復(fù)雜環(huán)境下大斷面矩形頂管法施工及沉降控制研究

李通

摘 要：針對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)其大斷面矩形頂管施工進(jìn)行分析，并提出行之有效的地表沉降控制措施，旨在為工程施工及地表沉降的控制和其它類(lèi)似工程項(xiàng)目大斷面矩形頂管施工提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大斷面矩形頂管法;地表沉降;沉降控制

伴隨現(xiàn)代化城市快速發(fā)展，地下建設(shè)工程的規(guī)模和數(shù)量都在不斷增加，在這種情況下，工程建設(shè)可能對(duì)環(huán)境造成的影響或破壞逐漸引起更多人的關(guān)注。明挖工程會(huì)對(duì)城市范圍內(nèi)的交通、建筑物與環(huán)境都帶來(lái)很大的不利影響，但暗挖能將這一不利影響降到很低的程度。然而，對(duì)埋深相對(duì)較小的工程而言，暗挖法存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，相比之下頂管法更加適用。頂管法不僅成本低、周期短，而且對(duì)環(huán)境的影響很小，不容易發(fā)生安全事故。小斷面頂管在我國(guó)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但大斷面矩形頂管還未能得到廣泛應(yīng)用。與圓形或馬蹄形的斷面相比，矩形斷面能提高使用面積，增大使用效率，優(yōu)越性明顯，但施工中不容易形成卸荷拱，會(huì)產(chǎn)生很大的地表沉降，對(duì)道路和其它建筑等設(shè)施的安全造成影響。因此，施工中必須控制土層擾動(dòng)，進(jìn)而減少沉降。

1 工程概況

揚(yáng)子江大道快速化改造工程項(xiàng)目研究范圍北起下關(guān)大橋引橋，南至楊子江大道與河西大街交叉口，全長(zhǎng)約8.0 km，項(xiàng)目全線配套實(shí)施綜合管廊。全線工程實(shí)施范圍起點(diǎn)為揚(yáng)子江隧道南接地點(diǎn)K0+920，終點(diǎn)為河西大街與揚(yáng)子江大道的交叉口K7+985，實(shí)施范圍全長(zhǎng)約7.1 km，綜合管廊全長(zhǎng)7.2 km。全線節(jié)點(diǎn)改造（除定淮門(mén)大街）方案以主線下穿為主，全線設(shè)置輔道+慢行系統(tǒng)，通過(guò)增設(shè)過(guò)街地道（或人行天橋）滿(mǎn)足部分被交道路、行人及非機(jī)動(dòng)車(chē)過(guò)街需求。全線管廊同步實(shí)施。該工程項(xiàng)目的環(huán)境條件較為復(fù)雜，主要表現(xiàn)為地下管線眾多，下穿既有通行道路揚(yáng)子江大道?，F(xiàn)結(jié)合該工程項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)其大斷面矩形頂管法施工和沉降控制做如下深入分析。

2 大斷面矩形頂管法施工

（1）因矩形頂管頂進(jìn)施工對(duì)連續(xù)性有很高要求，所以在穿越之前應(yīng)徹底檢查全套機(jī)械設(shè)備，確保機(jī)械設(shè)備在掘進(jìn)過(guò)程中保持良好性能，使施工順利完成。

（2）機(jī)頭在進(jìn)出洞加固區(qū)中穿越時(shí)，加固區(qū)中土體強(qiáng)度相對(duì)較高，可能會(huì)對(duì)在螺旋機(jī)的出土造成影響，對(duì)此可以在刀盤(pán)上增設(shè)注漿孔，按照實(shí)際需要通過(guò)注漿孔不斷向機(jī)頭的前方灌注漿液或清水，然后通過(guò)刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)前方土體進(jìn)行均勻攪拌，使出土保持順暢。

（3）對(duì)掘進(jìn)過(guò)程中的糾偏量進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡可能減小對(duì)正面土體造成的擾動(dòng)，特別是在穿越重要管線時(shí)，應(yīng)盡可能少糾偏，用于減小或避免對(duì)正上方管線造成影響;在掘進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行的糾偏應(yīng)適時(shí)，通常在頂管機(jī)上、下行偏離軸線30 mm前動(dòng)作，嚴(yán)格遵循勤測(cè)勤糾的基本原則，防止一次性糾偏過(guò)量導(dǎo)致曲線突變。

（4）施工頂進(jìn)速度不能過(guò)快，通常需按照15 mm/min左右嚴(yán)格控制，并保持在均衡的狀態(tài)，注意不可在中途長(zhǎng)時(shí)間中斷。

（5）穿越時(shí)，應(yīng)使壓漿保持連續(xù)與均勻，確保產(chǎn)生的建筑空隙能被立即充填，必將按照沉降實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行，確保通道上部土體始終保持穩(wěn)定。

（6）有效解決頂管機(jī)機(jī)頭旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題，對(duì)頂管機(jī)中部大刀盤(pán)實(shí)施反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)兩個(gè)螺旋輸送機(jī)實(shí)際出土量進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保頂管機(jī)總體力矩保持平衡。

