試論泥水平衡式頂管在鐵路工程中的沉降控制措施

摘 要：近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，城市化的建設(shè)進(jìn)程也在不斷的加快，各類的地下管道遍布于城市的每一個角落，伴隨著鐵路建設(shè)的不斷增加，不可避免的會出現(xiàn)城市地下管道下穿鐵路的情況，為了保證鐵路行車的安全，并保證城市的建設(shè)進(jìn)程，這就對管道的施工提出了新的技術(shù)要求，因此，泥水平衡式頂管在下穿鐵路管道的施工中的應(yīng)用也越來越廣泛，然而，其施工方法對路面的沉降也是存在著一定的風(fēng)險的，因此分析施工過程中存在的影響因素，做到對最大沉降量進(jìn)行合理的估算，并加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)測力度，采用高質(zhì)量的泥漿進(jìn)行灌注，控制機(jī)頭的頂級速度，對機(jī)頭的頂進(jìn)進(jìn)行合理糾偏，這樣才能夠在施工的過程中杜絕地面沉降的發(fā)生，為鐵路的行車安全提供可靠的保障，同時也保證了城市地下管道工程的順利實施，為城市人們提供良好的居住環(huán)境，進(jìn)而為建設(shè)現(xiàn)代化城市作出更多的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：泥水平衡式;頂管;沉降;控制措施

1 前言

隨著我國改革開放的進(jìn)程不斷的加深，我國綜合國力得到了跳躍式的發(fā)展，我國的城市化建設(shè)的腳步也在不斷的加快，人們的生活水平發(fā)生了極大的改善，與此同時，城市之間的聯(lián)系也變的越來越緊密，這主要表現(xiàn)在城際鐵路、高速鐵路的建設(shè)在不斷的發(fā)展，然而在鐵路建設(shè)的過程中，難免會出現(xiàn)各種地下管線下穿既有鐵路的情況，這就需要泥水平衡式頂管施工的應(yīng)用，這種施工方式可以在不破壞地表面層的情況下將地下棄土進(jìn)行排除，并以泥水注入以平衡壓力進(jìn)而到達(dá)施工的效果，然而在進(jìn)行泥水平衡式頂管的施工過程中，會面臨著路面沉降的風(fēng)險，為確保鐵路行車的安全，就需要對影響路面的沉降的各個因素進(jìn)行分析，并要采取相應(yīng)的措施來對其加以控制，這樣才能在保證不影響鐵路行車的基礎(chǔ)上，完成地下管道的施工，進(jìn)而完成城市化的建設(shè)，為人們的生活提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，從而提高人們在城市中生活的幸福感。

2 影響路面沉降的因素分析

2.1 地面沉降的過程分析

泥水平衡式頂管在施工的過程中，主要是通過地面操作臺對機(jī)頭進(jìn)行控制，在地下對土層進(jìn)行挖掘，與此同時，還應(yīng)具備排泥系統(tǒng)對棄土進(jìn)行去除，并通過泥水的灌注來達(dá)到平衡土層等壓力的作用。當(dāng)頂管在通過某一斷層時，可能會發(fā)生地面沉降的現(xiàn)象，這可以分為一下幾個階段。

1）第一個階段的主要原因是沒有達(dá)到壓力的平衡，主要表現(xiàn)在當(dāng)頂管在通過地下某一斷層時，沒有控制好泥水的灌注壓力，出現(xiàn)壓力不足或過大的現(xiàn)象，這就導(dǎo)致在斷層前段為進(jìn)行挖掘的土層發(fā)生形變，在這種情況下，就會造成開挖面正前面的土層出現(xiàn)損失的現(xiàn)象，進(jìn)而會出現(xiàn)地表層沉降的現(xiàn)象。正常情況下，采用泥水平衡頂管的施工方法時，地層的損失量應(yīng)控制在0.1%～1%，這樣才能最大限度的保證土層的完整性，才能在最大限度的防止土層沉降的現(xiàn)象發(fā)生，并為鐵路的安全行車提供可靠的保障。

