趙 蕾

(承德市地方道路管理處)

1 工程概況

某污水管道頂管工程分別采用2Φ1 500和2Φ1 350的雙排平行頂管施工工藝，該兩管雙排平行頂管兩排Φ1 500和Φ1 350的管中心距離分別為4.5m和4.2m，管頂覆土深度為3～9.8 m左右，平均覆土深度為6.5 m，施工中均由北向南穿越河流和現(xiàn)狀道路，且每頂距平均為140 m，施工難度大，對地面沉降要求較高。

頂管工作面的土質(zhì)為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，夾粘質(zhì)粉土。飽和、流塑，屬高壓縮性土，土的力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 土的物理力學(xué)指標

2 頂管施工技術(shù)措施

2.1 工具管的選用

針對雙排平行頂管的特殊性及穿越流塘河的安全性，首先排除手掘式和氣動式工具管。然后根據(jù)雙排頂管中心距與頂管擾動寬度相關(guān)聯(lián)的理論優(yōu)選工具管。理論上講工具管管頂擾動寬度如小于或等于兩孔中心距即為安全，即

式中:Be為管頂土體擾動寬度，m;D為工具管的等效外徑，m，對于泥水式D=D0+0.5;對于土壓式D=D0;φ為土的內(nèi)摩擦角;D0為工具管外徑。

Be，D，φ，D0如圖1 所示。

圖1 頂管截面計算簡圖

對于土壓式工具管

對于泥水式工具管

因此，本雙排平行頂管工具管選用上海給排水設(shè)計研究所設(shè)計、改裝的激光跟蹤測量多刀盤土壓平衡工具管，以確保平穩(wěn)頂進，不產(chǎn)生大幅度糾偏，以減少雙排平行頂管面的相互擠壓，實踐證明能達到預(yù)期效果。

2.2 雙排平行前后同步頂管的地層損失和沉降槽的預(yù)測

雙排平行頂管一般都需穿越已建建筑、道路或河流，對地表沉降要求較高。因此，了解頂管施工所引起的沉降和影響范圍，對施工有重大指導(dǎo)意義，這在雙排平行頂進中尤為重要。根據(jù)派克(Peck)1969年提出的地層損失概念:施工引起的地面沉降是在不排水情況下發(fā)生的，沉降的體積就等于地層損失的體積。橫向沉降槽曲線為正態(tài)分布曲線，并給出有關(guān)公式。

沉降寬度

沉降量

式中:R為管外半徑;υL%為地層損失率;z為地表至管中心埋深;υ為地層損失量;i為沉降槽寬度影響函數(shù)，i=(z/2R)0.8·R。

單孔沉降槽曲線如圖2所示。目前尚無資料對雙排沉降曲線進行描述，按派克提出的地層損失概念及有關(guān)論述提出一個假設(shè):雙排管的兩條沉降曲線的重合部分，按等面積原則，自兩管最大沉降點開始，以正態(tài)曲線繪制。

圖2 單孔沉降槽曲線

圖3 雙孔沉降槽曲線

由派克法給出的雙孔間的沉降槽曲線:

雙孔沉降槽的最大沉降量:

式中:L為雙孔中心距;δmax，i1為單孔沉降槽最大值;δmax為雙孔間最大沉降值。

從沉降檢測資料來看，該曲線是較為符合實際的。從施工結(jié)果來看，現(xiàn)狀公路因距接收井較近，且在接收井與公路間有沉井施工用的泥漿池;另外，出洞時需確保準確出洞。

2.3 減少兩管相互干擾和影響的措施及施工監(jiān)測

由于采用前后同步頂進施工法，因此，兩管前后縱距L的合理確定，對于減少兩管相互干擾及對管間土體的擾動至關(guān)重要。對于前后縱距L的估算，簡化力學(xué)模型如圖4所示。

圖4 前后縱距L的估算

在土壓平衡式工具管的施工中，其正面對土體的推力是按擴散角α=45°+φ/2向前方擴散，其縱向影響距離由(10)式確定:

按施工中控制壓力上限考慮

所以

同時，尚需考慮到前方管因糾偏所引起的側(cè)向土體的擾動。另外，由于工具管無注漿孔有摩擦剪力所引起的對側(cè)向土體的擾動程度較大，因此

式中:H為前方施工工具管管長。如果工具管后三節(jié)做剛性連接，則H應(yīng)為工具管管長與后三節(jié)混凝土管長度之和;γ為由土層性質(zhì)決定的系數(shù)，取1.5～2.0;D為工具管外徑;Pp和P0為土的被動土壓力和靜止土壓力值;lmin為雙排管前后縱距的最小值。

