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，其對企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益有著巨大的促進作用。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，同時降低了施工企業(yè)的經(jīng)濟收益。基于此，本文結(jié)合實際的工程項目，對頂管施工導(dǎo)致路面沉陷的原因以及軸線控制進行詳細的分析和探究，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

相對于市政管網(wǎng)明開挖施工，頂管施工技術(shù)具有對環(huán)境影響小，避免拆遷，特別是不影響交通等優(yōu)勢，所以它的應(yīng)用前景較為廣闊，人們對其的關(guān)注度也較高。但是，在實際的頂管施工中，還是會發(fā)生地面沉降或隆起現(xiàn)象，這對于人們的生活、周邊的環(huán)境以及工程的質(zhì)量都有著較大的影響，同時，頂管施工風(fēng)險點多，質(zhì)量控制難度大，特別是頂進線性控制等。本文結(jié)合實際工程，認真研究這些現(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、項目簡介

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，主要有中壓燃氣、自來水、10KV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

擬建場地位于天津濱海旅游區(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，受人類活動影響，表層為人工填土。本場地交通便利，地理環(huán)境優(yōu)越。

根據(jù)本次勘察資料，該場地埋深20.0m深度范圍內(nèi)，表層有少量素填土，場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。

勘探期間實測穩(wěn)定水位埋深為1.90～2.10m（相對大沽標高為1.96～2.17m），據(jù)區(qū)域資料及有關(guān)規(guī)范，本場區(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、項目監(jiān)測

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中壓燃氣、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)測內(nèi)容如下：

（1）支護結(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）觀測井水位變化。

監(jiān)測控制值表

序號

監(jiān)測項目

預(yù)警值（mm）

變化速率（mm/d）

1

支護樁頂水平位移沉降

15

2

支護樁頂垂直位移

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，本工程重點監(jiān)測為基坑及周邊道路、地下管線沉降及位移監(jiān)測。

二、頂管施工線性控制要點

1、過程監(jiān)測

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

（2）每完成一節(jié)管的頂進，應(yīng)測量一次管中心線和高程，每個接口應(yīng)測量一次，有錯口時測兩點，并形成過程文件。工作坑與接收坑貫通后，要進行最終驗收測量，確定管道的中心線和管底高程。

（3）工作井內(nèi)測量儀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受力時變形或位移的基礎(chǔ)上，應(yīng)安裝在固定基座上，以減少重復(fù)移動和調(diào)整次數(shù)。

2、過程糾偏

頂進過程中的糾偏是關(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，嚴重時可能造成管道無法頂進，造成經(jīng)濟損失，尤其是在砂層中頂進，管道有可能因為泥水過度沖刷造成頂管機機頭下沉，因此，對于頂進過程中的糾偏顯得尤為重要。

（1）在機頭和機頭工具管出洞前，即使發(fā)現(xiàn)中線和高程偏差，也盡量不要糾偏，此時機頭連接管尚處于導(dǎo)軌上，起不到糾偏效果；機頭連接管出洞后，高程和中線偏差超過要求時候，根據(jù)監(jiān)視器內(nèi)的光點位置變化趨勢進行糾偏，必須要預(yù)留一個提前量，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)光點位置有反向移動趨勢和移動速度放緩時，可將糾偏油缸縮回，停止糾偏。

（2）頂進過程中，操作人員要隨時監(jiān)測監(jiān)視器各項數(shù)據(jù)的變化，并及時記錄，在分析記錄數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行糾偏。

（3）軸線控制糾偏必須及時、連續(xù)，發(fā)現(xiàn)軸線偏移應(yīng)及時采取措施進行糾偏，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對周圍土體產(chǎn)生擾動，進而引起土體移動，直觀表現(xiàn)為地面沉降和隆起。通過對頂管頂進過程中地表沉降觀測結(jié)果顯示頂管軸線上地面垂直沉降隨著頂管機頭的推進所產(chǎn)生的規(guī)律，可分為三個階段，即頂管機頭前部變形階段、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，造成土體的擾動及地下水流失，進而造成地面沉降；泥水壓力對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滑套，頂管機設(shè)置兩套注漿系統(tǒng)，即同步注漿和補充注漿系統(tǒng)。在頂進中，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，泥漿不可避免的損失，因此過程中通過補充注漿系統(tǒng)及時補充。同步注漿和補充注漿壓力，對地面沉降或者隆起控制起著重要作用。

（3）注漿量

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

結(jié)合本工程頂進過程各項參數(shù)控制及過程監(jiān)控數(shù)據(jù)，事實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，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)錯臺破損，甚至造成頂進困難。同時，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面影響。

總而言之，通過對實際工程的論述，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、高效等優(yōu)點，有著良好的社會效益和經(jīng)濟效益，在城市建成區(qū)管線施工中有著廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

[1]世界最