莫振輝

（廣西雙象建設(shè)工程有限責(zé)任公司 廣西南寧市 530029）

供熱管道頂管穿越施工對高速公路的影響分析

莫振輝

（廣西雙象建設(shè)工程有限責(zé)任公司 廣西南寧市 530029）

本文通過對來賓市河南工業(yè)園（東區(qū)）集中供熱項目管道下穿柳南高速公路頂管工程施工作業(yè)過程中可能造成的高速路面的沉降值進(jìn)行預(yù)測計算，分析頂管施工可能對柳南高速公路造成的影響，并對作業(yè)安全提出相應(yīng)的安全對策措施建議。

頂管穿越；沉降；安全對策措施

1 穿越地點

來賓市河南工業(yè)園區(qū)下穿柳南高速公路頂管工程位于來賓市疏港大道（天然橋路）上跨柳南高速公路立交橋以南100m，下穿位置為柳南高速公路K1336+800～K1336+820段。頂進(jìn)管道與柳南高速公路交角為78.5°。

圖1 穿越點示意圖

2 穿越方案

2.1 穿越布置

本工程主要為來賓市廣投能源有限公司下穿柳南高速公路的4根熱力管道提供過路通道。根據(jù)熱力管道尺寸和導(dǎo)軌安裝的需要，本工程設(shè)置頂進(jìn)2根d1800（外徑2.16m）和2根d2000（外徑2.4m）的鋼筋混凝土管，4根管道平行頂進(jìn)，頂進(jìn)距離78m，管頂覆土厚度為4.9～5.17m。頂管方式采用手掘式頂進(jìn)。本工程設(shè)置頂管工作井兩個，接收井一個。

施工布置如圖2。

2.2 頂管管材

本項目頂管管材統(tǒng)一采用Ⅲ級鋼筋混凝土管，管節(jié)間為F型鋼承口連接。每根頂進(jìn)管道切土的首節(jié)端部設(shè)鋼刃腳，鋼刃腳采用16～18mm厚鋼板焊制，固定于管節(jié)端部，其外徑較管涵外壁大10mm。

根據(jù)千斤頂總頂力的計算結(jié)果，d1800和d2000混凝土管壁的容許承壓應(yīng)力分別為20MPa、20.3MPa，采用混凝土強(qiáng)度等級C50的混凝土管可以滿足要求。本設(shè)計頂進(jìn)管道采用混凝土強(qiáng)度等級為C50的Ⅲ級鋼筋混凝土頂管專用管。

圖2 頂管施工布置圖

本項目設(shè)計頂進(jìn)管道的汽車荷載等級采用公路-Ⅰ級。

表1 本項目頂管各段長及管節(jié)數(shù)量

2.3 頂管工作井、接收井設(shè)計

頂管工作井和接收井的尺寸根據(jù)頂進(jìn)管道的大小、頂管方式、覆土厚度等進(jìn)行確定，本項目設(shè)置頂管工作井2個，設(shè)置接收井1個。2根d1800的管道和2根d2000的管道分開在2個工作井中進(jìn)行頂進(jìn)。2-d1800的工作井尺寸為：8m（凈長）×9.6m（凈寬）×7.4m（凈高），2-d2000的工作井尺寸為：8m（凈長）×10.2m（凈寬）×7.4m（凈高）；接收井尺寸為：5m（凈長）×22.4m（凈寬）×7.4m（凈高）。

工作井底板及井壁不僅是承受土壓力的擋板，而且也是作為頂推設(shè)備的工作面，需要一定的承壓和抗彎強(qiáng)度，根據(jù)井側(cè)土壓力的模擬計算以及頂進(jìn)時千斤頂?shù)捻斄τ嬎憬Y(jié)果，本項目設(shè)計工作井底板和井壁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，工作井底板厚度為50cm，四周井壁厚度為80cm，混凝土強(qiáng)度等級采用C30，抗?jié)B等級采用P8。

3 工程特點

柳南高速公路1999年建成通車，設(shè)計車速120km/h，路基寬28m，中間分隔帶寬3.0m，路肩寬10.0m，水泥混凝土路面寬15.0m。該公路是廣西高速公路網(wǎng)的重要組成部分，貫穿廣西經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的中部地區(qū)，是溝通廣西南部和北部地區(qū)的運(yùn)輸大動脈，也是連接川、滇、黔、湘、桂等五省的交通要道，是溝通中西部地區(qū)與東部地區(qū)的通道之一。

