广西建工集团第三建筑工程有限责任公司
摘要：本文基于广西某工程顶管施工管理经验，浅析顶管施工引起地表变形的原因，从事前控制、事中控制及地基加固方法，阐述了沉降控制的对策措施。
关键词：顶管施工 沉降控制
1.工程概况
南宁市某市政工程项目，位于南宁市兴宁区，建设规模：K0+000～K2+340（包含1座桥梁），项目建设全长约2340米，道路红线宽度60米。合同范围包括道路工程、桥梁、排水工程，合同工期为720天（日历天）。该工程K0+520～K0+690北侧D2800雨水管采用机械顶管施工，工作井及接收井采用分节开挖施工。
本工程顶管工作井为雨水管进行顶管施工，顶管长180m，管径为2800mm，埋深6m～7.4m，穿越黏土、粘土质泥岩；工作井直径8100mm，井深8500mm；顶管接收井直径5900mm，井深8500mm。共2座工作井，桩号为K0+630、690；3座接收井，桩号为K0+520、K0+640、K0+690，均分布在北侧分带至辅道上。
根据勘探地质资料显示，该工程拟建管道的地基土层中主要为：1m-2m为填土、2m-6m为黏土、6m以下为粘土质泥岩，其中黏土及粘土质泥岩为膨胀土，无地下水。施工的顶管段北侧有20栋2-5层砖混结构居民房屋，南侧为已完工通车主车道；侧分带外边缘有一组电信已施工完成的PVC预埋管线，埋设深度约0.5m~0.7m；沿居民房二层外墙处，挂设有数条通讯线缆及低压电缆。
2.顶管施工方法选择
根据土质情况，本工程采用泥水平衡式顶管机进行施工。采用泥水平衡式顶管施工，有几方面的优点：
（1）顶管施工时不需要封路施工，工作井与接收井可以灵活设置于合理位置，顶进施工过程中路面可以正常通行，对交通的影响相对较小。
（2）由于不需要大开挖、回填和路面修复，所以相对于大开挖施工，可以降低工程造价。
（3）泥水循环法施工，解决了泥水横溢和稀泥乱堆放的问题，确保城市环境不受污染，做到文明施工。
（4）先进顶管方法可以实现全自动摇控，工人不需要在管道内工作，不仅消除了工人繁重的体力劳动，也对工人的安全有足够的保证。
3.沉降控制的对策
该工程顶管施工过程中，地面产生了不同程度的沉降。下面，针对顶管施工中产生沉降的控制措施，浅谈个人的一些看法：
顶管施工引起的地表变形使周边建筑物受到不同程度的影响，因此，在施工过程中，应当注意对现有建筑物进行保护。完全控制地表变形是不可能的，但施工前对地质环境周密调查，施工方案选择合理，施工操作得当，那么就可以把地表变形的幅度控制在最小的限度内。
针对顶管施工引起的地表变形，顶管施工中采用事前控制、事中控制，并应用地基加固的方法，以有效地控制沉降范围和沉降量，从而保证周边建筑物的安全。
3.1事前控制
针对不同的土质、不同的施工条件，选用不同的顶管施工工具和施工方法，是顶管掘进前控制地面变形的重点。事前控制主要根据地质条件、地下水情况、施工场地、施工环境影响等，选用对地层扰动小的较为合理的顶管机和施工方法。顶管机位于顶进管道的最前端，顶管机选择的好坏决定了顶管成败，应根据实际情况分析顶管机的选型，不同的顶管机，其适用的土层、对地表变形的影响以及施工工艺都不相同。
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事前控制的具体内容
事前控制内容具体体现
工程地质情况勘察详细了解工程概况、地质概况、地下水位、顶管管径、埋深、邻近建筑物、邻近管线的埋设情况等
选择合理的顶进路线直线顶进较曲线顶进对周围土及环境扰动较小；
如果必须绕开地下构筑物或由于土质不好顶管较难顶进时，就需要选择合适的曲线顶进。
选择技术方案小口径顶管，可采用泥水顶进；
埋深较大的顶管，可从地下水及所处土层特性来考虑；地下水位较低，土层较稳定，可选用手掘式顶管；地下水位高，土层较松软，宜采用全断面顶管机施工；
