頂管施工中路基沉降問題分析

摘要：頂管施工有它獨到的優勢，在地下管道施工過程中起著重要的作用，然而在施工過程中，不可避免會對路基產生一定的影響，本文主要闡述頂管施工導致路基沉降的影響因素及原因，以便在以后的施工過程中，能有效規避不良影響，發揮其最大的功效。

關鍵詞：頂管施工 土壤結構 地表壓力 機械物理作用 路基沉降

一、頂管施工對土壤結構的破壞

頂管施工有很多優點，比如可以有效地利用地下空間，減少對地面施工、建筑、交通等影響，然而在施工過程中，如果不能合理地科學地進行規劃，很有可能對土壤結構造成一定的影響，尤其是對土壤結構的破壞，若土壤結構遭到破壞，那么在一定程度上，也會對路基造成影響，引起路基的沉降，破壞力很大。

1、頂管施工對土壤的振動

土壤的振動，是指頂管施工過程中，機器的破壞力和震動力，容易引發土壤的振動，土壤振動勢必會影響土壤結構的破壞。土壤的緊密度、壓力、體積、土壤間隙結構、土壤含水量等這些結構發生變化，便會引起土壤結構的錯位、沉降、下榻、變異等。

尤其是在土壤結構比較松軟的地方，比如粉土層，淤泥質土等，一旦受到外力的擾動，土壤結構變異的可能性和破壞性非常大，路基沉降是比較小的影響，更壞的影響可能會造成路面整體塌陷，造成“空洞”現象。

所以，在頂管施工過程中，必須在施工前，對施工區域的土壤結構進行詳細的勘察采樣，進行非常詳細的科學實驗，確保頂管施工能夠因地制宜，因土壤結構的差別而有所不同，分門別類，區別對待，盡可能地減少施工對施工區域的破壞。

2、頂管施工對土壤含水層的破壞

頂管施工雖然能有效地減少對周圍建筑物和地面生產的影響，然而地下含水層結構千變萬化，若不能有效地劃分出含水層的結構分布圖，一旦破壞含水層，不僅容易引發水土流失，還有可能引發路基沉降。

通常含水層，是指埋藏于地表以下貯水性能較強的巖土層，地表以下隔水層與含水層的相間分布，構成了地下空間上的含水層的多層展布，所以在頂管施工過程中，一定要有效地描述出施工區域的含水層分布情況，合理有效地規避對含水層的破壞，盡可能在保護含水層的條件進行施工，規避含水層破壞造成的路基沉降。

3、頂管施工對土質結構層的破壞

頂管施工是在地面以下進行，勢必需要“破土”進行，就像穿山甲一樣，在地面以下“穿行”的過程中，肯定會對土質結構層造成破壞。頂管法施工引起周圍地層變形的內在原因是土體所處的天然靜止平衡狀態受到破壞，尤其是土質結構層的變化，不同于土地的表層，結構層一旦破壞，短時間內極難恢復正常，反而會引發一連串的蝴蝶效應。

所以在頂管施工過程中，一定要注重對土質結構層的研究，對土體進行合理有效地分區，在使用頂管機時，需要輔助機器支撐整個土體的重量，在這些機器支撐土體時，土體會釋放一定的壓力，支撐力和壓力互有所長，勢必會影響土質結構層，引起土質結構層的扭曲和破壞，所以如何釋放機器器材的反作用力，是頂管施工過程中，尤其需要注意的。

在頂管施工過程中，提升機器的效率，改進機器的功能，將機器地支撐力予以固定，就像撐著一個帳篷一樣，根據土質結構層的不同分區和表態，進行合理有效地擴充支撐力，做到作用力和反作用力相互抵消，避免造成土質結構層的破壞，從而引起路基沉降。

