供熱管道頂管穿越施工對(duì)高速公路的影響分析

莫振輝

（廣西雙象建設(shè)工程有限責(zé)任公司 廣西南寧市 530029）

供熱管道頂管穿越施工對(duì)高速公路的影響分析

莫振輝

（廣西雙象建設(shè)工程有限責(zé)任公司 廣西南寧市 530029）

本文通過(guò)對(duì)來(lái)賓市河南工業(yè)園（東區(qū)）集中供熱項(xiàng)目管道下穿柳南高速公路頂管工程施工作業(yè)過(guò)程中可能造成的高速路面的沉降值進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，分析頂管施工可能對(duì)柳南高速公路造成的影響，并對(duì)作業(yè)安全提出相應(yīng)的安全對(duì)策措施建議。

頂管穿越；沉降；安全對(duì)策措施

1 穿越地點(diǎn)

來(lái)賓市河南工業(yè)園區(qū)下穿柳南高速公路頂管工程位于來(lái)賓市疏港大道（天然橋路）上跨柳南高速公路立交橋以南100m，下穿位置為柳南高速公路K1336+800～K1336+820段。頂進(jìn)管道與柳南高速公路交角為78.5°。

圖1 穿越點(diǎn)示意圖

2 穿越方案

2.1 穿越布置

本工程主要為來(lái)賓市廣投能源有限公司下穿柳南高速公路的4根熱力管道提供過(guò)路通道。根據(jù)熱力管道尺寸和導(dǎo)軌安裝的需要，本工程設(shè)置頂進(jìn)2根d1800（外徑2.16m）和2根d2000（外徑2.4m）的鋼筋混凝土管，4根管道平行頂進(jìn)，頂進(jìn)距離78m，管頂覆土厚度為4.9～5.17m。頂管方式采用手掘式頂進(jìn)。本工程設(shè)置頂管工作井兩個(gè)，接收井一個(gè)。

施工布置如圖2。

2.2 頂管管材

本項(xiàng)目頂管管材統(tǒng)一采用Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管，管節(jié)間為F型鋼承口連接。每根頂進(jìn)管道切土的首節(jié)端部設(shè)鋼刃腳，鋼刃腳采用16～18mm厚鋼板焊制，固定于管節(jié)端部，其外徑較管涵外壁大10mm。

根據(jù)千斤頂總頂力的計(jì)算結(jié)果，d1800和d2000混凝土管壁的容許承壓應(yīng)力分別為20MPa、20.3MPa，采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50的混凝土管可以滿足要求。本設(shè)計(jì)頂進(jìn)管道采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50的Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土頂管專(zhuān)用管。

圖2 頂管施工布置圖

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)頂進(jìn)管道的汽車(chē)荷載等級(jí)采用公路-Ⅰ級(jí)。

表1 本項(xiàng)目頂管各段長(zhǎng)及管節(jié)數(shù)量

2.3 頂管工作井、接收井設(shè)計(jì)

頂管工作井和接收井的尺寸根據(jù)頂進(jìn)管道的大小、頂管方式、覆土厚度等進(jìn)行確定，本項(xiàng)目設(shè)置頂管工作井2個(gè)，設(shè)置接收井1個(gè)。2根d1800的管道和2根d2000的管道分開(kāi)在2個(gè)工作井中進(jìn)行頂進(jìn)。2-d1800的工作井尺寸為：8m（凈長(zhǎng)）×9.6m（凈寬）×7.4m（凈高），2-d2000的工作井尺寸為：8m（凈長(zhǎng)）×10.2m（凈寬）×7.4m（凈高）；接收井尺寸為：5m（凈長(zhǎng)）×22.4m（凈寬）×7.4m（凈高）。

工作井底板及井壁不僅是承受土壓力的擋板，而且也是作為頂推設(shè)備的工作面，需要一定的承壓和抗彎強(qiáng)度，根據(jù)井側(cè)土壓力的模擬計(jì)算以及頂進(jìn)時(shí)千斤頂?shù)捻斄τ?jì)算結(jié)果，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作井底板和井壁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，工作井底板厚度為50cm，四周井壁厚度為80cm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30，抗?jié)B等級(jí)采用P8。

3 工程特點(diǎn)

柳南高速公路1999年建成通車(chē)，設(shè)計(jì)車(chē)速120km/h，路基寬28m，中間分隔帶寬3.0m，路肩寬10.0m，水泥混凝土路面寬15.0m。該公路是廣西高速公路網(wǎng)的重要組成部分，貫穿廣西經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的中部地區(qū)，是溝通廣西南部和北部地區(qū)的運(yùn)輸大動(dòng)脈，也是連接川、滇、黔、湘、桂等五省的交通要道，是溝通中西部地區(qū)與東部地區(qū)的通道之一。

本工程施工中存在主干道交通量大、施工中無(wú)法中斷交通、穿越施工規(guī)模大等特點(diǎn)。一旦頂管施工過(guò)程中造成路面沉降過(guò)大，極易引起嚴(yán)重的交通事故。

