頂管法施工過程的防水措施

1、頂管法施工過程中的防水措施 頂管施工是非開挖施工方法，是一種不開挖或者少開挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。該方法具備多種優(yōu)點(diǎn)，采用頂管施工，對(duì)地面上的上交通影響很?。贿M(jìn)行頂管施工時(shí)，施工占地面積相對(duì)較小，而且頂管施工可穿越鐵路、公路、河流等，節(jié)約成本。頂管施工的過程中產(chǎn)生的噪聲較小,不會(huì)對(duì)居民的日常生活產(chǎn)生干擾。虹梅南路雙柏路路口一管線目前正是采用了頂管法在進(jìn)行施工。地下施工、地下結(jié)構(gòu)物必須重視的一點(diǎn)就是防水，特別是上海此類地下水豐富、水位較高地區(qū)。對(duì)于頂管法而言，防水措施主要是堵。第一道防線是壓漿將水堵在管道周邊一定范圍，第二道防線是管道接口密封。在此我們先討論管道接口的密封。虹梅南路雙柏路路口頂管法

2、施工的接口如下圖所示。圖1 圖2圖2中木墊板是主要為了在管與管之間傳遞縱向力而設(shè)置的，在頂進(jìn)過程中，木墊板能發(fā)生一定塑性變形而同時(shí)又不會(huì)變硬以補(bǔ)償管端不平整度，而且木墊板彈性并不大，千斤頂卸載時(shí)的回彈導(dǎo)致推頂?shù)膿p失很小。該接頭的防水密封采用雙重形式。第一道密封是通過在一節(jié)管子的細(xì)端（圖1）與另一節(jié)管子的鋼圈（圖2）之間夾置一個(gè)橡膠脹圈，橡膠脹圈堅(jiān)固又有彈性，而且耐壓，橡膠圈裝置同時(shí)還保證不會(huì)由于推頂時(shí)的縱向力和橫向力而改變位置和發(fā)生損壞，采用的方法是在管子的細(xì)端開出一條環(huán)形槽溝，用以裝入橡膠脹圈。第二道密封位于管子端面之間。為此目的，需事先流出相應(yīng)的空間，亦可在推頂完畢后將木墊板的內(nèi)圓鑿2-3

3、cm，然后將這樣形成的縫處填塞石棉水或填塞膨脹水泥砂漿處理永久性接口。再回過去討論第一道防線。右圖是虹梅南路雙柏路路口頂管注漿設(shè)置。實(shí)際上，注漿最主要的功能都不是為了防水。頂管施工過程中選擇的是觸變泥漿，漿液作用機(jī)理為：一是起潤(rùn)滑作用，將頂進(jìn)管道與土體之間的干摩擦轉(zhuǎn)換為濕摩擦，減小頂進(jìn)的摩阻力；其次起填補(bǔ)和支撐作用，漿液填補(bǔ)施工時(shí)管道與土體之間產(chǎn)生的空隙，同時(shí)在注漿壓力下，減小土體變形，使隧洞變得穩(wěn)定。注漿時(shí)，從注漿孔注入的泥漿會(huì)先填補(bǔ)管節(jié)與周圍土體之間的空隙，抑制地層損失的發(fā)展。泥漿與土體接觸后，在注漿壓力的作用下，注入的漿液將向地層中滲透和擴(kuò)散，先是水分向土體顆粒之間的孔隙滲透，然后是泥漿

4、向土體顆粒之間的孔隙滲透；當(dāng)泥漿達(dá)到可能的滲入深度之后靜止下來，只須經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間，泥漿就會(huì)變成凝膠體，充滿土體的孔隙，形成泥漿與土壤的混合土體；隨著漿液滲透越來越多，會(huì)在泥漿與混合土體之間形成致密的滲透塊，隨著滲透塊越來越多，在注漿壓力的擠壓作用下，許多的滲透塊之間粘結(jié)、鞏固形成一個(gè)相對(duì)密實(shí)、不透水的套狀物，稱為泥漿套。它能夠阻止泥漿繼續(xù)滲入土層。顯然，雖說注漿最主要并不是為了防水，但是從其作用機(jī)理來看，亦能起到一定的防水作用。與盾構(gòu)類似，注漿壓力和注漿量是注漿工序的關(guān)鍵控制點(diǎn)。關(guān)于注漿壓力的控制，我們進(jìn)行以下討論。下述討論皆由盾構(gòu)施工類比而來。首先，漿液壓力不能太大，太大的壓力超過土體

