【摘 要】依托揚(yáng)子江大道綜合管廊工程頂管法施工段，分析了頂管掘進(jìn)機(jī)施工報(bào)表和地表最終沉降數(shù)據(jù)，提出控制地表沉降變形的有效措施，研究結(jié)果表明：施工前根據(jù)規(guī)范求出的頂力值因未考慮注漿影響較實(shí)測(cè)值偏大，但可根據(jù)計(jì)算值布置中繼間，頂進(jìn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)測(cè)頂力值決定中繼間啟用與否；頂進(jìn)過(guò)程中一旦頂力過(guò)大則需要降低頂速或加注觸變泥漿，由上坡轉(zhuǎn)為下坡頂進(jìn)時(shí)需要適當(dāng)降低頂速；頂管機(jī)正面上下方土壓力受漿液流動(dòng)影響較大，施工過(guò)程中需要設(shè)置合理的注漿量及注漿壓力；頂進(jìn)過(guò)程中需要密切注意矩形頂管機(jī)掘進(jìn)軸線的控制，做到隨偏隨糾，且單次糾偏量不宜過(guò)大。

【關(guān)鍵詞】矩形頂管； 變坡度； 沉降控制

【中圖分類(lèi)號(hào)】U455.47【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

0 引言

21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)城市化不斷推進(jìn)，頂管法作為一種新型非開(kāi)挖施工工藝在本世紀(jì)得到了快速發(fā)展，其中矩形頂管相比圓形頂管可以提高約20%的空間利用率［1］，而合理控制施工參數(shù)能夠減小頂管施工引起的土體擾動(dòng)和地層沉降。許有俊等［2］以包頭市經(jīng)三路地下管廊頂管隧道為工程背景，對(duì)頂進(jìn)過(guò)程中不同位置的刀盤(pán)實(shí)測(cè)扭矩變化規(guī)律及扭矩配置問(wèn)題進(jìn)行研究。李才波［3］依托哈爾濱軌道交通地鐵2號(hào)線某車(chē)站頂管工程，總結(jié)泥水平衡式頂管掘進(jìn)機(jī)在高寒地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)。鮑永亮等［4］針對(duì)上海軌道交通六號(hào)線浦電路車(chē)站3號(hào)出入口矩形頂管施工實(shí)例進(jìn)行分析研究，介紹了軟土地層頂管法頂管出洞、正常頂進(jìn)、頂管進(jìn)洞等階段施工技術(shù)。Peng Z等［5］依托拱北隧道項(xiàng)目，交代了曲線鋼頂管施工過(guò)程中遇到頂進(jìn)軸線偏差、頂力過(guò)大、管節(jié)接頭不良等問(wèn)題時(shí)的處理辦法。Piriyakul K等［6］介紹了頂管法過(guò)河隧道的施工技術(shù)和過(guò)程，重點(diǎn)介紹了下沉頂進(jìn)的施工重點(diǎn)。然而，目前缺乏下穿富水軟弱地層變坡度頂進(jìn)的矩形頂管施工控制的研究。針對(duì)這一較為缺乏的領(lǐng)域，本文以揚(yáng)子江大道綜合管廊工程為例，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。根據(jù)頂管掘進(jìn)機(jī)施工報(bào)表和地表最終沉降數(shù)據(jù)，優(yōu)化各類(lèi)施工參數(shù)。最終，提出下穿富水軟弱地層變坡度頂進(jìn)的矩形頂管施工的變形工程控制方案，旨在為類(lèi)似工程的建設(shè)提供參考。

1 工程概況

1.1 工程概述

本文依托揚(yáng)子江大道綜合管廊工程開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該工程位于江蘇省南京市河西地區(qū)揚(yáng)子江大道東側(cè)下方，采用頂管法掘進(jìn)施工。其中頂管機(jī)采用大刀盤(pán)土壓平衡式矩形頂管，總長(zhǎng)度為211 m，從126 m至144 m以3.5%的坡度上坡頂進(jìn)，144 m后以1.3%的坡度下坡頂進(jìn)，頂管軸線絕對(duì)標(biāo)高圖如圖1所示。

1.2 工程地質(zhì)概況

本文采用矩形頂管施工，其中頂管掘進(jìn)的土層分布如圖2所示，其相關(guān)土層的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如表1所示。在頂管頂進(jìn)過(guò)程中，從始發(fā)井至65 m以?xún)?nèi)穿越粉質(zhì)黏土夾粉砂層，剩余頂進(jìn)過(guò)程主要穿越淤泥質(zhì)黏土層。