本工程施工中存在主干道交通量大、施工中無法中斷交通、穿越施工規(guī)模大等特點。一旦頂管施工過程中造成路面沉降過大，極易引起嚴(yán)重的交通事故。

4 頂管施工可能造成的路面沉降計算

本工程頂管作業(yè)區(qū)主要在高速公路下，管壁四周主要是原高速公路的路基填土，高速公路路基主要為素填土，素填土呈紅褐色、黃褐色，稍濕，稍密，主要由粘性土及風(fēng)化粉砂巖、礫巖碎塊組成，通車多年，路基填土已基本壓緊密實，但是由于不是天然土體，管道開挖與頂進(jìn)過程中，由于頂進(jìn)速度不協(xié)調(diào)、頂進(jìn)方向的誤差以及開挖控制的不準(zhǔn)確，實際開挖的土層大于套管的實際體積，從而形成實際開挖土層的超挖。超挖量較大時，套管外周與巖層產(chǎn)生較大的空隙，在車輛荷載作用及上層土體重新固結(jié)作用下，里面將會出現(xiàn)沉降。

為此，對頂管施工中可能造成的高速路面的沉降值進(jìn)行預(yù)測計算，為施工過程超挖量控制提供依據(jù)。

4.1 計算公式

采用目前工程中普遍采用的地面沉降估算公式對本項目頂管施工中可能造成的高速路面的沉降值進(jìn)行預(yù)測計算，公式如下：

式中：Smax——管道軸線上方的最大地面沉降量（m）；

V1——管道單位長度的土體損失量（m3/m），通常采用挖掘面面積的百分率來估算土體損失的大小，另η為土體損失百分率，則V1= пr2η，п為3.14，r值D1800管為1.1m、D2000管為1.2m，η取值與管道所處層位的土體性質(zhì)和施工工藝技術(shù)有關(guān)，自穩(wěn)定性差越差、越易流失的土取值越大，施工過程中人員超挖量越大取值亦越大；

i——地面沉降槽寬度系數(shù)（m），其經(jīng)驗公式為：

式中：

H——頂管埋置深度（m），D1800管為5.17m、D2000管為4.9m；

φ——土的內(nèi)摩擦角，本項目為粘土，取經(jīng)驗值11.3°。

4.2 計算結(jié)果

根據(jù)以上公式，對本項目D1800、D2000兩種管道施工過程中可能造成的高速路面的沉降值進(jìn)行預(yù)測計算，計算結(jié)果如表2所示。

表2 管道軸線上方的最大地面沉降量

由表2可知，土體損失百分率越大則管道軸線上方的最大地面沉降量就會越大，對路面交通安全的影響越大，根據(jù)《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》（CECS246：2008）的相關(guān)規(guī)定頂管造成的公路地面沉降量應(yīng)小于或等于20mm，因此，本工程施工過程中人員超挖量必須嚴(yán)格控制在3%以內(nèi)，否則會對影響高速公路安全運(yùn)行。

圖3

5 建議采取的安全對策措施

為嚴(yán)格控制高速公路沉降量，保證工程施工過程中行車安全，需采取以下措施：

（1）施工中應(yīng)精心操作，控制挖土與頂進(jìn)的量與速度，避免土體超挖，使挖土與頂進(jìn)始終處在動態(tài)平衡狀態(tài)?？闪繙y每頂進(jìn)1m所挖出的土方量，進(jìn)尺與挖土量應(yīng)相當(dāng)，以控制沉降。

（2）施工期間，應(yīng)根據(jù)審批的施工安全應(yīng)急預(yù)案對高速公路的路基、路面的下沉進(jìn)行隨時動態(tài)監(jiān)控，當(dāng)路面沉量超過10mm時，應(yīng)停止作業(yè)，鉆孔取樣檢查土體孔隙比變化。

（3）施工單位開工前，應(yīng)辦理相關(guān)的開工手續(xù)，如與高速公路的權(quán)屬單位以及其他管理單位簽定相關(guān)協(xié)議、辦理開工許可證等。

（4）施工單位應(yīng)當(dāng)遵守有關(guān)設(shè)計、技術(shù)規(guī)程、驗收規(guī)范、國家規(guī)定進(jìn)行施工；頂管相關(guān)工作人員須接受專業(yè)培訓(xùn)持證上崗。

（5）施工單位應(yīng)熟悉高速公路搶修程序，準(zhǔn)備好高速公路搶修所需要的各種工具。

（6）施工過程中為防止高速公路出現(xiàn)交通安全事故，嚴(yán)格按照高速公路施工路段設(shè)置警示標(biāo)志，根據(jù)需要在該路段前后提前設(shè)置臨時限速標(biāo)志，在頂管前后200m內(nèi)保持勻速行駛。

（7）施工完成后，施工單位應(yīng)及時清理施工場地、恢復(fù)高速公路原有設(shè)施及草木綠化等。

TU990.3

A

1004-7344（2016）24-0162-02

2016-8-11

莫振輝（1981-），男，工程師，本科，主要從事電力、公路、化工等行業(yè)建設(shè)項目安全設(shè)施設(shè)計、安全評價及與安全相關(guān)的咨詢服務(wù)工作。