頂管法施工的適用性及影響研究

(中國民航大學機場學院 天津 300300)

引言

隨著現代化建設進程的加快，既有城市道面下需要不斷進行地下管線的擴建和改建工作，同時，這些改擴建工作又面臨著不能影響道面正常運行的限制要求，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生擾動，從而使土體發生附加應力及附加變形。

一、頂管施工的工作流程

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

二、頂管施工的優勢

相對于傳統施工方法，頂管施工主要具有以下優勢[1]：

1.該施工方法具有很強的環保型，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，從而降低土石方運輸成本。頂管施工還有可以鋪設曲線管道的優點，其中曲線管道分為垂直曲線與水平曲線，當鋪設垂直曲線時，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管線的方法要短，其經濟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

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，若防水處理不當，地下水的滲透將導致內部設施及管線的銹蝕、損壞，同時增加排水設施的排放壓力，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，對周圍土體產生的擾動也將增大，且影響附近建筑物。

3.機頭背土問題。壩管機由十截囪尺寸較大，掘進機頂部與土體接觸面也較大，隨之產生的摩擦力導致機頭“背土”，將引起扭矩過大，難以進尺，甚至會破壞管道。

4.頂管機姿態的控制。由于受到振動土體的干擾，機頭兩側阻力差導致在頂進過程中偏離軸線，不能以良好的姿態按計劃線路進入接收井的基座等情況，所以需要復核測量設備控制精度及行進軸線的偏差校核[3]。

5.渣土的運輸及處理。在狹窄的工作面內，渣土若不能及時排出，將會阻滯在管道內，增加頂推力及扭矩，若處理不當將導致抱管現象，影響進程。因此，改良及運送渣土，調節漿液配比，改善其流動性及止水性能，是施工中的關鍵技術。

四、頂管施工影響預測

美國學者R.B.Peck在假定開挖土體不排水的前提下，通過對大量工程實測沉降數據的分析，提出了用正態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，則其橫向沉降的計算公式為[4]：

式中x為距離隧道開挖處中心點的距離；S(x)為地面x處的沉降量，Smax為隧道中心點出的最大沉降量；i為沉降槽的影響寬度系數；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、結論

綜上所述，在管道穿越過程中只有了解穿越的擾動機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量、防治地面不均勻沉降，本文重點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量。