试析同井顶管施工中相邻平行顶管作用及影响论文_向勇

摘要：在地下管道施工建设中，同井顶管施工是一门独特的技术，在各个项目中得到了全面 使用。文章通过对相关资料的研究和参考，简单介绍了同井顶管中相邻平行顶管的一些影响，通过三维有限元模拟了同井顶管施工的规律，相邻平行顶管的一些作用以及影响。

关键词：同井顶管；相邻平行顶管；影响

引言

自从顶管技术面世，人们就一直在找寻各种能够降低施工影响环境的策略。但是开展顶管施工就必定会造成四种土体的卸载效果，即使后期的管节能够展现出支撑的作用，但是开挖并将对周围土体产生一定的影响。不管是站在理论的角度，还是实际状况来说，要想有效规避这一影响是不可能实现的，我们应该做的就是尽量对不能规避的影响进行最小范围的限制，想要落实这一内容的实现，就应该对同井顶管施工的工作原理以及各种影响环境的因素进行深入认识和了解，以此来取得有效的措施避免这些影响。

1工程概况

本工程属于2019年龙岗区龙岗河流域、观澜河流域消除黑臭及河流水质保障工程。康乐路是横岗街道六约社区的主干道，南与龙岗大道相连，北接S28水官高速。此次康乐路新建的污水管道总长度为1533.6m，雨水管总长为702.4m。在此其中，污水顶管为W-11～W-45长度是754.5m管径DN600，管道材料使用Ⅲ级钢筋混凝土管。雨水顶管Y-9～Y-15长度是460.8m，管径为DN1000，管道材料使用Ⅲ级钢筋混凝土承插管。

表1-1 顶管工程参数表

在顶管施工过程中，沿线地层条件会形成持续变化。此外，埋藏深度也会不断变化，土压力、水压力、注浆压力、作用于开挖头的管道前、侧、外壁上的内力，以及顶进施工过程中施加在管道上的纵向力、环向力，会随着位置的不同而不断变化。因此，掌握管道入口施工技术，对管道截面结构进行设计计算变得更加复杂。同时，复杂的地层条件也对纠偏控制、旋转控制和曲线段施工控制产生不利影响。因为两条平行管线之间距离太近，采用掘进、注浆、纠偏等措施对两根管线的施工影响较大，在不同的地层条件下，管道也会有明显的不同。这使得本工程管道结构的设计和施工更为复杂和困难。

2 顶管施工工艺流程

如图1：

图1 顶管施工工艺流程图

3产生的作用和影响

3.1正面推进力的影响

在不对已存管道进行考虑的基础上进行，可以得出相临平行管道管的存在必定会对后续推进管道四周土体产生加固和限制移动的作用。所以，考虑已经存在的相邻管道具体状况，对其进行正面附加推力，以此来对储运管道的径向弯矩实行具体分析。在图2中呈现的是后续顶进第二条管道前方附加推力为100Kpa时相邻储管的径向弯矩图。而图3是截取了图2中的两个较为典型的截面x=3m和x=-3m的径向弯矩图，由此能够看出：

图2 正面推力引起相邻管道径向弯矩图（KN-m/m）

图3 正面推力引起相邻管道径向弯矩图（KN-m/m）

（1）在前面的额外推力将推动前面的土壤被压缩和后面的土壤被卸载。从图2能够看出，推进面前相邻管道受到的附加推进力的挤压作用远远超过推进面后相邻管道受到的卸载作用。

（2）由挤压引起的前向管的附加弯矩在推力前方不断增大，同时在x=L处实现了最大值（L为顶升管各管段的长度），然后慢慢减小。其产生影响的距离大约是2-3L。这类似于同一位置x处附加荷载的变化规律。

