摘要：随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加，加之人们对环境保护意识的增强，顶管技术在我国地下管线的施工中起到越来越重要的地位和作用。本文结合上海市虹许虹梅雨水泵站及总管新建工程项目，采取理论分析、现场监测的方法，分析顶管施工对周边土体、建构筑物和环境的影响对于施工安全很重要。
关键词：顶管；周边环境；沉降；控制措施
1 工程概况
1.1 工程简介
本工程新建规划红松路雨水排水总管采用顶管施工方法，敷设φ1000--3500雨水排水管长度约6231米，敷设DN600截流污水排水管长度约75米。
1.2 周边环境
雨水总管新建工程沿线共有7个工作坑，4个接收坑，其中大部分井位位于市政道路主干道上，基坑施工时容易造成交通拥堵。顶管施工时需穿越野奴泾、上澳塘、诸家浜三条河流以及穿越上海市中环线，其次排水管道大部分位于市政主干道下，地下管线多，周边建筑物也较多，管道顶进过程中风险性较大。
图1 规划红松路管线图
2 工程难点
工作坑、接收坑位于城市主干道或者主干道侧边上，开挖过程中变形过大将导致相邻既有建筑物、道路和地下构筑物等发生变形，引起既有建筑物倾斜受损、既有地下构筑物、道路中断等危害。
顶管管径大，最大外径达到3.5m，且地下管线较多，顶管顶进时涉及地下管线保护，顶管顶进有可能造成管线、道路沉降，一旦发生主干道路沉降，抢险需封闭道路，对社会影响极大。
3 顶管施工方案的选定
本工程顶管穿越土层为灰色淤泥质粉质粘土夹粘质粉土和灰色淤泥质粘土，拟采用一台DN3500土压平衡顶管机，土压平衡顶管掘进机适用的土质范围广，能保持挖掘面的稳定，可以使地面变形极小；但是，土压平衡顶管施工在垂直于管壁方向，由于出土的不连续性，注浆减摩所产生的注浆压力等因素，土压平衡式顶管会对管道周围的土体产生非常大的挤压力，引起较大的深层土体位移。
4 顶管施工控制措施
4.1 顶管施工前期控制措施
4.1.1 进出洞加固
为确保顶管机进出洞的安全，对后靠土体及进、出洞口区域土体进行高压旋喷桩加固。本工程基坑围护采用Φ1000钻孔灌注桩和双排Φ800高压旋喷桩，进、出洞口一侧3m范围内采用高压旋喷桩满堂加固。
图8 高压旋喷桩平面图
4.1.2 顶管机的选型
本工程采用DN3500土压平衡顶管机，是集机械、液压、电控（含PLC）、激光和测量等多科学技术于一体的先进的非开挖技术设备，刀盘开口率大，刀盘开口率为40.5%，适应于多种土壤条件。刀盘中心布置1把中心刀，盘面均布20把80双刀和80把100单刀，边缘设置8把150双刃边刀，同时增加贝壳刀。
4.1.3 顶管施工参数的确定
（1）正面土压力的确定
土压力采用Rankine压力理论进行计算：P=140KN/㎡。以上数据为理论计算值，只能作为土压力的最初设定值，随着顶进的不断进行，土压力值应根据其他实际顶进参数，地面沉降监测数据作相应的调整。
（2）顶进速度
出洞加固土体顶进阶段控制在5mm/min，加固土体与非加固土体阶段，控制在10mm/min，非加固土体阶段，控制在20mm/min。
（3）出土量
严格控制出土量，防止超挖或欠挖，正常出土量控制在理论出土量的98~100%。顶管顶进过程中，管内的出土量要与顶进的取土量一致，出土量大于取土量，会造成地面沉降，出土量小于取土量，地面会隆起。
（4）顶推力计算
根据顶力计算公式：F=F1+F2
式中：管道与土层的摩阻力F1 =πDL′f
D— 管道外径取4.14m
L′— 管道设计顶进长度，取最长47米
f— 管道外壁与土的平均摩阻力，进行触变泥浆减摩后，取3kN/m2
顶管机迎面阻力
2R1
D'— 机头外径取4.18m
γ0 — 土容重，取18（kN/m3）
H— 管中心覆土深，取平均埋深8.275m
计算出本工程的顶力为：
本工程已实施区段顶力 表3
4.2 顶管顶进过程控制措施
4.2.1 洞门止水装置
顶管井洞口有预埋钢圈，在钢圈上事先均布焊制M20螺栓，顶进施工前安装止水橡胶板和钢压板，并将压板螺丝紧固，防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内。