二、頂管施工應對地表壓力的變化導致路基沉降

第一部分本文著重分析了頂管施工對地質結構層的破壞從而引發路基沉降，這一部分本文將著重分析頂管施工對地表壓力的變化導致路基沉降。

地表壓力，主要是指地表的建筑物、交通、水流、車輛甚至人。地表壓力不同，頂管施工中所承受的壓力就不同，根據研究發現，地表壓力越大，頂管施工中越容易造成路基沉降。

1、地表壓力大造成路基沉降

地表壓力與路基沉降成正比，在頂管施工過程中，若地表是高大的建筑物或者繁忙的交通樞紐路段，那么在頂管施工過程中，很容易引發路基沉降。一方面是因為在頂管施工過程中，對承受地表壓力的地質結構進行了破壞，如果不能及時有效地舒緩地表建筑物的壓力，那么路基沉降是必然會發生的，不僅有可能會造成地表建筑物傾斜甚至會引起坍塌。另一方面，地表承受的壓力越大，在頂管施工過程中，對千斤頂、承重器的要求越高，在頂管推進的過程中，這些承重器材不能有效地反作用力與地表建筑物的壓力，那么壓力大于反作用力，極有可能會造成路基沉降。

2、地表壓力擴充造成路基沉降

地表壓力不是一層不變的，比如一座高檔寫字樓，在頂管施工過程中，因人員流動性比較大，所以它的壓力也會隨時變化。在施工前期的試驗中，應該充分考慮這些不斷變化的地表壓力。另外，除了外在因素影響地表壓力外，地表壓力自身也會有變化，比如重力加速度，在頂管施工過程中，一旦地質結構層被破開，那么地表壓力自身的重力加速度就會釋放出來，這也是需要在施工前進行反復驗證和考慮的問題。

三、頂管施工器械的物理破壞

相比頂管施工中器械的堅韌，無論地質結構還是含水層都顯得很薄弱，所以在頂管施工過程中，這些器械勢必會發揮它們的物理破壞力，從而引起路基沉降。

1、施工工具對土體的積壓

頂管施工過程中，為了騰出一定的施工空間，需要通過專業的器械對地面以下的土體結構進行一定的積壓，而土體中分布著含水層，土質結構也不同，受到這些機械的物理作用，土體結構會扭曲變形，甚至坍塌，一旦土質結構發生扭曲，路基沉降是肯定的。

所以在器械作業里，一定要盡可能減少其物理破壞力，避免過多地造成土體變形，有效地分流器械的物理擠壓，提升是施工技術、改良陳舊的施工方案，根據土質結構的差別，區別對待。

2、施工工具對土體的荷載

迫于地表壓力的影響，頂管施工，需要利用大型千斤頂承受土體和地表的荷載壓力，在這一過程中，機器地作用力稍微有些變化，勢必會影響其承受力，從而造成荷載力變動，引發路基沉降。

所以在施工過程中，要通過科學試驗、科學器械有效地計算承載力，把承載力和荷載力科學運算出來，并盡可能地精確到小數點后六位，減少誤差。

3、施工對水壓力的作用力

頂管施工過程中，除了承受土體壓力，還要承受孔隙水壓力，土壓力有一定的標準，水壓力的標準相對模糊一些，因為它的變化空間很大，在施工過程中，稍微對水壓力的變化掌握不準，承受力自然不能精確，壓力發生了變化，水壓力加重了土體壓力，便會導致路基沉降。

4、施工進程與土體變化值

頂管施工的進程需要與土體的變化值相對應，若施工速度過于追求效率，沒有把土體變化值考慮進去，很有可能造成地面隆起。若施工速度過于緩慢，也是不科學的，土體變化值相對變快，那么很有可能造成路基沉降。

四、結語

無論是頂管施工還是其他施工，都是一種破壞與重建的結合，頂管施工對土體結構、土質結構、地表、含水層等都是有一定的破壞作用。為什么還要進行頂管施工呢，除了能有效減少在地面施工帶來的影響外，更重要得是，我們有足夠的信心能夠證明頂管施工利大于弊，這就要求我們在頂管施工中，一定要科學驗證其對土壤結構、地表壓力、含水層等影響和破壞，有效規避這些不良影響，科學施工，根據地表、地質等不同，因地制宜，充分發揮先進機器地建設力，有效抵消其物理破壞力，真正做到頂管施工利大于弊，造福于人類。

參考文獻

[1]房營光，莫海鴻，張傳英.頂管施工擾動區土體變形的理論與實測分析[J].巖石力學與工程學報.2003.（04）；

[2]呂禮春，周志云，楊允表，鄧楊軍.頂管施工對條形基礎沉降影響分析與地基加固[J] 2009.（10）；

[3]鄧前鋒.地下頂管施工引起沉降的分析與控制[J].建筑施工.2007（05）；