牛 豐 蘇 原 周翔宇 楊 俊

(1. 中國鐵路總公司，北京 100844;2. 華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，武漢 430074)

武漢地鐵出入口頂管施工風(fēng)險(xiǎn)控制分析

牛 豐1蘇 原2周翔宇2楊 俊2

(1. 中國鐵路總公司，北京 100844;2. 華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，武漢 430074)

本文以武漢市軌道交通3號(hào)線一期工程宗關(guān)站Ⅲ、Ⅳ號(hào)出入口的實(shí)際施工情況為背景，針對(duì)施工過程中可能出現(xiàn)的各種不同的風(fēng)險(xiǎn)，并同時(shí)結(jié)合實(shí)際的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了綜合分析?？紤]到頂管施工技術(shù)在武漢市這種軟土地區(qū)還未廣泛運(yùn)用，且施工人員的頂管施工經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)這一施工技術(shù)中存在的風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行及時(shí)預(yù)防，并采取相應(yīng)的措施予以控制，顯得尤為必要，同時(shí)也為今后的類似工程提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)材料。通過對(duì)宗關(guān)站Ⅳ號(hào)出入口的頂管施工過程和實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出如下結(jié)論：(1)在施工現(xiàn)場(chǎng)不同部位布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)能有效地避免風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生；(2)Ⅳ號(hào)出入口頂管施工過程中，地表沉降量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于周邊建筑物的沉降量，且最大沉降可達(dá)58.58mm，且隨著頂管的頂進(jìn)，呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)；(3)頂管通道周邊的高架橋墩的沉降量很小，且不超過2mm，沉降值大體保持穩(wěn)定。

矩形頂管；地鐵出入口；施工監(jiān)測(cè)；風(fēng)險(xiǎn)控制

隨著科技的快速發(fā)展，越來越多的施工技術(shù)都已廣泛投入使用，頂管法是繼盾構(gòu)技術(shù)之后發(fā)展起來的一種地下空間施工技術(shù)，它不需要開挖面層，可以穿越地下管線、地面建筑物、公路、鐵路、地下構(gòu)筑物等多種障礙，由于它的各種優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被大量運(yùn)用在地下建筑領(lǐng)域，且取得了良好的成效。但對(duì)于武漢市這種軟土地區(qū)來說，特別是在地鐵出入口施工的過程中，頂管施工的運(yùn)用還不是很普及，相對(duì)于北方地區(qū)，武漢市目前只有少數(shù)幾個(gè)地鐵車站出入口是采用的頂管法施工，在土質(zhì)方面，頂管施工有其嚴(yán)格的要求。針對(duì)武漢市僅有的運(yùn)用頂管施工的車站進(jìn)行研究分析，可以為將來類似的情況提供經(jīng)驗(yàn)依據(jù)，具有重要的參考價(jià)值。

本文就針對(duì)武漢市軌道交通3號(hào)線一期工程宗關(guān)站Ⅲ、Ⅳ號(hào)出入口頂管施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，通過具體的預(yù)控措施，對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制，進(jìn)而讓施工能按照計(jì)劃進(jìn)行，同時(shí)也達(dá)到安全施工的目的。

1 工程概況

1.1 地理位置及周邊環(huán)境

宗關(guān)站Ⅲ號(hào)出入口通道下穿二環(huán)線高架橋、建一路，頂管通道結(jié)構(gòu)距離二環(huán)線橋墩最近距離0.72m。出入口頂管始發(fā)井位于建一路與解放大道交叉路口的西南象限內(nèi)的揚(yáng)子江大廈門前，頂管施工場(chǎng)地需要占用揚(yáng)子江大廈門前的人行道及解放大道兩股機(jī)動(dòng)車道。出入口頂管接收井緊臨車站主體結(jié)構(gòu)，位于二環(huán)線高架橋正下方，接收井地面在橋面下凈空4.2m。Ⅲ號(hào)出入口頂管通道施工期間，需要下穿一根φ800污水管、一根φ1 350污水管、一處強(qiáng)電管群，一個(gè)路燈桿基礎(chǔ)。