（3）在推进平面的后面，卸土引起的管道附加弯矩分布规律和推进面后土体卸载引起的管道附加弯矩分布规律具有一致性，但是它的值相反且较小。

（4）根据图3我们能够看出，这两个截面的最大弯矩（绝对值）都在管道右侧2#附近。

（5）文章假设了正面的额外推力是100Kpa，但是在日常工作中，可能会产生更大的正值，例如：在推进的前端具有较为坚硬的岩石以及障碍物等情况。因为本篇文章进行的是弹性假设，由此产生的附加弯矩将会和前面的额外推力形成比例变化。

3.2超挖和灌浆的影响

通过分析和讨论顶管的力学效应我们可以知道，可对地层损失的定义以及成因进行归纳，顶管施工活动中，超挖和灌注是两个极为重要的内容。为了能够有效减少在推顶过程中遭受的阻力，最便捷的方式为在混凝土管道以及四周土体间形成空隙，将润滑介质压入其中，在管段周围形成泥浆套。超挖引起的间隙让浆液的注入变为可行性，并且还有利于在管道周围形成均匀的浆套。反之，注浆还可以填补管道和周围土壤之间由于超挖造成的空隙，以此来降低超挖对四周环境结构形成的不良影响。对于超挖填充引起的地层损失，是不可缺少的辅助施工方式。通过开展工程的经验以及理论计算我们能够证明，无注浆充填的超挖对施工场地周围环境具有极大的影响，甚至有可能对邻近建筑物结构的安全产生不良影响。

3.3顶进纠偏的影响

在该工程中应用的工具管机头通常由前管与后管共同组合而成。通过调节安装在前、后管之间的四个千斤顶的输出来完成对头部整流的控制。结合作用与反作用原理，在一侧的千斤顶伸出的时候，将会在前刀管上形成一个向前的推力，并且还会在后刀管上产生一个向后的推力，这是一对大小相等、方向相反的力。在这里，延长千斤顶的机械效应将被模拟成一对大小相等、方向相反的力。但是，在工具管另一侧的千斤顶假设保持扩展常数，使用桁架单元模拟千斤顶结构与前、后工具管的连接起到的作用。沉井如果在下沉的时候出现了偏斜的状况，应该结合沉井出现偏斜的主要原理，选择合理的措施来开展纠偏，以此来保证沉井偏差在允许范围内。

结论：（1）正推力使推力前土体遭受到挤压，相邻管道的侧压力系数不断增加，但是后面的土体则形成了卸载效果，侧压力系数逐渐变小，但是产生的影响较小。必须注意的是，推进面卸荷的影响，甚至是由于对邻近管道的正推力过小而导致的推进面坍塌。

（2）超挖会导致相邻管线向施工管线及以下进行位移。与此同时同时，因为侧向土卸荷，侧压力系数将会不断降低。因此，一定会产生额外的径向弯矩，通过灌浆平衡超挖量。

（3）除了前面管道的挤压外，整流还会导致后面一定范围内的管道形成卸载，且卸载对相邻管道的影响大于挤压造成的影响。因为附加弯矩对纠偏作用极为敏感，在进行纠偏的时候应该高度重视纠偏千斤顶的伸出量，并在小范围内进行纠偏。

（4）在开展纠偏工作的过程中，应该高度重视超挖和注浆之间的平衡，防止大范围的有效超挖，假如在超挖过程中不能获得驾驶的注浆充填，这样将会导致开展大范围纠偏时将会发生最糟糕的局面。

参考文献：

[1]关战伟，孙阳.地下顶管施工对沉井后背土体的扰动监测分析[J].地下空间与工程学报，2013，9（s1）：1630-1633.

[2]陈林，鲍立平，黎岩.水平平行顶管相互影响分析[J].非开挖技术，2011（5）：22-27.

[3]钱军.水平荷载作用下沉井后靠土变形数值分析 [J].低温建筑技术，2016（7）：133-134，154共3页.

[4]李方楠.复杂地层平行顶管的环境效应研究[D].上海交通大学，2011.

[5]胡昕.顶管施工对土层及相邻平行顶管的影响分析[D].2000.

论文作者:向勇

论文发表刊物:《基层建设》2019年第33期

论文发表时间:2020/4/30