5、劈裂壓會(huì)導(dǎo)致漿液源源不斷的流逝，甚至有突出地面的可能，如右圖虹梅南路頂管漿液溢出地面。劈裂壓可由下式計(jì)算： 式中：為劈裂壓； 為土濕重度； h為隧道軸線埋深；a為隨漿液粘性和直徑比變化的系數(shù)； 為土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。因此注漿壓力P不能大于。同時(shí)，虹梅南路頂管為泥水平衡頂管，注漿壓力顯然不能大于前方泥水壓力值，否則注入的漿液將會(huì)竄到開挖面前方。因而注漿壓力值應(yīng)和前方泥水壓力基本持平?？紤]到前方泥水壓力按開挖面中心設(shè)定,因此上方及下方注漿壓力值應(yīng)在、附近: 式中：為上方注漿壓力；下為下方注漿壓力;p泥水為開挖面中心設(shè)定注漿壓力;V泥水為開挖面泥水比重;R為頂管半徑。再者，理論上注漿壓力應(yīng)略大于地層

6、土壓與水壓之和,以達(dá)到對(duì)環(huán)向空隙的有效充填，相關(guān)文獻(xiàn)表示可取為:國內(nèi)外對(duì)盾構(gòu)注漿壓力與地面沉降量之間關(guān)系的研究表明:當(dāng)注漿壓力等于隧道軸線埋深處的地層應(yīng)力時(shí),減少地層損失和地面沉降量效果的最為顯著,采用太沙基的土壓力計(jì)算方法較為合理。但是相對(duì)于頂管，此處存在幾個(gè)問題：1.太沙基土壓力計(jì)算方法在使用時(shí)假定土體并未排水，而頂管施工時(shí)要求降水至頂管底部下方最少50cm；2.不論是太沙基土壓力計(jì)算方法還是普式理論，其適用前提是巖體可以形成土壓力拱，一般而言，盾構(gòu)埋深可以達(dá)到這個(gè)深度，所以可以使用兩者，而頂管埋深較之盾構(gòu)淺。那么具體這個(gè)深度是多少呢？下面我們具體介紹一下塌落拱。該理論認(rèn)為，在一定深度開挖

7、時(shí)，隧道上方巖體可形成拱，所以隧道結(jié)構(gòu)物并非承受了其上方地面至埋深處所有土體的荷載，而是承受了一部分，此時(shí)土體荷載存在一個(gè)有效高度，并非埋深。其界定如下所述。普氏理論指出：式中：為塌落拱高度(m)；b為塌落拱的半跨度(m)；為為隧道的凈高(m)。普氏系數(shù)的取值圍巖分類（級(jí)）VI（I）V（II）IV（III）III（IV）II（V）I（VI）普氏系數(shù)5341.521當(dāng)埋深大于2倍或2.5倍塌方高度時(shí)，才能用普氏理論或太沙基公式計(jì)算。所以，計(jì)算頂管時(shí)不能使用太沙基土壓力計(jì)算方法，考慮到頂管埋深較淺（小于塌落拱高度），注漿壓力可慮直接趣取為上覆土體荷載 即將頂管視為超淺埋。若頂管埋深較超淺埋深（大于

8、塌落拱高度，小于2倍或2.5倍塌落拱高度），可以考慮謝家烋理論公式。式中：側(cè)土壓力系數(shù)；：土體計(jì)算摩擦角；：頂板土柱兩側(cè)內(nèi)摩擦角，取值表如下：圍巖級(jí)別IIIIIVVVI0.9（0.70.9）（0.50.7）（0.30.5）顯然，注漿壓力不應(yīng)小于。最后我們討論一下注漿量的問題。注漿量的確定是以盾尾建筑空隙量為基礎(chǔ),并考慮了注漿材料向土體中滲漏、超挖、地層、線路及掘進(jìn)方式等因素,以保證達(dá)到充填密實(shí)的目的。注漿量的計(jì)算公式為:Q=VT式中：V為計(jì)算空隙量；T為注漿率。式中：D為理論掘削外徑;d為管片外徑;m為盾構(gòu)推進(jìn)長(zhǎng)度。而實(shí)際上，T的取值需要考慮注漿材料的特殊性、注入壓力、土質(zhì)及施工中損失的加成系數(shù)、超挖等等情況，需以實(shí)際情況為基礎(chǔ)設(shè)定。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，上海地區(qū)注漿量的合理量為管土間隙的78倍。實(shí)際施工中靠注入速度來控制注漿量,因此需計(jì)