Ⅳ號(hào)出入口下穿二環(huán)線高架橋、橫跨建一路，頂管通道結(jié)構(gòu)側(cè)墻外側(cè)距離二環(huán)線橋墩最近距離3.62m。出入口頂管始發(fā)井臨近車站主體結(jié)構(gòu)，位于建一路東側(cè)半幅道路下方；頂管接收井位于建一路西側(cè)的空地內(nèi)。出入口頂管通道施工要下穿一根φ1350污水管和一根φ1000污水管、下穿一個(gè)電力方溝，電信、軍纜、信息網(wǎng)絡(luò)、信息管網(wǎng)等管線。

圖1 宗關(guān)站Ⅲ、Ⅳ號(hào)出入口平面位置圖

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

本工程擬建場(chǎng)地地貌單元屬長江Ⅰ級(jí)階地的河流堆積平原，場(chǎng)地地勢(shì)較為平坦、開闊?，F(xiàn)狀地面標(biāo)高一般為24-26m，地面略有起伏。主要由第四系全新統(tǒng)湖積淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及沖洪積粘性土及砂土構(gòu)成。上部為粘性土，下部為砂性土(含礫卵石)，呈明顯的二元沉積結(jié)構(gòu)，基巖埋深約55.0m。

Ⅲ、Ⅳ號(hào)出入口頂管通道施工范圍的地層從上往下主要為粉質(zhì)粘土(3-1-2)和粘土(3-1-3)、粘土(3-1-4)。如表1所示。

Ⅲ、Ⅳ號(hào)出入口場(chǎng)地范圍的地下水主要為上層滯水、承壓水及基巖裂隙水。

上層滯水主要賦存于場(chǎng)地上部人工填土中，主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給,水位、水量與地形及季節(jié)關(guān)系密切,但對(duì)本工程頂管通道施工影響較小。

頂管通道結(jié)構(gòu)以下約3.8m深即為42m厚的含承壓水土層粉砂夾粉質(zhì)粘土、細(xì)砂地層，根據(jù)武漢市地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，其水力受季節(jié)性影響且與漢江水位有一定水力聯(lián)系，主要受側(cè)向徑流補(bǔ)給與排泄，枯水季節(jié)水位較低，豐水雨季則較高，歷年最高承壓水水位標(biāo)高22.00m左右。頂管通道始發(fā)和到達(dá)施工期間受地下承壓水的影響較大。

圖2 頂管施工地質(zhì)縱剖面圖

2 頂管施工方案及工藝技術(shù)

2.1 頂管施工方案

宗關(guān)站Ⅲ、Ⅳ號(hào)出入口通道采用一臺(tái)b×h=6.92×4.92m的土壓平衡式矩形頂管機(jī)施工，內(nèi)襯結(jié)構(gòu)管節(jié)每節(jié)長度是1.5m，在預(yù)制廠生產(chǎn)好后拉到現(xiàn)場(chǎng)拼裝。頂管頂進(jìn)施工前先對(duì)頂管始發(fā)和接收的端頭土體采用雙重管高壓旋噴樁進(jìn)行加固，Ⅳ號(hào)出入口頂管始發(fā)井背后增強(qiáng)支撐采取在車站內(nèi)部架設(shè)臨時(shí)鋼支撐的形式。

按照現(xiàn)場(chǎng)條件，先施工Ⅳ號(hào)出入口通道，再施工Ⅲ號(hào)出入口通道，Ⅳ號(hào)出入口通道施工場(chǎng)地設(shè)在車站主體基坑附近，從緊鄰車站端往爬坡段上坡頂進(jìn)施工，Ⅲ號(hào)出入口通道施工場(chǎng)地設(shè)在揚(yáng)子江大廈門前，頂管施工從爬坡段往車站主體結(jié)構(gòu)方向下坡頂進(jìn)施工。

表1 工程地質(zhì)分層特征表

頂管通道具體施工工藝流程如圖3所示：

圖3 頂管通道施工工藝流程圖

2.2 頂管施工的技術(shù)要點(diǎn)

2.2.1 土壓平衡式頂管機(jī)

本工程頂管通道擬采用的土壓平衡矩形頂管機(jī)尺寸為JD6920×4920，它主要由切削攪拌系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、糾偏及液壓系統(tǒng)、殼體、螺旋輸送機(jī)、測(cè)量顯示系統(tǒng)、電氣操作系統(tǒng)等組成。從頂管機(jī)的正面看：由六個(gè)小刀盤組成；上下刀盤是前后錯(cuò)開的，并且在每個(gè)刀排的后方都設(shè)有攪拌棒。除了頂管機(jī)以外，其附件主要有主頂設(shè)備、注漿等，施工時(shí)可根據(jù)具體情況有選擇地取舍。

