泥水平衡頂管施工軸線及沉降控制

泥水平衡頂管施工軸線及沉降控制摘要：在城市建成區(qū)進(jìn)行管道施工，不可避免的要穿越既有建構(gòu)筑物和市政道路，頂管施工作為一種非開挖施工工藝，既可以節(jié)約拆遷成本，又能解決由于斷交施工造成的道路擁堵，其對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著巨大的促進(jìn)作用。但是頂管工程的施工也有著很大的弊端，容易導(dǎo)致建構(gòu)筑物及路面發(fā)生沉陷現(xiàn)象，同時(shí)降低了施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益?；诖?，本文結(jié)合實(shí)際的工程項(xiàng)目，對(duì)頂管施工導(dǎo)致路面沉陷的原因以及軸線控制進(jìn)行詳細(xì)的分析和探究，并提出有效的解決方案，為后續(xù)頂管工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：頂管工程施工；糾偏；路面沉陷；原因；解決方案

相對(duì)于市政管網(wǎng)明開挖施工，頂管施工技術(shù)具有對(duì)環(huán)境影響小，避免拆遷，特別是不影響交通等優(yōu)勢(shì)，所以它的應(yīng)用前景較為廣闊，人們對(duì)其的關(guān)注度也較高。但是，在實(shí)際的頂管施工中，還是會(huì)發(fā)生地面沉降或隆起現(xiàn)象，這對(duì)于人們的生活、周邊的環(huán)境以及工程的質(zhì)量都有著較大的影響，同時(shí)，頂管施工風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多，質(zhì)量控制難度大，特別是頂進(jìn)線性控制等。本文結(jié)合實(shí)際工程，認(rèn)真研究這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并積極的找出解決方法，使頂管工程的施工變得更加安全、穩(wěn)定。

一、工程概況

1、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本工程是熱力工程，擬建設(shè)兩根DN800熱水管網(wǎng)，一供一回，熱水管網(wǎng)穿越市政快速路采取頂管施工，長(zhǎng)度145米，頂管施工采用泥水平衡頂管，工程位置為中新天津生態(tài)城。

工作井采取灌注樁+水泥攪拌樁形式，攪拌樁為單排三周水泥攪拌樁，間距為Φ850@600.套接一孔，灌注樁樁徑為800mm，間距1000mm；工作井深度12m，設(shè)置兩道支撐；頂管頂進(jìn)鋼筋混凝土管，直徑DN2500。

道路兩側(cè)市政管網(wǎng)較多，主要有中壓燃?xì)狻⒆詠硭?0KV電力、雨污水管道等等，雨污水管道最深，頂管從雨污水管道下穿越，間距1.5米。

2.水文地質(zhì)情況

擬建場(chǎng)地位于天津?yàn)I海旅游區(qū)，屬海積、沖積低平原地貌單元，為海相與陸相交互沉積地層，地形整體平坦，受人類活動(dòng)影響，表層為人工填土。本場(chǎng)地交通便利，地理環(huán)境優(yōu)越。

根據(jù)本次勘察資料，該場(chǎng)地埋深20.0m深度范圍內(nèi)，表層有少量素填土，場(chǎng)地地層均屬第四系沉積物巖性，以粉質(zhì)粘土、粉土為主。

地下水類型為孔隙型潛水，主要補(bǔ)給來源為大氣降水，以蒸發(fā)方式和向附近河流和低洼處排泄為主。

勘探期間實(shí)測(cè)穩(wěn)定水位埋深為1.90～2.10m（相對(duì)大沽標(biāo)高為1.96～2.17m），據(jù)區(qū)域資料及有關(guān)規(guī)范，本場(chǎng)區(qū)歷年最高水位近于地表1.0m，潛水位年變幅為0.50～1.00m。

3、項(xiàng)目監(jiān)測(cè)

