位，從而確保頂進(jìn)管道與設(shè)備盾殼準(zhǔn)確的定位。同時將第一節(jié)頂管管道吊裝至機(jī)頭后部，并安裝泥水管線以及供電系統(tǒng)，安裝完畢后啟動頂管機(jī)頭，其于第一節(jié)頂管管道經(jīng)由頂進(jìn)工作井頂進(jìn)土體中。頂進(jìn)由若干個主頂千斤頂組成，主頂千斤頂安裝在工作井基礎(chǔ)上，由工作井基礎(chǔ)提供反力將頂管管道逐節(jié)頂入土中。

二、頂管施工的優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)施工方法，頂管施工主要具有以下優(yōu)勢[1]：

1.該施工方法具有很強(qiáng)的環(huán)保型，除施工井意外，該施工方法對周圍沿線的影響很小。

2.不需要降低地下水位，從而減小地表與地上建筑物沉降危害。地面交通幾乎不收任何干擾。

3.頂管施工期間不會受到任何天氣因素的影響,大量的減少了被挖掘土的體積，從而降低土石方運(yùn)輸成本。頂管施工還有可以鋪設(shè)曲線管道的優(yōu)點(diǎn)，其中曲線管道分為垂直曲線與水平曲線，當(dāng)鋪設(shè)垂直曲線時，頂管的工作井深度可以得到大大的減小[2]。

4.工期相對于明挖開槽埋設(shè)管線的方法要短，其經(jīng)濟(jì)效益線對于明挖法更好，尤其對于深層埋管施工時。

三、頂管施工難點(diǎn)

1.管廊的防水。管廊的施工一般位于地下5-10 m，因此，遇到較高地下水位的地區(qū)，若防水處理不當(dāng)，地下水的滲透將導(dǎo)致內(nèi)部設(shè)施及管線的銹蝕、損壞，同時增加排水設(shè)施的排放壓力，影響管線的使用壽命。

2.矩形斷面空間利用率較高，但在增大了覆土厚度的同時，對周圍土體產(chǎn)生的擾動也將增大，且影響附近建筑物。

3.機(jī)頭背土問題。壩管機(jī)由十截囪尺寸較大，掘進(jìn)機(jī)頂部與土體接觸面也較大，隨之產(chǎn)生的摩擦力導(dǎo)致機(jī)頭“背土”，將引起扭矩過大，難以進(jìn)尺，甚至?xí)茐墓艿馈?/p>

4.頂管機(jī)姿態(tài)的控制。由于受到振動土體的干擾，機(jī)頭兩側(cè)阻力差導(dǎo)致在頂進(jìn)過程中偏離軸線，不能以良好的姿態(tài)按計(jì)劃線路進(jìn)入接收井的基座等情況，所以需要復(fù)核測量設(shè)備控制精度及行進(jìn)軸線的偏差校核[3]。

5.渣土的運(yùn)輸及處理。在狹窄的工作面內(nèi)，渣土若不能及時排出，將會阻滯在管道內(nèi)，增加頂推力及扭矩，若處理不當(dāng)將導(dǎo)致抱管現(xiàn)象，影響進(jìn)程。因此，改良及運(yùn)送渣土，調(diào)節(jié)漿液配比，改善其流動性及止水性能，是施工中的關(guān)鍵技術(shù)。

四、頂管施工影響預(yù)測

美國學(xué)者R.B.Peck在假定開挖土體不排水的前提下，通過對大量工程實(shí)測沉降數(shù)據(jù)的分析，提出了用正態(tài)分布曲線擬合地面沉降曲線的概念。在土體開挖過程中由于假定體積不可壓縮，開挖過程中造成的地層損失等于沉降槽的體積，則其橫向沉降的計(jì)算公式為[4]：

式中x為距離隧道開挖處中心點(diǎn)的距離；S(x)為地面x處的沉降量，Smax為隧道中心點(diǎn)出的最大沉降量；i為沉降槽的影響寬度系數(shù)；VL為開挖面單位長度的地層損失量；為隧道半徑；H為隧道埋深。

五、結(jié)論

綜上所述，在管道穿越過程中只有了解穿越的擾動機(jī)理以及控制管道穿越的方法，才能更好的控制管道穿越對地面造成的不良影響。在管道穿越施工中，為了保證管道施工質(zhì)量、防治地面不均勻沉降，本文重點(diǎn)探究了引起地面沉降的原因，并針對性的提出了開挖面控制、地層失水控制、控制注漿量等方法，這樣才能夠從多個方面控制地面沉降，提高管道施工整體質(zhì)量。