2）在機(jī)頭進(jìn)行挖掘的過程中，由于控制不當(dāng)就會出現(xiàn)超挖的現(xiàn)象，導(dǎo)致地層發(fā)生損失。另外，機(jī)頭在地下進(jìn)行挖掘時，還會出現(xiàn)糾偏控制不好而出現(xiàn)的問題，在這種情況下，機(jī)頭挖掘所形成的斷面不在是理論中的圓形，而是會形成橢圓形的斷面，這就導(dǎo)致因為斷面面積增大而出現(xiàn)底層損失，從而導(dǎo)致機(jī)頭在挖掘時損傷地表土層，使得土體對地面的支撐力下降，從而會產(chǎn)生地表沉降的風(fēng)險。

3）在進(jìn)行泥水平衡頂管的施工時，所面臨的另一個問題就是，當(dāng)機(jī)頭通過某一斷面時，由于土層的質(zhì)地比較松軟，導(dǎo)致土體因為機(jī)頭的頂進(jìn)而發(fā)生移動，導(dǎo)致土體與管壁之間的控制被土壤所填充，這就會導(dǎo)致泥水無法充分的將空隙進(jìn)行填補(bǔ)，如果不能及時的將管壁與周邊的土體之間的空隙進(jìn)行及時的填埋，就會造成地表層與管壁之間存在著應(yīng)力，這就會造成底層的應(yīng)力釋放，從而導(dǎo)致地面存在著下沉的可能。

4）泥水平衡式頂管在黏土性質(zhì)地的土層進(jìn)行施工的過程中，由于土層比較柔軟，由于機(jī)頭在通過斷面時會發(fā)生震動，這就會導(dǎo)致土層發(fā)生擾動和松弛的現(xiàn)象，往往會在一段時間后存在發(fā)生土層塌陷的可能，這些都將成為影響在管道下穿鐵路時發(fā)生地面沉降的關(guān)鍵因素。

3 最大沉降量的估算

泥水平衡式頂管在下穿鐵路時通常會由于一些因素而導(dǎo)致地面發(fā)生沉降的危險，這其中的關(guān)鍵因素就是土體的質(zhì)地情況、覆土的深度情況、以及操作人員的技術(shù)水平等，這就需要在進(jìn)行泥水平衡式頂管施工前，要對其施工從理論上做好充分的計算，而這其中最大沉降量的估算尤為重要。最大沉降量的估算公式如下：

最大沉降量 δmax=V/2.5i 式（1）

式中：V--土體總損失

i--沉降槽寬度，i=H/[ πtg（45°-Ф/2）]

H--管節(jié)中心至路基頂面高度

Ф--土的內(nèi)摩擦角

3.1 開挖面引起的地層損失

從最大沉降量的估算公式中可以看出，地層損失量是影響最大沉降量的一個重要的參數(shù)，而底層損失量可以解釋為是用超過頂管理論開挖量的體積VL 除以頂管理論開挖量 Vt 的百分比來表示，而在泥水平衡式頂管的施工中，土層的超挖量是允許控制在0.1%-1%的，那么地層的最大損失量就應(yīng)以土體損失1%來計算，計算公式如下：

Vk=l/4×π×Dc12×1%

式中：Dc1--管節(jié)外徑

π--圓周率

通過以上公式，可以在泥水平衡式頂管施工前對土層的最大損失量進(jìn)行有效的計算。通過對地層最大損失量的計算，可以通過數(shù)據(jù)直觀的反應(yīng)出沉降發(fā)生的可能。

4 沉降的有效控制措施

4.1 沉降監(jiān)測

在泥水平衡式頂管的施工過程中，加強(qiáng)監(jiān)測力度是降低沉降發(fā)生的有效手段，首先應(yīng)該針對頂管下穿鐵路的過程中進(jìn)行觀測點的設(shè)置，這個過程應(yīng)該將土質(zhì)的軟硬考慮在內(nèi)，一般情況下，相鄰的觀測點宜相隔5cm-10cm，而每個觀測點應(yīng)在斷面取最少三個點加以監(jiān)測，另外，提高監(jiān)測的精度是提高監(jiān)測質(zhì)量所必要的方法，這就需要對監(jiān)測人員進(jìn)行思想上及業(yè)務(wù)上進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)工作，使其能夠主動認(rèn)真的對每一個監(jiān)測點進(jìn)行檢測，提高監(jiān)測的質(zhì)量，并做到能夠根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)及時的做出調(diào)整，這樣才能在第一時間發(fā)現(xiàn)地面沉降的風(fēng)險，并能夠通過相應(yīng)的措施來將杜絕沉降危險的發(fā)生。