圖4 JD4920×6920mm土壓平衡式矩形頂管機(jī)立面示意圖

圖5 JD4920×6920mm土壓平衡式矩形頂管機(jī)剖面示意圖

2.2.2 土壓平衡頂管機(jī)頂進(jìn)施工概況

2.2.2.1 頂管始發(fā)段頂進(jìn)施工

頂管機(jī)頂進(jìn)始發(fā)鋼環(huán)至頂管機(jī)切口距工作井6m范圍為始發(fā)段。頂管的始發(fā)過程簡單說就是破除始發(fā)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋砼，頂管機(jī)頭經(jīng)過始發(fā)段加固區(qū)并進(jìn)入原狀土體的過程。

在破除洞圈內(nèi)的全部圍護(hù)結(jié)構(gòu)后，應(yīng)立即將機(jī)頭頂進(jìn)洞圈內(nèi)，由于正面為全斷面的水泥土，為保護(hù)刀盤，頂進(jìn)速度應(yīng)放慢。另外，可能會(huì)出現(xiàn)螺旋機(jī)出土困難，必要時(shí)可加入適量清水來軟化或潤滑水泥土。在頂管機(jī)進(jìn)入原狀土后，為防止機(jī)頭“磕頭”[5]，宜適當(dāng)提高頂進(jìn)速度，使正面土壓力稍大于理論計(jì)算值，以減少對(duì)正面土體的擾動(dòng)及出現(xiàn)地面沉降。

頂管機(jī)進(jìn)入洞門后，需檢查洞口止水裝置是否有損壞，如有損壞應(yīng)立即整修，確保泥水、漿液的不外漏。2.2.2.2 頂管正常段頂進(jìn)施工正常段頂進(jìn)施工階段，施工參數(shù)的控制工作是必不可少的。例如，土壓力采用Rankine壓力理論進(jìn)行計(jì)算：

靠近始發(fā)端位置：

p上=K0γZ1=0.632×16kN/m3×3.45m=34.89kN/m2=0.035MPa

p下=K0γZ2=0.632×16kN/m3×8.35m=84.44kN/m2=0.084MPa

靠近接收端位置：

p上=K0γZ1=0.632×16kN/m3×4.62m=46.72kN/m2=0.047MPa

p下=K0γZ1=0.632×16kN/m3×9.52m=96.27kN/m2=0.96MPa

p上：管道頂部的側(cè)向土壓力

p下：管道下部的側(cè)向土壓力

γ：土的容重

Z：覆土深度

由于此為理論計(jì)算土壓力值，只能作為土壓力的最初設(shè)定值，隨著頂進(jìn)施工，土壓力值應(yīng)根據(jù)實(shí)際頂進(jìn)參數(shù)、地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作相應(yīng)的調(diào)整。

同時(shí)，出土量也因控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。本工程管節(jié)內(nèi)鋪設(shè)16kg/m軌道，采用1臺(tái)平板車和1只3.0m3土箱出土運(yùn)輸方案。在主頂平臺(tái)上固定一臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)用作拖動(dòng)平板車的動(dòng)力。

一節(jié)管節(jié)的理論出土量為50.7m3，在頂進(jìn)過程中，應(yīng)盡量精確地統(tǒng)計(jì)出每節(jié)的出土量，力爭使之與理論出土量保持一致。

頂管在正常頂進(jìn)施工中，必須密切注意頂進(jìn)軸線的控制。由于是矩形頂管，因此對(duì)管道的橫向水平要求較高，所以在頂進(jìn)過程中對(duì)機(jī)頭的轉(zhuǎn)角要密切注意，機(jī)頭一旦出現(xiàn)微小轉(zhuǎn)角，應(yīng)立即采取刀盤反轉(zhuǎn)、加壓鐵等措施回糾。頂進(jìn)軸線偏差控制要求：高程+30mm，-50mm；水平：+50mm。

