顶管施工引起的地表变形分析及对策.pdf

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1、广东建材2011年第5期施工技术顶管施工引起的地表变形分析及对策徐宇(湖南城市学院)摘要：近年来，顶管施工技术在国内得到飞速发展，并广泛运用于城市管道排水工程中，在项管施工过程中对地表环境的保护成为一个越来越不能忽视的难题，因此，对地面变形的影响因素和预测方法进行研究就尤为重要。本文将在前人研究成果的基础一卜．，结合顶管施工的实际，对顶管施工过程中的地表变位情况进行了实时监控，系统地分析了引起地表变位的原因，并提出了相应的对策。关键词：项管施工；地表变位；实时监控1前言顶管法隧道施工技术经过一百多年的

2、发展，虽然有了很大的发展，但不可避免地引起地层的扰动，引起地层变形及地面沉降，特别是在软土顶管施工中尤甚。扰动导致的土体强度和压缩模量的降低将引起长时间内的固结和次固结沉降。当地层变形超过一定范围，会严重危及邻近建筑物，道路路面和地下管网的安全，引起一系列的环境岩土问题。由此可见，顶管施工中对地表变形机理的研究具有重要的意义。2顶管施工过程中地面变形的原因分析顶管施工过程中产生地面变形的主要原因是顶管施工对土体产生的扰动和土体损失，主要影响因素有：(1)开挖面支护压力大小的影响。理论上讲，掘进机在顶进

3、过程中，如果支护压力小于掘进机所处土层的最小土压力时，容易导致临界面的坍塌，反映在地面上就是地面的下沉甚至坍塌。另一方面，如果支护压力大于掘进机所处地层的被动土压力时，就会引起地面的隆起；支护压力大小变化引起的士体变形主要是地面的怪向位移，但是由于存在挤土效应，支护压力的大小变化同样也能够引起土体的横向位移，由于项管施工引起的挤土效应，当支护压力大于士的被动土压力时，产生挤土作用，掘进机前方土体要向两侧及前部挤压。因此，由于挤土效应的存在，支护压力过大能够引起土体的竖向位移和水平位移。(2)掘进机以及

4、后续管道与土体的摩擦力引起的土体变形。掘进机项进过程当中，掘进机及后续管节与土体之间有摩擦力作用，管节受到的摩擦力与顶管项进的方向相反，而士体受到的摩阻力方向是与掘进机顶进方向一致的，在未施行注浆减摩的顶管施工过程中，这种摩擦力是非常大的，能够引起土体的水平位移，进行了注浆减摩施工工艺的顶管顶进过程中，摩阻力减少很多，但是仍然会引起土体的位移。(3)注浆压力引起的土体位移。为了减小顶管项进过程当中掘进机和后续管节与土体之间的摩擦力，常常采用注浆减摩技术，使管道和土体之间存在一层浆液，浆液与土体之间存在

5、一定的压力作用，作用方向是径向的，势必引起径向的土体位移，但此位移一般较小。(4)士体损失引起土体沉降导致地面变形。土体损失的原因主要有以下几种：①掘进机外径与管道差异引起的土体损失：在顶管施工过程中，掘进机尾部通过后由于掘进机外径较后续管道外径大19咖，因此，在掘进机经过后，土体和后续管节之间形成了建筑空隙，虽然在顶管施工过程中，采用了注浆填充措施，但是仍然不可避免地会出现土体损失；②开挖面超挖引起的土体损失：在掘进机机头开挖过程中，前舱压力的过大会引起超挖，即开挖面的超挖，也会引起土体损失；③纠偏

6、引起的土体损失：工具管在顶进时，由于各种原因会偏离设计轴线，这时需要纠偏，纠偏方法有挖土纠偏法和强制纠偏法，这两种方法都会产生空隙，形成土体损失；④顶管顶进时，因浆液与土层的摩阻力而对周围土体产生拖带效应，由此牵带走部分土体产生的超挖等。(5)管壳移动与地层间的摩擦和剪切作用，引起地层损失。(6)土体受施工扰动的固结作用，其中，次固结沉降往往要持续几年，在软士中它所占沉降量的比列达36％以上。(7)在水、土压力的作用下隧道衬砌产生变形，会引起小量的地层损失。一95—施工技术广东建材2011年第5期3工

7、程买例3．1工程概况益阳市建筑路秀峰水系改造工程，采用顶管方法施工。建筑路位于益阳市北部，北接滨江路，南连长益路，两临319国道和益阳市汽车南站，建筑路西侧有秀峰建材市场和益阳市建筑装饰公司，东侧有东方红宾馆和市交通局等。长约400m，宽约10m，是益阳市的一条重要交通通道。益阳市建筑路秀峰水系改造工程南起秀峰湖，北至资江边西流湾电排，管径为2．6m。沿途横穿长益路，纵穿建设路，全长391．7m。本工程为钢筋砼管长距离顶管施工。根据工程需要共设顶管工作井1个，项管接收井1个，秀峰湖围堰1个。管道外径中

8、3120姗，①内径2600咖，管道长度为2．5m／节，管道轴线埋深为6．46m，覆土厚度为4．90m。管道采用手掘式顶管掘进机施工。根据益阳市建筑设计院提供的益阳市建筑路秀峰水系改造顶管工程地质勘察报告(详勘)：杂填土的天然含水量w-28．0％，孔隙比e=0．77，T重度=19．7kN／m3，压缩系数a，-2-0．44MP一。素填土的含水量W=28．9％，孔隙比e=0．83，重度T=19．1kN／m3，固结快剪强度指标c鹎=5．7kPa，由。=24．3，