4.2 確保注漿的質(zhì)量

泥水平衡式頂管在進(jìn)行施工時，為了防止地面沉降的發(fā)生，就需要及時的對管道與周圍的土體之間進(jìn)行填充，保證土體擁有與原來相同的壓力來對地面進(jìn)行支撐，特別是當(dāng)泥水平衡式頂管下穿鐵路時，對填充的效果就提出了更加嚴(yán)格的要求，這就需要在施工時選擇質(zhì)量良好的泥漿，防止因為泥漿的質(zhì)量問題而發(fā)生地面沉降的現(xiàn)象。其次，泥水平衡式頂管的施工時，當(dāng)機(jī)頭將土體挖掘后應(yīng)做到及時的用泥漿進(jìn)行填充，最好是能夠做好同步壓漿。這樣可以做到在第一時間在管道外部形成完整的泥水漿套，能夠保證為地面上層提供足夠的支撐力，保證地面的完整性，為列車的行進(jìn)提供安全可靠的保障，進(jìn)而也為城市的建設(shè)提供了更多了支持。

4.3 控制機(jī)頭的頂進(jìn)速度

機(jī)頭的頂進(jìn)速度是影響泥水平衡式頂管的施工的一個重要的參數(shù)，這主要是因為機(jī)頭的頂進(jìn)會對周圍的土體造成一定程度的擾動，這會對土體的結(jié)構(gòu)及質(zhì)量產(chǎn)生影響，其表現(xiàn)在機(jī)頭對周圍土體的擾動變大，會使得地層發(fā)生沉降的概率增大，而機(jī)頭的頂進(jìn)速度越慢則對周圍土體的影響越小，但這對大大的降低泥水平衡式頂管的施工速度，增加工程的工期，造成工程成本的增加，因此，控制合理的機(jī)頭頂進(jìn)速度在頂管的施工過程中是十分重要的。一般情況下，機(jī)頭在進(jìn)出洞階段的頂進(jìn)速度應(yīng)該適當(dāng)?shù)臏p慢，這主要是因為洞口附近的地面受損程度大，如果頂進(jìn)速度過快會使得地面因為機(jī)頭的擾動而發(fā)生沉降，而當(dāng)機(jī)頭在穿越障礙物時，其頂進(jìn)速度應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)募涌?，這能夠保證機(jī)頭能夠順利的在地下進(jìn)行前進(jìn)，以防止因為障礙物的存在而使得機(jī)頭發(fā)生故障。在其他情況下，操作人員也應(yīng)該時刻的觀察監(jiān)測儀上的數(shù)據(jù)，特別是機(jī)頭的工作壓力，并根據(jù)壓力的變化情況來對機(jī)頭的頂進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)機(jī)頭壓力減少是應(yīng)適當(dāng)?shù)募涌祉斶M(jìn)速度，反正則降低頂進(jìn)速度。

4.4 控制機(jī)頭頂進(jìn)軸線的偏差

泥水平衡式頂管在地下進(jìn)行作業(yè)時，機(jī)頭的頂進(jìn)過程中往往會因為各種各樣的問題而發(fā)生偏離行進(jìn)路線的情況，這在一定程度上會對管道周圍的土體造成損失，而地層的損失很可能就會發(fā)生地面沉降的危險，因此，減少機(jī)頭在行進(jìn)過程中發(fā)生偏移是減少地面沉降的必要措施。這就需要操作人員在施工的過程中，根據(jù)監(jiān)測點所反饋的數(shù)據(jù)參數(shù)，對機(jī)頭的頂進(jìn)方向及時的做出調(diào)整，同時要盡量保證機(jī)頭在頂進(jìn)的過程中進(jìn)行調(diào)整，而盡量避免機(jī)頭停止時進(jìn)行調(diào)整，另外，當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)頭的頂進(jìn)路線發(fā)生偏移時，對機(jī)頭進(jìn)行調(diào)整的角度要盡可能的小，防止因為角度過大而使得周圍土體的損失變大。這也對操作人員的專業(yè)技能提出了要求，因此，施工時應(yīng)該選用有經(jīng)驗的員工來對進(jìn)行實際操作，這樣才能在最大程度上的降低鐵路下穿頂管的發(fā)生沉降的危險，提高頂管的施工質(zhì)量，保證鐵路在施工段的質(zhì)量不受影響，防止列車在行駛到施工段而發(fā)生危險，造成人們的生命和財產(chǎn)的損失。