（7）為避免偏移現(xiàn)象的發(fā)生，在左線通道達(dá)到貫通之后，應(yīng)立即對(duì)其預(yù)應(yīng)力鋼索進(jìn)行張拉，確保管廊形成一個(gè)整體。充分利用在管節(jié)上預(yù)留的打泥孔，在頂進(jìn)時(shí)如果產(chǎn)生偏移，立即壓入膨脹土漿液，并對(duì)偏位進(jìn)行調(diào)整，使其處在可以控制的范圍。

（8）在掘進(jìn)完成后，應(yīng)立即將管節(jié)上的注漿孔打開(kāi)，并壓入水泥漿對(duì)管道外部觸變泥漿進(jìn)行置換，以此避免觸變泥漿發(fā)生泌水后導(dǎo)致地表沉降。

3 沉降分析與控制

在頂管軸線上方隨機(jī)選取三個(gè)具有代表性的點(diǎn)進(jìn)行分析，記錄推進(jìn)至12 m處、18 m處與24處的縱向變形。結(jié)果表明，測(cè)點(diǎn)前方土體發(fā)生隆起，而后方發(fā)生沉降。推進(jìn)時(shí)，無(wú)論是隆起還是沉降，其最大值都伴隨開(kāi)挖進(jìn)尺不斷增加而向前移動(dòng)。沉降的最大值不斷累積，從8.3 mm累積至17.5 mm，和開(kāi)挖面之間的距離從0.5倍開(kāi)挖斷面寬度增加至1.5倍開(kāi)挖斷面寬度;開(kāi)挖面前方1倍開(kāi)挖斷面寬度的部位產(chǎn)生隆起，最大隆起量產(chǎn)生于開(kāi)挖面之前1.5倍開(kāi)挖斷面寬度處。

以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布置情況為依據(jù)，選擇與始發(fā)井相距5 m、15 m、25 m和35 m的斷面進(jìn)行橫向沉降分析。根據(jù)分析結(jié)果可知，橫向沉降變化曲線表現(xiàn)為將頂管軸線作為中心的正態(tài)分布，最大沉降產(chǎn)生于軸線的正上方，同時(shí)伴隨監(jiān)測(cè)點(diǎn)和開(kāi)挖面之間距離的增加，沉降值增大。

通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體情況和各項(xiàng)實(shí)際操作，提出以下能有效控制沉降的技術(shù)措施：

（1）因頂管機(jī)實(shí)際斷面尺寸大于管節(jié)，所以頂進(jìn)時(shí)頂管機(jī)的頭端正面將產(chǎn)生輕微的上抬，在頂管機(jī)整體穿越之后，能實(shí)現(xiàn)對(duì)頂部土層實(shí)際沉降量的有效控制。

（2）在頂管機(jī)前殼體頂部設(shè)置注漿套板，在管節(jié)預(yù)制過(guò)程中，于管節(jié)進(jìn)行注漿孔的預(yù)埋，使注漿孔分布在管節(jié)的整個(gè)斷面。在頂管機(jī)頂進(jìn)過(guò)程中，可采用注漿套板持續(xù)注入漿液，以此使頂管機(jī)的頂部產(chǎn)生一道均勻的漿液薄膜，并利用在管節(jié)上設(shè)置的各個(gè)灌漿孔持續(xù)注入漿液，確保管節(jié)可以在一個(gè)相對(duì)封閉的情況下頂進(jìn)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)地表沉降的有效控制。

（3）頂管機(jī)始發(fā)之后開(kāi)始試驗(yàn)性的掘進(jìn)，根據(jù)路面沉降結(jié)果選定各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，包括正面土壓力、頂進(jìn)速度、出土數(shù)量和頂力，確保土艙中的壓力始終和地層土壓及水壓處于平衡的狀態(tài)，以此使地表的實(shí)際隆起量及沉降量都處在允許范圍之內(nèi)。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)工程實(shí)際情況，提出其主通道矩形頂管施工的施工工藝流程及相關(guān)技術(shù)措施，明確施工中需要注意的要點(diǎn)和事項(xiàng)，以此可以在保證該工程頂管施工順利完成的基礎(chǔ)上，為其它類(lèi)似工程的頂管施工提供技術(shù)參考。

（2）對(duì)于地表橫向沉降變化曲線，表現(xiàn)為將頂管軸線中線作為中心的正態(tài)分布，沉降的最大值產(chǎn)生于軸線正上方，伴隨開(kāi)挖斷面的增大，沉降值也不斷變大。地表沉降橫向影響范圍為3倍開(kāi)挖斷面寬度，這一范圍內(nèi)的沉降值可以達(dá)到總沉降至少90%，在施工過(guò)程中必須對(duì)這一區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)。

（3）使頂管機(jī)的頭端小幅上抬，或在頂管機(jī)之前的殼體中設(shè)置注漿套板，或在管節(jié)整個(gè)斷面上設(shè)置注漿孔，或通過(guò)試驗(yàn)性的掘進(jìn)來(lái)確定各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，能將頂進(jìn)時(shí)的地表隆起及沉降都控制在允許范圍之內(nèi)，將由此可能對(duì)建筑造成的影響及破壞都降至最低程度。

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