為減少土體與管道間摩阻力，保證正常頂進(jìn)，需在管道外壁壓注觸變泥漿，在管道四周形成一圈泥漿套以達(dá)到減摩效果，在施工期間要求泥漿不失水，不沉淀，不固結(jié)。

為了保證注漿效果，注漿量應(yīng)取理論值的3～5倍(考慮頂管穿越地層主要以粉質(zhì)粘土、粘土為主,其注漿時(shí)擴(kuò)散效果差)。注漿量計(jì)算式為：

V=(6.92m×4.92m-6.9m×4.9m)×1.5×

(3～5)=1.1～1.75m3

2.2.2.3 頂管接收段頂進(jìn)施工

在頂管機(jī)接收之前，接收井需施工完畢，當(dāng)頂管機(jī)頭逐漸靠近接收井時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)測(cè)量的頻率和精度，減少軸線偏差，確保頂管機(jī)能準(zhǔn)確接收。

在Ⅳ號(hào)出入口頂管機(jī)頂管機(jī)能順利進(jìn)洞的情況下，施工中采取一種叫做覆土反壓的措施來避免產(chǎn)生水土流失的現(xiàn)象。

覆土反壓施工方法大致概括為：

1)洞口加固完畢并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，將預(yù)留洞口的圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除，在接收井底板上安裝接收架；

2)在以上工作完成以后，將土分層夯實(shí)填入接收井內(nèi)，回填至預(yù)留洞口上側(cè)約1m處。

接收井覆土完成后，將頂管機(jī)緩慢頂進(jìn)接收井內(nèi)，當(dāng)首節(jié)管節(jié)與洞口一平時(shí)，應(yīng)停止頂進(jìn)，并利用管節(jié)內(nèi)注漿孔進(jìn)行水硬性漿液填充管節(jié)與洞圈的空隙。

頂管機(jī)停到設(shè)計(jì)位置，在洞門封堵、水硬性注漿完成后的一段時(shí)間后，開始設(shè)備拆除。設(shè)備拆除工作之后，便可進(jìn)行吊裝作業(yè)。設(shè)備拆除的大致的工藝流程圖如圖6。

圖6 設(shè)備拆卸工藝流程圖

2.3 頂管接口制作工藝

接口是頂管工程的關(guān)鍵部位，保證做好接口部分是頂管成敗的關(guān)鍵，因此對(duì)組成接口的每一部分都必須嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)程的要求逐一分別嚴(yán)格制作。

管節(jié)止水圈材質(zhì)為氯丁橡膠與水膨脹橡膠復(fù)合體，用粘結(jié)劑粘貼于管節(jié)基面上，粘貼前必須進(jìn)行基面處理，清理基面的雜質(zhì)，保證粘貼的效果。管節(jié)下井拼裝時(shí)，在止水圈斜面上和鋼套環(huán)斜口上均勻涂刷一層硅油，接口插入后，用探棒插入鋼套環(huán)空隙中，沿周邊檢查止水圈定位是否準(zhǔn)確，發(fā)現(xiàn)有翻轉(zhuǎn)、位移等現(xiàn)象，應(yīng)拔出重新粘接和插入。

管節(jié)與管節(jié)之間采用中等硬度的木制材料作為襯墊，以緩沖混凝土之間的應(yīng)力，板接口處以企口方式相接，板厚為15mm～18mm。粘貼前要注意清理管節(jié)的基面，確保整個(gè)環(huán)面襯墊的平整性、完好性。

管節(jié)與鋼套環(huán)間形成的嵌縫槽采用聚氨脂密封膠嵌注；在鋼套環(huán)上的兩圓筋之間嵌入遇水膨脹橡膠條，從而構(gòu)成一封閉環(huán)。頂進(jìn)結(jié)束后，管節(jié)下部的嵌縫槽采用高模量聚氨酯嵌填。

3 頂管施工過程風(fēng)險(xiǎn)控制措施

3.1 矩形頂管掘進(jìn)時(shí)土體改良措施

本工程矩形頂管通道主要穿過粉質(zhì)粘土(3-1-2)和粘土(3-1-3)、粘土(3-1-4)，在矩形頂管機(jī)掘進(jìn)中為避免產(chǎn)生刀盤結(jié)“泥餅”或頂管機(jī)“背土”現(xiàn)象，造成土倉土壓不穩(wěn)定以及推力增大。為了防止這種現(xiàn)象出現(xiàn)，需采取相應(yīng)的對(duì)策。針對(duì)本工程的實(shí)際情況并結(jié)合相應(yīng)的水文地質(zhì)條件，采取如下幾項(xiàng)措施：