4.5 施工完成后的監(jiān)測工作

在泥水平衡式頂管施工完成后，應(yīng)對地面的沉降情況進(jìn)行測量，并做好相應(yīng)的記錄，還應(yīng)在7日后對地面的沉降進(jìn)行再次的測量，并將該測量的結(jié)果作為地面的最終沉降值，如果其數(shù)值小于最大沉降量的估算值，那么說明該泥水平衡式頂管的施工質(zhì)量是符合要求的，其可以滿足列車在地面上的行駛，而不會發(fā)生地面沉降的危險，同時也能夠滿足地下管道建設(shè)的功能的體現(xiàn)，為城市建設(shè)提高更多的服務(wù)，能夠很好展現(xiàn)出城市的功能，為人們的生活提供更多的便利，從而增加人們在城市中生活的幸福感。

4.6 鐵路的保護(hù)措施

在頂管下穿鐵路的施工過程中，要想保證地面的完整性及支撐力，進(jìn)而保證鐵路的行車安全，除了采取合理的措施對頂管的施工過程進(jìn)行有效的控制外，還應(yīng)該對地面的鐵路進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，因此，在地下頂管的施工之初就應(yīng)對地下施工路段的鐵軌進(jìn)行加固，并在頂管施工的過程中向鐵路部門提出申請降低列車行進(jìn)的車速，并對鐵路的情況進(jìn)行實時的監(jiān)測，必要時還應(yīng)對鐵路進(jìn)行停車封鎖，防止在施工時，由于列車的行駛而造成施工出現(xiàn)質(zhì)量問題而發(fā)生危險，或者是防止行車對泥水平衡式頂管的施工造成潛在的安全隱患，使得施工結(jié)束后的一段時間而發(fā)生地面沉降的危險，進(jìn)而在鐵路行車時發(fā)生人身和財產(chǎn)的損失。

5 結(jié)語

總而言之，泥水平衡式頂管作為一種被廣泛應(yīng)用的施工方式，其在下穿鐵路管道的施工中的應(yīng)用也越來越多，而其施工的質(zhì)量也直接的影響到了鐵路的行車安全，因此認(rèn)真的對泥水平衡式頂管的施工過程中存在的問題進(jìn)行分析，并做到對最大沉降量進(jìn)行合理的估算，并加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)測力度，采用高質(zhì)量的泥漿進(jìn)行灌注，控制機(jī)頭的頂級速度，對機(jī)頭的頂進(jìn)進(jìn)行合理糾偏，這樣才能夠在施工的過程中杜絕地面沉降的發(fā)生，為鐵路的行車安全提供可靠的保障，同時也保證了城市地下管道工程的順利實施，為城市人們提供良好的居住環(huán)境，進(jìn)而為建設(shè)現(xiàn)代化城市作出更多的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]廖繼友.淺談泥水平衡式頂管管道質(zhì)量驗收常見問題及防治措施[J].綠色環(huán)保建材，2017（02）：91-92.

[2]王雪瑩.泥水平衡式頂管法在市政污水管道施工中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2016（02）：115-121.

[3]周林林;王佳;韓佳;劉磊.關(guān)于泥水平衡式頂管施工工藝的探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014（05）：159-160.

[4]萬文松.泥水平衡頂管機(jī)自動糾偏系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)，2018（27）：246-246.

[5]羅景生.泥水平衡頂管頂力突增過程實測及其應(yīng)對措施分析[J].給水排水，2018（02）：91-92.

[6]楊曉飛.泥水平衡法頂管施工技術(shù)介紹[J].黑龍江水利科技，2018（02）：91-92.

[7]余勇.泥水平衡頂管施工技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用研究[J].建材與裝飾，2016（02）：91-92.

[8]徐權(quán).泥水平衡法頂管施工中常見問題及處理措施[J].山西建筑，2016（02）：91-92.

作者簡介：

方舟（1990.09--）;性別：男，籍貫：江蘇省宿遷人，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于南京工程學(xué)院;現(xiàn)有職稱：助理工程師;研究方向：工程技術(shù);