地下障碍物较多时，应选用具有除障功能的机械式顶管机或手掘式顶管；
黏性或砂性土层中，如无地下水影响，宜用手掘式或机械挖掘式顶管；
土质为砂砾土时，可采用具有支撑的顶管机或注浆加固土层的措施；
软土层宜采用土压平衡或局部气压等施工。在软土层且无障碍的情况下，顶管埋深较大时，宜采用挤压式或网格式顶管法；
在流砂中顶管可采取局部气压施工或泥水平衡法施工；
在黏土层中须控制地面隆陷时，宜采用土压平衡顶管法；在粉砂土层中，当需要控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法。
3.2事中控制
顶管掘进过程中应尽量保证顶管的最佳推进状态。所谓最佳顶管推进状态，是指顶管推进过程中参数的优化及匹配，具体表现为推进中对周围地层及地面的影响最小。开挖面土压力、推进速度、同步注浆、纠偏等参数的优化组合，是减小顶管推进引起的地层变形的关键。事中控制额具体内容如下：
（1）控制开挖面的土压力
保持开挖面的土压力的平衡可以减少开挖面土体的坍塌、变形、土体损失等。控制开挖面土压力可以控制地表隆陷。从理论上来说，如果顶管机提供的压力和静止土压力相当，则周围土体受到的扰动就很小，地面也不会出现大的变形。另一方面，控制开挖面土压力可以保持开挖面的稳定，开挖面土压力的大小决定了前方土体受挤压扰动的程度和范围。为维护开挖面的稳定，通常要在顶管前方形成一定压力，来平衡土体的水平侧向土压力。通常采用气压、泥水压力及土压力来平衡，由此形成了顶管开挖面的稳定状态。
（2）控制推进速度
速度的选取是为了保证土体不被过量挤压，因为过量的挤压必定会增加地层的扰动。如果推进速度过快，密封舱内土体来不及排除，会造成土压力失稳。
（3）管外壁完整泥浆套的建立
完整泥浆套的建立可以避免管外壁产生背土现象，从而有效控制地面沉降的发生。在顶管掘进过程中，应当以适当的压力、必要的数量和合理配比的压浆工艺，在管道背面的环形建筑空隙中进行同步注浆和补浆，既能减小摩擦阻力，又起到控制或减小地面沉降的作用。实际施工中，应根据土质情况以及土壤含水量的大小来决定注浆的措施、注浆时间以及注浆的位置。同时，浆液的成分对注浆效果也有很大影响，选择浆液前，应对场地周围地下水水质情况进行检验，包括氯离子的含量和PH值的大小，再对浆液进行选择。
（4）及时纠偏
顶管在土层中推进时，由于各种人为或客观因素的存在，必然会使顶管的姿态发生变化。及时解决顶管发生的偏移、偏转和俯仰等偏向问题，能有效控制地面沉降。需要注意的是一次纠偏量不能过大，否则可能造成超挖，影响周围土体的稳定，所以要做到“勤测勤纠”。
3.3地基加固方法的应用
除了在施工前合理选用顶管方法和施工中精心操作，使顶管处于最佳状态外，地基加固是保护地下管线和地面建筑的一种最为有效的措施。由于地面沉降产生的主要原因是土体损失，因此，要正确地选用各种地基加固方法，就能使地层蠕动趋势减少，颗粒土被粘结，空隙被充填，土体稳定程度增强，从而达到减小地面沉降的目的。
4.结语
地表沉降控制是顶管施工的重点和难点。通过工程地质情况勘察，选择技术方案，过程中进行事中控制，控制开挖面的土压力，控制推进速度，建立管外壁完整泥浆套，及时纠偏，以及正确选用地基加固方法，能够很好地解决地表沉降控制问题。
参考文献：
［1］葛金科，沈水龙，徐烨霜.《现代顶管施工技术及工程实例》，2009
［2］武志国，陈勇，王兆铨.《顶管技术规程》，2016
论文作者:张凯
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/22
标签：顶管论文; 土层论文; 地表论文; 压力论文; 泥水论文; 地面论文; 地基论文; 《防护工程》2018年第17期论文;