(1)在刀盤面板上設(shè)置了6個(gè)添加劑注入孔，配置了泡沫和添加劑注入系統(tǒng)，可根據(jù)需要向開挖面添加土體改良液，改善碴土的流動(dòng)性、止水性，有利于頂管機(jī)的掘進(jìn)；

(2)在刀盤轉(zhuǎn)臂及攪拌棒的攪拌作用下能使碴土與添加材料充分?jǐn)嚢杌旌?，使碴土具有很好的流塑性，利于出土?/p>

(3)掘進(jìn)中嚴(yán)格控制土倉中土壓力值，防止由于土壓力的失穩(wěn)從而引起開挖面失穩(wěn)，引起地面沉降。

3.2 頂管施工過程控制地面不均勻沉降的措施

施工過程中根據(jù)提供的地質(zhì)資料，預(yù)先對(duì)將穿越的土層進(jìn)行充分的分析，了解穿越土層的物理及力學(xué)特性，掘進(jìn)時(shí)再比較出土實(shí)樣，這樣可以做到心中有數(shù)，施工人員能根據(jù)穿越土層的改變及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)，有利于頂管頂進(jìn)施工的正確進(jìn)行。

頂管在頂進(jìn)時(shí)要按設(shè)計(jì)要求的軸線、坡度進(jìn)行，施工過程中糾偏措施格外重要，在穿越不同土層、上下坡時(shí)都應(yīng)進(jìn)行糾偏，總的來講，糾偏過程講究幾個(gè)原則，即勤測(cè)勤糾、小角度糾偏、糾偏過程中不能大起大落。把握好這些原則之后，能保證施工的安全可靠性，且不會(huì)因?yàn)榧m偏不當(dāng)而造成地面不均勻沉降，對(duì)控制施工風(fēng)險(xiǎn)起到積極有利的作用。

頂管結(jié)束后，選用1：1的水泥漿液，通過注漿孔置換管道外壁漿液，根據(jù)不同的水土壓力確定注漿壓力，再對(duì)通道外土體進(jìn)行加固處理，防止通道在今后使用過程中產(chǎn)生不均勻沉降的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 周邊地下管線的保護(hù)措施

本工程處于交通非常繁忙的建一路下方，臨近建構(gòu)筑物較多，地下管線復(fù)雜，管線與頂管間距較近，故對(duì)于頂進(jìn)過程中的地下管線沉降控制要求較高。

在頂管施工的頂進(jìn)過程中，要嚴(yán)格控制頂管的施工參數(shù)，防止超挖、欠挖；同時(shí)在施工頂進(jìn)逐漸靠近地下管線時(shí)，頂進(jìn)速度不宜過快，一般控制在15mm/min左右；盡量做到均衡施工，避免在途中有較長時(shí)間的耽擱；同時(shí)要保持持續(xù)、均勻壓漿，一旦出現(xiàn)建筑空隙可以被迅速充填，保證通道上部土體的穩(wěn)定，從而保證了地下管線的穩(wěn)定。

在頂管頂進(jìn)靠近地下管線的同時(shí)更要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，根據(jù)監(jiān)測(cè)的反饋數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，務(wù)必確保地下管線和周邊建(構(gòu))筑物的安全。一旦出現(xiàn)問題，需要及時(shí)采取補(bǔ)救措施防止地下管線的繼續(xù)沉降，務(wù)必把施工風(fēng)險(xiǎn)減小到最小，讓管線及建(構(gòu))筑物的沉降控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)，確保施工及周邊環(huán)境的安全。

3.4 漏水及洞門塌方應(yīng)急措施

為了防止漏水及洞門塌方事件的發(fā)生，可采取以下預(yù)控措施：

(1)在始發(fā)井端頭、頂管棄殼處及接收豎井端頭進(jìn)行加固，并采用雙重管高壓旋噴樁施工；

(2)在頂管始發(fā)前，對(duì)旋噴樁材料進(jìn)行檢查、試驗(yàn)，嚴(yán)格控制其各項(xiàng)施工參數(shù)，并且根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況和旋噴情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，保證洞門打開后土體具有良好的自立性和止水性；