4.2.2 测量和纠偏
顶管施工时建立地面和地下测量控制系统，控制点设置在不宜扰动、视线清晰、方便校核的地方并加以保护，确保施工测量的精确。
由于顶管的纠偏不可避免产生土体位移，纠偏角度越大，对一侧的挤压越大，在另一侧形成空隙，这部分空隙需由上部土体来填充，从而产生土体位移，所以在施工时不可采用大角度纠偏。正常顶进时采用全站仪跟踪测量轴线及标高，主要对顶管的垂直、水平姿态进行实时监控，根据地面沉降量及时调整正面土压力、出土量、顶进速度、注浆量和压力等施工参数，在推进时遵循“勤纠、少纠、及时纠”的原则，纠偏主要通过前体的纠偏油缸进行，根据测量姿态进行微量调整。
4.2.3 触变泥浆
触变泥浆有两个作用，一个是减摩作用，另一个是控制沉降作用。我们利用触变泥浆在管节周围形成浆套减小管节外壁与地层之间的摩擦力。
（1）注浆孔的布置
本工程每个注浆断面布置6个注浆孔，管底不布置注浆孔，注浆孔需在管厂加工。为保证形成良好的泥浆套，紧跟顶管机头后的5节管节每节均布置一组注浆孔，后续每隔3节管节设置1组注浆孔，最后4节管节均设注浆孔。
（2）浆液配置
在试顶进过程中，根据实际情况进行调整，保证拌制好的的触变泥浆应满足下表要求：
浆液标准整合比表（B浆）表4
（3）注浆量
注浆主要是为了填补机头顶进后再后续管节四周产生的间隙。
机尾同步压浆：以形成原始浆套，填充机头纠偏间隙及减小管外壁摩阻力，为了确保浆套的形成，施工注浆量宜为理论量的2倍。保证首次压浆一步到位。
沿线管节补浆：因地下水作用，每顶10m管道全断面沿线补充适当浆液量，以补充管道沿线浆套缺损。。
定点压浆：根据地面沉降测量反馈数据，对沉降过大处补偿性压浆，以支承地表荷载。
施工时，在压浆口装上压力表，便于观察、控制和调节压浆压力。
4.2.4 施工监测
为了不影响地面和地下建筑物、构筑物和避免各种地下管线的干扰，必须对地面进行变形监测和对建筑物的沉降观测，观察在顶进过程中地面变形和土体的位移情况，及时采取措施。通过监测数据准确了解周边环境的沉降情况，进而调节后续顶进过程中的施工参数，进而将沉降控制在可控范围内。
4.3 顶管贯通后控制措施
4.3.1 置换注浆
顶管完成后，管道与土的孔隙及时采用水泥浆固化触变泥浆，以防后期引起地面沉降。注浆要求为：水泥强度等级42.5级新鲜普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比0.5~0.6，经过压密注浆的加固注浆压力0.3~0.5MPa，注浆流量7~10L/min。固化时利用压注触变泥浆的系统及管路进行固化。
5 结语
顶管施工周边环境的沉降控制，需根据顶管的施工顺序，在各施工阶段都必须采取相应的措施来有效减小土体的扰动。顶管施工过程是一个对周围土体的卸载和加载的过程，它对环境的影响是不可避免的和复杂的，施工前需充分调查了解工程周边环境的详细情况，并根据现场实际情况，在施工中控制好各项技术参数，必要时还要对周围建（构）筑物、道路、地下管线等加以保护，防止沉降造成对周边环境的破坏。
参考文献：
[1]软土地区顶管施工对周边环境的影响分析，戚惠峰，大连理工大学，2009；
[2]顶管施工环境效应影响及对策【D】，冯海宁，浙江大学，2003；
[3]顶管施工引起的地层移动与变形控制研究【D】，吴修锋，南京工业大学，2004；
[4]顶管工程施工对周边环境的影响分析，刘焕文，安徽建筑工业大学，2011；
[5]顶管施工时对周边环境的沉降控制，顾阳华，上海建工二建集团有限公司，上海，200080；
[6]顶管施工对周边土体和环境的扰动分析，吴义，武汉市第二市政工程有限公司，湖北武汉，430072。
论文作者:刁朋,李小杰,全有维,刘亚松,王鹏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/7
标签：顶管论文; 注浆论文; 泥浆论文; 压力论文; 周边环境论文; 管线论文; 地面论文; 《基层建设》2018年第34期论文;