泥水平衡顶管施工轴线及沉降控制

泥水平衡顶管施工轴线及沉降控制摘要：在城市建成区进行管道施工，不可避免的要穿越既有建构筑物和市政道路，顶管施工作为一种非开挖施工工艺，既可以节约拆迁成本，又能解决由于断交施工造成的道路拥堵，其对企业的经济效益和社会效益有着巨大的促进作用。但是顶管工程的施工也有着很大的弊端，容易导致建构筑物及路面发生沉陷现象，同时降低了施工企业的经济收益。基于此，本文结合实际的工程项目，对顶管施工导致路面沉陷的原因以及轴线控制进行详细的分析和探究，并提出有效的解决方案，为后续顶管工程施工提供参考。

关键词：顶管工程施工；纠偏；路面沉陷；原因；解决方案

相对于市政管网明开挖施工，顶管施工技术具有对环境影响小，避免拆迁，特别是不影响交通等优势，所以它的应用前景较为广阔，人们对其的关注度也较高。但是，在实际的顶管施工中，还是会发生地面沉降或隆起现象，这对于人们的生活、周边的环境以及工程的质量都有着较大的影响，同时，顶管施工风险点多，质量控制难度大，特别是顶进线性控制等。本文结合实际工程，认真研究这些现象产生的原因，并积极的找出解决方法，使顶管工程的施工变得更加安全、稳定。

一、工程概况

1、项目简介

本工程是热力工程，拟建设两根DN800热水管网，一供一回，热水管网穿越市政快速路采取顶管施工，长度145米，顶管施工采用泥水平衡顶管，工程位置为中新天津生态城。

工作井采取灌注桩+水泥搅拌桩形式，搅拌桩为单排三周水泥搅拌桩，间距为Φ850@600.套接一孔，灌注桩桩径为800mm，间距1000mm；工作井深度12m，设置两道支撑；顶管顶进钢筋混凝土管，直径DN2500。

道路两侧市政管网较多，主要有中压燃气、自来水、10KV电力、雨污水管道等等，雨污水管道最深，顶管从雨污水管道下穿越，间距1.5米。

2.水文地质情况

拟建场地位于天津滨海旅游区，属海积、冲积低平原地貌单元，为海相与陆相交互沉积地层，地形整体平坦，受人类活动影响，表层为人工填土。本场地交通便利，地理环境优越。

根据本次勘察资料，该场地埋深20.0m深度范围内，表层有少量素填土，场地地层均属第四系沉积物岩性，以粉质粘土、粉土为主。

地下水类型为孔隙型潜水，主要补给来源为大气降水，以蒸发方式和向附近河流和低洼处排泄为主。

勘探期间实测稳定水位埋深为1.90～2.10m（相对大沽标高为1.96～2.17m），据区域资料及有关规范，本场区历年最高水位近于地表1.0m，潜水位年变幅为0.50～1.00m。

3、项目监测

本工程工作井周边主要为未开发地块，目前主要为荒地，对沉降变形影响不敏感；顶管穿越城市快速路，交通繁忙，是新区主要交通道路，不允许断交，不允许出现明显沉降、开裂；道路两侧市政管线较多，存在DN600中压燃气、DN800自来水、10kv电力、DN1000雨水管道、DN600污水管道，顶管从雨水管道下穿越，间距1.5米；综上，本工程监测内容如下：

（1）支护结构桩顶水平位移、垂直位移；

（2）冠梁、围檩及其支撑体系的水平位移；

（3）后背墙后土体的水平位移；

（4）周边道路以及地下管线的沉降；

（5）观测井水位变化。

监测控制值表

序号

监测项目

预警值（mm）

变化速率（mm/d）

1

支护桩顶水平位移沉降

15

2

支护桩顶垂直位移

10

3

冠梁水平位移

20

4

冠梁垂直位移

20

5

后背墙后土体的水平位移动移移化

20

6

周边道路及管线沉降

30mm

3mm/d

7

地下水位

1000mm

500

综合考虑施工周边环境要求，本工程重点监测为基坑及周边道路、地下管线沉降及位移监测。

二、顶管施工线性控制要点

1、过程监测

（1）为实现对前端顶管机偏离的轴线的动态监测、提高施工测量效率，并与机械化顶管施工技术相适应，泥水平衡顶管应采用激光导向进行监控。要以激光测量数据作为顶进过程中判断前段顶管机高程及中线偏差的主要依据，并辅助于水准仪和经纬仪进行复核。