(3)為確保頂管始發(fā)時(shí)土體不塌方，在洞門鉆孔灌注樁鑿除前對(duì)洞門的滲水情況及土體變形進(jìn)行檢查，做到心中有數(shù)，在滿足安全的情況下，再進(jìn)行洞門的破除；

(4)洞門鑿除前，必須將始發(fā)井的洞門止水裝置安裝完畢，洞圈下部用砂或泥土進(jìn)行填充，高度與鐵枕持平，這樣可以起到隔水堵砂的作用。接收豎井同樣安裝洞門止水裝置，有利于預(yù)防滲水事故的發(fā)生；

(5)在頂管始發(fā)、接收的每一個(gè)端頭，兩側(cè)各打設(shè)一口降水井，在頂管始發(fā)及到達(dá)施工時(shí)將地下水位降低至開挖面底部以下。

4 施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1 監(jiān)測(cè)方案

監(jiān)測(cè)的目的在于掌握施工過程中各種可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)分析、處理監(jiān)測(cè)所反饋的信息，并根據(jù)監(jiān)測(cè)信息指導(dǎo)施工，調(diào)整頂進(jìn)參數(shù)，確保周邊環(huán)境的安全，保證整個(gè)工程安全順利地進(jìn)行。

就宗關(guān)站Ⅳ號(hào)出入口而言，頂管施工期間的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目理論上主要為鉆孔樁頂沉降及水平位移、支撐軸力與應(yīng)變、土體側(cè)向變形、地表沉降、鉆孔樁體變形、地下水位、鉆孔樁主筋應(yīng)力、建筑物裂縫寬度、土壓力、水壓力、建筑物沉降與傾斜，共計(jì)11個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

圖7 Ⅳ號(hào)出入口部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

不同的施工時(shí)期，監(jiān)測(cè)頻率也不同，當(dāng)量測(cè)結(jié)果出現(xiàn)反?；蛭ｋU(xiǎn)信息時(shí)，應(yīng)立即采取緊急處理措施，加大量測(cè)頻率，必要時(shí)停止施工，做好相關(guān)的防范工作，避免出現(xiàn)意外。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

由于宗關(guān)站Ⅳ號(hào)出入口所布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量之多，在此就取兩種比較典型的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目即地表沉降和周邊建筑物沉降[4]來說明具體問題。

4.2.1 地表沉降影響分析

分別取Ⅳ號(hào)出入口3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來說明其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[6]，具體取2014年9月1號(hào)到2014年10月26日這一時(shí)間段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來做匯總[7]。其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)DM02和DM11構(gòu)成第一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面；監(jiān)測(cè)點(diǎn)DM02-01和DM11-01構(gòu)成第二個(gè)監(jiān)測(cè)斷面；監(jiān)測(cè)點(diǎn)DM02-03和DM11-03構(gòu)成第三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。相應(yīng)的監(jiān)測(cè)斷面地表累計(jì)沉降變化情況分別如下圖所示：

此時(shí)間段的監(jiān)測(cè)頻率大致為1次/3天，通過數(shù)據(jù)反映的情況，各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的累計(jì)沉降量呈現(xiàn)逐漸增加狀態(tài)，且越過負(fù)絕對(duì)臨界值(24mm)。頂管在2014年9月13日左右始發(fā)，在2014年10月13日前后頂進(jìn)完成，由監(jiān)測(cè)平面布置圖看出，頂管在頂進(jìn)的過程中，會(huì)依次通過第一、第二、第三監(jiān)測(cè)斷面，且地表沉降的程度受其頂管頂進(jìn)的影響較大。

圖8 第一監(jiān)測(cè)斷面地表累計(jì)沉降時(shí)序曲線圖

圖9 第二監(jiān)測(cè)斷面地表累計(jì)沉降時(shí)序曲線圖

圖10 第三監(jiān)測(cè)斷面地表累計(jì)沉降時(shí)序曲線圖

由圖8、圖9、圖10看出：頂管在2014年9月13日左右始發(fā)之后，第一監(jiān)測(cè)斷面沉降量逐漸增加，且大體上保持遞增狀態(tài)；大概在2014年9月17日，第二監(jiān)測(cè)斷面累計(jì)沉降量開始大幅度增加，且隨著頂管的頂進(jìn)距離的增大而增大；在2014年9月22日前后，第三監(jiān)測(cè)斷面才開始有較大幅度的沉降，且之后同樣隨著頂管的頂進(jìn)，累計(jì)沉降量逐漸增大。