本工程工作井周邊主要為未開發(fā)地塊，目前主要為荒地，對(duì)沉降變形影響不敏感；頂管穿越城市快速路，交通繁忙，是新區(qū)主要交通道路，不允許斷交，不允許出現(xiàn)明顯沉降、開裂；道路兩側(cè)市政管線較多，存在DN600中壓燃?xì)?、DN800自來水、10kv電力、DN1000雨水管道、DN600污水管道，頂管從雨水管道下穿越，間距1.5米；綜上，本工程監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下：

（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂水平位移、垂直位移；

（2）冠梁、圍檁及其支撐體系的水平位移；

（3）后背墻后土體的水平位移；

（4）周邊道路以及地下管線的沉降；

（5）觀測(cè)井水位變化。

監(jiān)測(cè)控制值表

序號(hào)

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

預(yù)警值（mm）

變化速率（mm/d）

1

支護(hù)樁頂水平位移沉降

15

2

支護(hù)樁頂垂直位移

10

3

冠梁水平位移

20

4

冠梁垂直位移

20

5

后背墻后土體的水平位移動(dòng)移移化

20

6

周邊道路及管線沉降

30mm

3mm/d

7

地下水位

1000mm

500

綜合考慮施工周邊環(huán)境要求，本工程重點(diǎn)監(jiān)測(cè)為基坑及周邊道路、地下管線沉降及位移監(jiān)測(cè)。

二、頂管施工線性控制要點(diǎn)

1、過程監(jiān)測(cè)

（1）為實(shí)現(xiàn)對(duì)前端頂管機(jī)偏離的軸線的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、提高施工測(cè)量效率，并與機(jī)械化頂管施工技術(shù)相適應(yīng)，泥水平衡頂管應(yīng)采用激光導(dǎo)向進(jìn)行監(jiān)控。要以激光測(cè)量數(shù)據(jù)作為頂進(jìn)過程中判斷前段頂管機(jī)高程及中線偏差的主要依據(jù)，并輔助于水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀進(jìn)行復(fù)核。

（2）每完成一節(jié)管的頂進(jìn)，應(yīng)測(cè)量一次管中心線和高程，每個(gè)接口應(yīng)測(cè)量一次，有錯(cuò)口時(shí)測(cè)兩點(diǎn)，并形成過程文件。工作坑與接收坑貫通后，要進(jìn)行最終驗(yàn)收測(cè)量，確定管道的中心線和管底高程。

（3）工作井內(nèi)測(cè)量?jī)x器的基座不能固定在主頂裝置底盤、工作井后背或其他可能在頂進(jìn)受力時(shí)變形或位移的基礎(chǔ)上，應(yīng)安裝在固定基座上，以減少重復(fù)移動(dòng)和調(diào)整次數(shù)。

2、過程糾偏

頂進(jìn)過程中的糾偏是關(guān)系頂管作業(yè)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，若操作不當(dāng)可能造成頂力驟升、管接口破損，嚴(yán)重時(shí)可能造成管道無法頂進(jìn)，造成經(jīng)濟(jì)損失，尤其是在砂層中頂進(jìn)，管道有可能因?yàn)槟嗨^度沖刷造成頂管機(jī)機(jī)頭下沉，因此，對(duì)于頂進(jìn)過程中的糾偏顯得尤為重要。

（1）在機(jī)頭和機(jī)頭工具管出洞前，即使發(fā)現(xiàn)中線和高程偏差，也盡量不要糾偏，此時(shí)機(jī)頭連接管尚處于導(dǎo)軌上，起不到糾偏效果；機(jī)頭連接管出洞后，高程和中線偏差超過要求時(shí)候，根據(jù)監(jiān)視器內(nèi)的光點(diǎn)位置變化趨勢(shì)進(jìn)行糾偏，必須要預(yù)留一個(gè)提前量，糾偏一定要遵循“先糾高程，后糾中線，小角度糾偏”的原則，要勤糾偏，小糾偏，糾偏油缸的伸出量一次不能太大，當(dāng)光點(diǎn)位置有反向移動(dòng)趨勢(shì)和移動(dòng)速度放緩時(shí)，可將糾偏油缸縮回，停止糾偏。