1.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

本文的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示，垂直于軸線方向的監(jiān)測(cè)點(diǎn)每排布設(shè)6個(gè)，同一排各監(jiān)測(cè)點(diǎn)間隔2.5 m，各排監(jiān)測(cè)點(diǎn)間隔5 m，共布設(shè)46排276個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在施工過(guò)程中，使用NA2水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量位置從始發(fā)井到機(jī)頭開(kāi)挖面后10 m。頂管機(jī)每掘進(jìn)1節(jié)管節(jié)使用水準(zhǔn)儀測(cè)量3次。值得注意的是，為了保證工程安全及數(shù)據(jù)的連續(xù)性，在沉降發(fā)生較大變化時(shí)，通常會(huì)加大測(cè)量頻率。

2 變坡度段頂管機(jī)施工報(bào)表數(shù)據(jù)分析

2.1 頂力隨頂程變化

頂管頂進(jìn)到126 m后的頂力隨頂程變化曲線如圖4所示，頂力隨頂程增加大體呈波動(dòng)式增加的趨勢(shì)，其中150 m左右頂力先略微減小后大幅增加，分析其原因?yàn)樯掀马斶M(jìn)阻力較大，掘進(jìn)機(jī)到達(dá)最高點(diǎn)后轉(zhuǎn)為下坡頂進(jìn)，此時(shí)頂進(jìn)阻力減小，頂力也隨之減小，本著“逢小可快、遇大則慢”的頂速控制原則，此時(shí)加大頂速?gòu)亩痦斄Υ蠓黾?，施工人員意識(shí)到這點(diǎn)后降低了頂速因而160 m左右頂力有所回落。

施工前選取使用較為廣泛的理論公式和經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)估施工過(guò)程中的頂推力，其中理論公式選自DG/TJ08-2049-2016《頂管工程施工規(guī)范》［7］：

P=2B+hLfs+Pf

式中：B為頂管機(jī)機(jī)頭寬度，h為頂管機(jī)機(jī)頭高度，L為頂程，fs為管道外壁與土的平均摩擦力，Pf為頂管機(jī)迎面阻力。

經(jīng)驗(yàn)公式選自《現(xiàn)代頂管施工技術(shù)及工程實(shí)例》［8］中考慮減摩泥漿套作用的上海市經(jīng)驗(yàn)公式：

P=2ksB+hL

式中：ks為采用觸變泥漿后的單位面積頂力系數(shù)，B為頂管機(jī)機(jī)頭寬度，h為頂管機(jī)機(jī)頭高度，L為頂程。

兩者得出的頂力最大值分別為4 943.7 t和4 968 t，對(duì)比實(shí)測(cè)頂力最大值為3 250 t，分別為理論公式的66%和經(jīng)驗(yàn)公式的65%，這說(shuō)明實(shí)際施工中通過(guò)控制各施工參數(shù)、注入觸變泥漿以及加入中繼間等措施，頂力值得到了良好的控制。

2.2 正面土壓力隨頂程變化

圖5反映了變坡度頂進(jìn)期間掘進(jìn)機(jī)正面上下方土壓力值隨頂程的變化，下方土壓力值在0.16～0.3 MPa之間波動(dòng)，上方土壓力值大小介于0.1～0.2 MPa之間波動(dòng)。前者大小受注漿影響很大，在150 m左右由于頂力值大幅增加，施工方在降低頂進(jìn)速度的同時(shí)采取了加注觸變泥漿的措施，漿液因注漿壓力及重力作用積聚于頂管底部因而增大了頂管下方的土壓力，上方土壓力略有增加但受影響不大。195 m左右由于停工一天未注漿導(dǎo)致上下方正面土壓力出現(xiàn)同步減小的趨勢(shì)，下方土壓力減小幅度較大。

2.3 高程糾偏量隨頂程變化

由圖6可知變坡度段單次上糾偏最大值為82 mm，出現(xiàn)在140 m頂程附近，單次下糾偏最大值為42 mm，出現(xiàn)在167 m頂程附近，上下糾偏最大值均小于單次高程糾偏控制值100 mm，變坡度段84.5 m頂程中單次平均糾偏量為8.99 mm，達(dá)到了隨偏隨糾且糾偏量不宜過(guò)大的控制要求。

3 變坡度段施工控制效果分析

頂管于2月22日頂進(jìn)結(jié)束，圖7展示了變坡度段該日所有測(cè)點(diǎn)的沉降量。為了研究變坡度段施工控制效果，圖7還展示了3月14日和3月17日所有測(cè)點(diǎn)的變形情況。由圖7可知，在3月14日，其變形與2月22日相差約為5 mm，產(chǎn)生了較大的變形。而3月14日和3月17日的變形不超過(guò)0.5 mm，這說(shuō)明頂進(jìn)結(jié)束后3周左右時(shí)間固結(jié)次固結(jié)沉降速率放緩，變坡度段地表沉降最大值為13 mm，位于135 m左右，并未達(dá)到施工控制標(biāo)準(zhǔn)（表2）中的地表沉降預(yù)警值15 mm，說(shuō)明該頂管施工中采用的一系列地表沉降控制措施效果良好。