由此得知，3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面發(fā)生較大的沉降的時(shí)間點(diǎn)并不一樣，且從實(shí)際情況來看，此3個(gè)時(shí)間點(diǎn)正好與頂管到達(dá)對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)斷面的時(shí)間大體上相吻合，即頂管到達(dá)某一監(jiān)測(cè)斷面時(shí)，此斷面才開始發(fā)生較大規(guī)模的沉降。

通過對(duì)這一實(shí)際情況進(jìn)行分析，可以歸納如下幾點(diǎn)原因：

(1)由于頂管施工工藝的特殊性，其在頂進(jìn)過程中，并不能對(duì)周圍土體進(jìn)行加固處理。同時(shí)管節(jié)在一節(jié)一節(jié)頂進(jìn)的過程中，會(huì)對(duì)頂管經(jīng)過的斷面周圍土體造成持續(xù)的擾動(dòng)[1]，從而引起通道周圍的地層的松動(dòng)和下沉，引起了地表沉降；

(2)隨著頂管頂進(jìn)管節(jié)數(shù)目的增多，為了減少管節(jié)與周圍土體的摩阻力，需在管道外壁壓注觸變泥漿，此觸變泥漿能引起土體的松動(dòng)，不可避免地在管節(jié)外側(cè)與周圍土體間會(huì)形成空隙，進(jìn)而引起地表沉降；

(3)隨著頂管頂進(jìn)距離的不斷增大，頂管管節(jié)周圍經(jīng)過擾動(dòng)的土體再固結(jié)[8]，會(huì)進(jìn)一步造成地表沉降量的不斷增加。

矩形頂管機(jī)在2014年10月13日左右進(jìn)洞，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)看出，在此時(shí)間點(diǎn)之后，3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的累計(jì)沉降量變化明顯減小。到10月26日，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均到達(dá)最大沉降值[3]，最大可達(dá)58.58mm。綜合實(shí)際施工時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況可知：

(1)頂管施工對(duì)其通道周圍土體影響很大，且會(huì)使其經(jīng)過斷面的土體發(fā)生持續(xù)沉降；

(2)頂管頂進(jìn)完成之后，對(duì)其整個(gè)通道周圍土體影響較小，且累計(jì)沉降量變化相對(duì)較小。

故應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，密切關(guān)注其各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化情況，在頂管機(jī)頂進(jìn)完成后，立即做好周圍土體的加固處理，這樣在一定程度上可以相對(duì)減緩沉降量。

4.2.2 周邊建筑物沉降影響分析

再?、籼?hào)出入口周邊的一個(gè)高架橋墩的監(jiān)測(cè)點(diǎn)C05、C06、C07、C08來說明周邊建筑物[10]的沉降情況。仍然選取2014年9月1號(hào)到2014年10月26日這一時(shí)間段的數(shù)據(jù)來進(jìn)行匯總。相應(yīng)的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降變化情況如圖11所示。

此監(jiān)測(cè)點(diǎn)的負(fù)臨界值為10mm，由圖11知：此高架橋墩累計(jì)沉降量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有超過預(yù)警值[2]，其安全狀態(tài)良好，且處于一般風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；頂管施工對(duì)其周邊建筑物的影響很小，從2014年9月13日頂管始發(fā)之后到2014年10月13日前后頂管進(jìn)洞這一時(shí)間段內(nèi)，此高架橋墩實(shí)際累計(jì)沉降量變化很小，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)顯示的數(shù)據(jù)均不超過2mm。

圖11 高架橋墩累計(jì)沉降時(shí)序曲線圖

根據(jù)頂管施工工藝，及高架橋墩的地理位置情況，高架橋墩沉降量變化不大的原因主要是：

(1)高架橋墩基礎(chǔ)埋深較大，與周圍巖土體有較密實(shí)的接觸，且穩(wěn)定性較好，不易發(fā)生較大規(guī)模的沉降；

(2)由高架橋與頂管通道的地理位置可知，高架橋墩位于頂管頂進(jìn)方向的右側(cè)，其橋墩基礎(chǔ)周圍土體受擾動(dòng)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于頂管通道正上方土體，土體受影響程度很?。?/p>