（2）頂進(jìn)過程中，操作人員要隨時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)視器各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化，并及時(shí)記錄，在分析記錄數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行糾偏。

（3）軸線控制糾偏必須及時(shí)、連續(xù)，發(fā)現(xiàn)軸線偏移應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行糾偏，不能偏移積累較大后再糾偏，一開始糾偏就要連續(xù)進(jìn)行直至糾正為止。

三、頂管施工沉降控制

頂管施工不可避免的會(huì)對(duì)周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而引起土體移動(dòng)，直觀表現(xiàn)為地面沉降和隆起。通過對(duì)頂管頂進(jìn)過程中地表沉降觀測(cè)結(jié)果顯示頂管軸線上地面垂直沉降隨著頂管機(jī)頭的推進(jìn)所產(chǎn)生的規(guī)律，可分為三個(gè)階段，即頂管機(jī)頭前部變形階段、施工沉降階段和土體固結(jié)階段。

泥水平衡頂管施工影響沉降的主要因素為泥漿套的質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置合理的注漿量、注漿順序是解決地面沉降和隆起的最直接手段。

（1）泥水壓力

頂管機(jī)可以通過控制排泥管的泥水量來間接控制開挖面的前腔泥水壓力，泥水壓力要適量大于頂進(jìn)土層地下水壓力，從而避免開挖面地下水侵入，造成土體的擾動(dòng)及地下水流失，進(jìn)而造成地面沉降；泥水壓力對(duì)地面沉降和隆起有一定影響，泥水壓力過大，容易造成地面隆起，泥水壓力過小，容易造成地面沉降。

（2）注漿系統(tǒng)

為使頂管外壁形成良好的泥漿潤(rùn)滑套，頂管機(jī)設(shè)置兩套注漿系統(tǒng)，即同步注漿和補(bǔ)充注漿系統(tǒng)。在頂進(jìn)中，同步注漿必須必須先注后頂，提前形成泥膜，即避免泥漿外滲，還頻屏蔽了土體中孔隙水滲入。隨著頂進(jìn)，泥漿不可避免的損失，因此過程中通過補(bǔ)充注漿系統(tǒng)及時(shí)補(bǔ)充。同步注漿和補(bǔ)充注漿壓力，對(duì)地面沉降或者隆起控制起著重要作用。

（3）注漿量

一般認(rèn)為土體滲透系數(shù)是控制注漿量的主要因素，結(jié)合土層滲透系數(shù)以及土層與頂管機(jī)外殼間隙等參數(shù)，計(jì)算出注漿量。頂進(jìn)過程中要合理控制同步注漿及補(bǔ)充注漿量，注漿量過大造成地面隆起，注漿量過低造成地面沉降，甚至頂進(jìn)困難。

結(jié)合本工程頂進(jìn)過程各項(xiàng)參數(shù)控制及過程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，事實(shí)證明通過控制注漿壓力、注漿順序和注漿數(shù)量能夠有效控制地面沉降或隆起。

結(jié)語

頂管施工軸線控制是頂管施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)，糾偏要遵循“先糾高程，后糾中線，小角度糾偏”的原則，要勤糾偏，小糾偏，避免管節(jié)錯(cuò)臺(tái)破損，甚至造成頂進(jìn)困難。同時(shí)，頂管施工在參數(shù)控制及糾偏方式不當(dāng)?shù)那闆r下，容易造成地面沉降或隆起，但可以通過控制注漿壓力、注漿順序和注漿數(shù)量等方式，能夠有效控制地面沉降或隆起等負(fù)面影響。

總而言之，通過對(duì)實(shí)際工程的論述，我們可以知道，頂管施工作為非開挖施工工藝，存在不破壞地面建筑物、省時(shí)、高效等優(yōu)點(diǎn)，有著良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，在城市建成區(qū)管線施工中有著廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]世界最