（2）每完成一节管的顶进，应测量一次管中心线和高程，每个接口应测量一次，有错口时测两点，并形成过程文件。工作坑与接收坑贯通后，要进行最终验收测量，确定管道的中心线和管底高程。

（3）工作井内测量仪器的基座不能固定在主顶装置底盘、工作井后背或其他可能在顶进受力时变形或位移的基础上，应安装在固定基座上，以减少重复移动和调整次数。

2、过程纠偏

顶进过程中的纠偏是关系顶管作业质量好坏的关键，若操作不当可能造成顶力骤升、管接口破损，严重时可能造成管道无法顶进，造成经济损失，尤其是在砂层中顶进，管道有可能因为泥水过度冲刷造成顶管机机头下沉，因此，对于顶进过程中的纠偏显得尤为重要。

（1）在机头和机头工具管出洞前，即使发现中线和高程偏差，也尽量不要纠偏，此时机头连接管尚处于导轨上，起不到纠偏效果；机头连接管出洞后，高程和中线偏差超过要求时候，根据监视器内的光点位置变化趋势进行纠偏，必须要预留一个提前量，纠偏一定要遵循“先纠高程，后纠中线，小角度纠偏”的原则，要勤纠偏，小纠偏，纠偏油缸的伸出量一次不能太大，当光点位置有反向移动趋势和移动速度放缓时，可将纠偏油缸缩回，停止纠偏。

（2）顶进过程中，操作人员要随时监测监视器各项数据的变化，并及时记录，在分析记录数据的基础上进行纠偏。

（3）轴线控制纠偏必须及时、连续，发现轴线偏移应及时采取措施进行纠偏，不能偏移积累较大后再纠偏，一开始纠偏就要连续进行直至纠正为止。

三、顶管施工沉降控制

顶管施工不可避免的会对周围土体产生扰动，进而引起土体移动，直观表现为地面沉降和隆起。通过对顶管顶进过程中地表沉降观测结果显示顶管轴线上地面垂直沉降随着顶管机头的推进所产生的规律，可分为三个阶段，即顶管机头前部变形阶段、施工沉降阶段和土体固结阶段。

泥水平衡顶管施工影响沉降的主要因素为泥浆套的质量，根据实际工况设置合理的注浆量、注浆顺序是解决地面沉降和隆起的最直接手段。

（1）泥水压力

顶管机可以通过控制排泥管的泥水量来间接控制开挖面的前腔泥水压力，泥水压力要适量大于顶进土层地下水压力，从而避免开挖面地下水侵入，造成土体的扰动及地下水流失，进而造成地面沉降；泥水压力对地面沉降和隆起有一定影响，泥水压力过大，容易造成地面隆起，泥水压力过小，容易造成地面沉降。

（2）注浆系统

为使顶管外壁形成良好的泥浆润滑套，顶管机设置两套注浆系统，即同步注浆和补充注浆系统。在顶进中，同步注浆必须必须先注后顶，提前形成泥膜，即避免泥浆外渗，还频屏蔽了土体中孔隙水渗入。随着顶进，泥浆不可避免的损失，因此过程中通过补充注浆系统及时补充。同步注浆和补充注浆压力，对地面沉降或者隆起控制起着重要作用。

（3）注浆量

一般认为土体渗透系数是控制注浆量的主要因素，结合土层渗透系数以及土层与顶管机外壳间隙等参数，计算出注浆量。顶进过程中要合理控制同步注浆及补充注浆量，注浆量过大造成地面隆起，注浆量过低造成地面沉降，甚至顶进困难。

结合本工程顶进过程各项参数控制及过程监控数据，事实证明通过控制注浆压力、注浆顺序和注浆数量能够有效控制地面沉降或隆起。

结语

顶管施工轴线控制是顶管施工质量控制的重点，纠偏要遵循“先纠高程，后纠中线，小角度纠偏”的原则，要勤纠偏，小纠偏，避免管节错台破损，甚至造成顶进困难。同时，顶管施工在参数控制及纠偏方式不当的情况下，容易造成地面沉降或隆起，但可以通过控制注浆压力、注浆顺序和注浆数量等方式，能够有效控制地面沉降或隆起等负面影响。

总而言之，通过对实际工程的论述，我们可以知道，顶管施工作为非开挖施工工艺，存在不破坏地面建筑物、省时、高效等优点，有着良好的社会效益和经济效益，在城市建成区管线施工中有着广泛的应用。

参考文献

[1]世界最