故可知，頂管施工對(duì)此建筑物沉降的影響很小，可以繼續(xù)按照預(yù)定方案進(jìn)行施工。

5 結(jié)語

結(jié)合武漢市軌道交通3號(hào)線一期工程宗關(guān)站Ⅲ、Ⅳ號(hào)出入口的實(shí)際施工情況，對(duì)目前這一在武漢市還未廣泛實(shí)施的頂管施工技術(shù)進(jìn)行綜合的風(fēng)險(xiǎn)控制分析，有利于施工的正常有序進(jìn)行，同時(shí)還可以為將來類似的工程提供施工經(jīng)驗(yàn)，具有重要的指導(dǎo)意義。

通過分析得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)在施工過程中，對(duì)施工的周邊環(huán)境進(jìn)行有效的保護(hù)，對(duì)施工技術(shù)方面采取符合實(shí)際水文地質(zhì)概況的應(yīng)對(duì)措施，這樣可以對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)起到一個(gè)良好的控制作用；

(2)在施工現(xiàn)場(chǎng)不同部位埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)能有效的對(duì)其施工過程將要出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行一個(gè)很好的反饋，并能讓現(xiàn)場(chǎng)施工人員能及時(shí)采取處理措施，可以有效的避免險(xiǎn)情的發(fā)生；

(3)通過對(duì)頂管施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以了解到哪些監(jiān)測(cè)項(xiàng)目需重點(diǎn)關(guān)注。例如，頂管施工過程中頂管通道周圍的地表沉降量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于頂管通道以外建筑物的沉降量，由此需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，重點(diǎn)關(guān)注頂管通道周圍各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化情況，做好有效的防范措施；

(4)頂管在頂進(jìn)過程中，不能對(duì)管節(jié)周圍巖土體進(jìn)行有效的注漿加固處理[9]，這樣會(huì)導(dǎo)致地表持續(xù)沉降，且沉降量逐漸增大?？紤]到頂管施工這一特殊工藝，頂管施工目前在武漢市只適用于較短距離的隧道開挖，這樣可以保證在頂管頂進(jìn)結(jié)束之后，能迅速對(duì)頂管管節(jié)外側(cè)土體進(jìn)行加固處理，防止風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

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Risk Control Analysis of Metro Entrance /Exit Tunnel Constructed by Pipe Jacking Method in Wuhan

Niu Feng1, Su Yuan2, Zhou Xiangyu2, Yang Jun2

(1.ChineseRailwayCompany，Beijing100844,China； 2.SchoolofCivilEngineeringandMechanics,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)

According to practical construction case of No.3 and No. 4 entrance / exit tunnel of Zongguan station in the 1stphase of Wuhan Metro Line 3, this paper gives a comprehensive analysis of all kinds of possible emerging risks in the construction process combining the practical monitoring data. Considering that the pipe jacking construction technology has not been widely used in soft soil area like Wuhan, and the constructors lack experience of pipe jacking construction, it would be necessary to the all construction process if related personnel take some actions to prevent and control the existing risk problems in the construction technology. Meanwhile, it could also offer the valuable experiences to similar projects in the future. Through analyzing the process of pipe jacking and practical monitoring data in No. 4 entrance / exit tunnel of Zongguan station, we could draw the following conclusions : (1) Laying the monitoring points in different places of the construction site could effectively avoid the occurrence of risk; (2) During the construction process of No. 4 entrance / exit tunnel, the ground settlement is much larger than the surrounding buildings settlement,the maximum could reach 58.58 mm, and it would gradually increase with the advance of pipe jacking. (3) The settlement of the bridge pier around the tunnel constructed by Rectangular Pipe Jacking Method is very small. The settlement of the bridge pier is far less than 2mm, and the settlement value keeps stable in general.

Rectangular Pipe Jacking; Entrance/Exit Tunnel of Metro; Monitoring During Construction; Risk Control

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2014QN213)

牛豐(1978-)，男，高級(jí)工程師。主要從事土木工程施工與安全研究工作。

TU745.3

A

1674-7461(2015)02-0089-08