4 矩形頂管變坡度下穿富水軟弱地層的施工沉降控制措施

本文依托實(shí)際工程案例開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，依據(jù)實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工操作，得出矩形頂管變坡度下穿富水軟弱地層的施工沉降控制措施有：

（1）施工前需要通過(guò)規(guī)范或經(jīng)驗(yàn)公式合理預(yù)估頂進(jìn)過(guò)程中所需的最大頂力，決定中繼間的布置情況，頂進(jìn)過(guò)程中密切關(guān)注頂力變化，在實(shí)測(cè)頂力達(dá)到中繼間最大頂力的80%時(shí)加入中繼間，并視頂力變化的實(shí)際情況決定開(kāi)啟中繼間與否。

（2）頂管機(jī)由上坡轉(zhuǎn)向下坡頂進(jìn)時(shí)，不能因?yàn)橥ㄟ^(guò)最高點(diǎn)后頂進(jìn)阻力減小引起頂力減小后立即增大頂速，“逢小可快、遇大則慢”的頂速控制原則在頂進(jìn)坡度改變時(shí)需要慎用，一旦頂力過(guò)大則需要降低頂速或加注觸變泥漿。

（3）在頂管機(jī)的掘進(jìn)過(guò)程中，需要及時(shí)關(guān)注其掘進(jìn)軸線，在每節(jié)掘進(jìn)完成后，需要進(jìn)行機(jī)頭的姿態(tài)測(cè)量。一旦測(cè)量發(fā)現(xiàn)頂管機(jī)發(fā)生了姿態(tài)的偏移，需要及時(shí)進(jìn)行糾偏，且為了避免土體產(chǎn)生較大的擾動(dòng)及頂管管節(jié)產(chǎn)生張角，其糾偏量不能過(guò)大。此外，由于矩形頂管機(jī)對(duì)對(duì)管道的橫向水平要求較高，在其掘進(jìn)過(guò)程中需要嚴(yán)格把控機(jī)頭的轉(zhuǎn)角，一旦出現(xiàn)微小轉(zhuǎn)角，應(yīng)立即采取刀盤(pán)反轉(zhuǎn)、加壓鐵等措施回糾。

（4）在頂管的管道外壁壓注觸變泥漿形成泥漿套，可以有效減少土體與管道間摩阻力，并且為土體提供一定支撐作用。為了保證泥漿的有效性，在施工期間要求泥漿不失水，不沉淀，不固結(jié)，壓漿時(shí)必須遵循“先壓后掘、隨掘隨壓、及時(shí)補(bǔ)漿”的原則并設(shè)定合理的注漿量與注漿壓力。

（5）大斷面矩形頂管機(jī)前端阻力較大，在實(shí)際工程中每次拼裝管節(jié)或加墊塊，主頂油缸一回縮，機(jī)頭和管節(jié)仍會(huì)一起后退20Symbol～A@30 cm，此時(shí)機(jī)頭和前方土體間的土壓平衡受到破壞，路面沉降量難以得到控制。本工程采取特有的止退裝置，可有效阻止管節(jié)的后退以此避免帶來(lái)的土體沉降問(wèn)題。

5 結(jié)論

本研究以揚(yáng)子江大道綜合管廊工程為基礎(chǔ)，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，旨在探究矩形頂管在變坡度下穿越富水軟弱地層時(shí)的施工沉降控制。通過(guò)分析實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)的操作經(jīng)驗(yàn)，得出結(jié)論：

（1）施工前根據(jù)規(guī)范求出的頂力值因未考慮注漿影響而較實(shí)測(cè)值偏大，但可根據(jù)計(jì)算值布置中繼間，頂進(jìn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)測(cè)頂力值再?zèng)Q定中繼間啟用與否。

（2）頂進(jìn)過(guò)程中頂速、注漿可以起到調(diào)控頂力大小的作用，一旦頂力過(guò)大則需要降低頂速或加注觸變泥漿，由上坡轉(zhuǎn)為下坡頂進(jìn)時(shí)需要適當(dāng)降低頂速。

（3）頂管機(jī)正面上下土壓力受漿液流動(dòng)影響較大，施工過(guò)程中需要設(shè)置合理的注漿量及注漿壓力，壓漿時(shí)必須遵循“先壓后掘、隨掘隨壓、及時(shí)補(bǔ)漿”的原則。

（4）矩形頂管機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中需要密切注意掘進(jìn)軸線的控制，做到隨偏隨糾，且糾偏量不宜過(guò)大，以免土體出現(xiàn)較大擾動(dòng)及管節(jié)間出現(xiàn)張角。

參考文獻(xiàn)

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［8］ 葛金科， 沈水龍， 許燁霜. 現(xiàn)代頂管施工技術(shù)及工程實(shí)例［M］. 北京，中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2009.

［作者簡(jiǎn)介］楊金超（1988—），男，本科，工程師，從事市政工程深基坑開(kāi)挖施工研究工作。