4 頂管施工可能造成的路面沉降計(jì)算

本工程頂管作業(yè)區(qū)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，高速公路路基主要為素填土，素填土呈紅褐色、黃褐色，稍濕，稍密，主要由粘性土及風(fēng)化粉砂巖、礫巖碎塊組成，通車(chē)多年，路基填土已基本壓緊密實(shí)，但是由于不是天然土體，管道開(kāi)挖與頂進(jìn)過(guò)程中，由于頂進(jìn)速度不協(xié)調(diào)、頂進(jìn)方向的誤差以及開(kāi)挖控制的不準(zhǔn)確，實(shí)際開(kāi)挖的土層大于套管的實(shí)際體積，從而形成實(shí)際開(kāi)挖土層的超挖。超挖量較大時(shí)，套管外周與巖層產(chǎn)生較大的空隙，在車(chē)輛荷載作用及上層土體重新固結(jié)作用下，里面將會(huì)出現(xiàn)沉降。

為此，對(duì)頂管施工中可能造成的高速路面的沉降值進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，為施工過(guò)程超挖量控制提供依據(jù)。

4.1 計(jì)算公式

采用目前工程中普遍采用的地面沉降估算公式對(duì)本項(xiàng)目頂管施工中可能造成的高速路面的沉降值進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，公式如下：

式中：Smax——管道軸線上方的最大地面沉降量（m）；

V1——管道單位長(zhǎng)度的土體損失量（m3/m），通常采用挖掘面面積的百分率來(lái)估算土體損失的大小，另η為土體損失百分率，則V1= пr2η，п為3.14，r值D1800管為1.1m、D2000管為1.2m，η取值與管道所處層位的土體性質(zhì)和施工工藝技術(shù)有關(guān)，自穩(wěn)定性差越差、越易流失的土取值越大，施工過(guò)程中人員超挖量越大取值亦越大；

i——地面沉降槽寬度系數(shù)（m），其經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：

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

φ——土的內(nèi)摩擦角，本項(xiàng)目為粘土，取經(jīng)驗(yàn)值11.3°。

4.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上公式，對(duì)本項(xiàng)目D1800、D2000兩種管道施工過(guò)程中可能造成的高速路面的沉降值進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 管道軸線上方的最大地面沉降量

由表2可知，土體損失百分率越大則管道軸線上方的最大地面沉降量就會(huì)越大，對(duì)路面交通安全的影響越大，根據(jù)《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》（CECS246：2008）的相關(guān)規(guī)定頂管造成的公路地面沉降量應(yīng)小于或等于20mm，因此，本工程施工過(guò)程中人員超挖量必須嚴(yán)格控制在3%以?xún)?nèi)，否則會(huì)對(duì)影響高速公路安全運(yùn)行。

圖3

5 建議采取的安全對(duì)策措施

為嚴(yán)格控制高速公路沉降量，保證工程施工過(guò)程中行車(chē)安全，需采取以下措施：

（1）施工中應(yīng)精心操作，控制挖土與頂進(jìn)的量與速度，避免土體超挖，使挖土與頂進(jìn)始終處在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。可量測(cè)每頂進(jìn)1m所挖出的土方量，進(jìn)尺與挖土量應(yīng)相當(dāng)，以控制沉降。

（2）施工期間，應(yīng)根據(jù)審批的施工安全應(yīng)急預(yù)案對(duì)高速公路的路基、路面的下沉進(jìn)行隨時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，當(dāng)路面沉量超過(guò)10mm時(shí)，應(yīng)停止作業(yè)，鉆孔取樣檢查土體孔隙比變化。

（3）施工單位開(kāi)工前，應(yīng)辦理相關(guān)的開(kāi)工手續(xù)，如與高速公路的權(quán)屬單位以及其他管理單位簽定相關(guān)協(xié)議、辦理開(kāi)工許可證等。

（4）施工單位應(yīng)當(dāng)遵守有關(guān)設(shè)計(jì)、技術(shù)規(guī)程、驗(yàn)收規(guī)范、國(guó)家規(guī)定進(jìn)行施工；頂管相關(guān)工作人員須接受專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)持證上崗。

（5）施工單位應(yīng)熟悉高速公路搶修程序，準(zhǔn)備好高速公路搶修所需要的各種工具。

（6）施工過(guò)程中為防止高速公路出現(xiàn)交通安全事故，嚴(yán)格按照高速公路施工路段設(shè)置警示標(biāo)志，根據(jù)需要在該路段前后提前設(shè)置臨時(shí)限速標(biāo)志，在頂管前后200m內(nèi)保持勻速行駛。

（7）施工完成后，施工單位應(yīng)及時(shí)清理施工場(chǎng)地、恢復(fù)高速公路原有設(shè)施及草木綠化等。

TU990.3

A

1004-7344（2016）24-0162-02

2016-8-11

莫振輝（1981-），男，工程師，本科，主要從事電力、公路、化工等行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施設(shè)計(jì)、安全評(píng)價(jià)及與安全相關(guān)的咨詢(xún)服務(wù)工作。