在流塘河雙排平行頂管工程中:

從頂進軌跡曲線來看，未發(fā)現(xiàn)有相互影響的跡象，取得了令人滿意的效果。

當(dāng)前后縱距L確定后，后側(cè)管對前側(cè)管是否有影響呢?為此，在施工中對前方管道的側(cè)面位移進行了跟蹤監(jiān)測。在前側(cè)管道內(nèi)相對與后側(cè)工具管的封板處，前后相距5 m，每節(jié)管上設(shè)立一光靶，用膨脹螺絲固定，利用施工導(dǎo)向用的激光經(jīng)緯儀進行監(jiān)測并繪制側(cè)向位移頂距曲線圖。與工具管頂進軌跡曲線相對照，未發(fā)觀超過工具管側(cè)面位移的情況。從這一方面，也說明了前后縱距L的值是合適和安全的。

3 頂管施工技術(shù)措施

3.1 頂管出洞常見問題的控制

頂管在剛出洞口時，由于洞口外沉井下沉后土體擾動，破壞了原來的土體平衡，并且洞口外地質(zhì)經(jīng)常出現(xiàn)淤泥質(zhì)軟流塑地層，承載力低;當(dāng)工具管重量超過地層承載力時，常發(fā)生頂管出洞口后，產(chǎn)生“叩頭”現(xiàn)象，導(dǎo)致頂管失敗;另外，封閉式多刀盤工具管出洞后頂進約10 m范圍內(nèi)，千斤頂回縮吊放管節(jié)時，常發(fā)生工具管“后退”現(xiàn)象，使出洞口土體遭到大范圍、大幅度沉降，造成再次推進工具管偏向，給頂管施工帶來了很大的困難。原因是工具管正面土體主動土壓力大，機頭與管壁間的磨擦系數(shù)小，在深覆土、工具管斷面大面積受力情況下，不可避免地常發(fā)生工具管出洞“后退”現(xiàn)象。

針對以上情況分析，總結(jié)如下經(jīng)驗措施。

(1)頂管出洞“叩頭”的控制措施:①出洞口處事先注漿，并輔以井點降水，提高洞外土體整體強度。②工具管出洞時，將工具管與后續(xù)硅管進行剛性連結(jié)，提高其整體穩(wěn)定性。③控制好出洞頂進速度與注漿量。

(2)頂管出洞，工具管“后退”情況的控制措施:①采用在導(dǎo)軌上焊接活動防退支架;②利用井壁兩側(cè)預(yù)埋件，架設(shè)活動斜頂撐。

3.2 雙排頂管減少擾動的措施

為了減小頂管施工對鄰近管線的擾動影響，可以采取以下控制措施。

(1)合理控制注漿工藝，做到注漿孔布設(shè)均勻，以使注漿壓力沿管道周邊均勻分布;及時補充壓漿，力求使地層與管道結(jié)構(gòu)間的縫隙始終由漿液密實充填;及時調(diào)整注漿壓力，力求使其與管段所在位置的水土壓力值相等。

(2)管道頂進速度對相鄰管道有較大影響。所以，施工中應(yīng)控制施工速度，宜每天頂進4～6節(jié)管段。

(3)合理控制掘進機的開挖量、掌子面的注漿壓力以及頂推力，使得這些因素引起的土體應(yīng)力變化達到平衡，減小施工擾動。

4 結(jié)論

在施工中嚴格控制合理的橫向、縱向間距，減少雙管相互干擾，把握住頂管施工中出洞工序這一項關(guān)鍵的工作，為城市雙排平行頂管施工積累了經(jīng)驗。隨著城市化的發(fā)展，人民生活質(zhì)量的日益提高，為減少土地占用和加快施工速度，雙排頂管的施工方法將在許多城市的地下管線工程中得到運用，有著廣闊的發(fā)展前景。

［1］朱劍鋒.雙排平行頂管施工技術(shù)探討［J］.福建建材，2007，(3).

［2］丁良平，黃金明，黃宏偉.近距離平行頂管施工監(jiān)測與技術(shù)分析［J］.地下空間與工程學(xué)報，2007，(8).

［3］魏綱，魏新江，屠毓敏.平行頂管施工引起的地面變形實測分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，(1).