关于多排顶管施工引起地面沉降数据分析

关于多排顶管施工引起地面沉降数据分析

孟令滨

天津市水利工程集团有限公司 天津市300000

摘要：随着城市顶管工程的日益增多，顶管施工逐渐向平行顶管、多排管、近间距方向发展，对降低顶管施工对围岩及既有构筑物的影响提出了更高的要求。关键词：平行顶管；多排顶管；施工关键技术

前言：某市政净水厂工程利用既有河道线路全长5.2km，穿越多座交通桥梁。工程周边无建筑物、道路，为减少对交通的影响以及加快施工进度，穿越桥梁段采用泥水平衡顶管施工。其中一段顶管工程施工长度为112.5m，采用钢筋混凝土管进行顶管穿越施工。工作坑内平行设置3排顶管，管径依次为D2400mm，D2200mm，D2000mm，分别命名为A排管、B排管、C排管。3排顶管净间距为：5.63m，5.45m，中心距为：7.93m，7.55m，最大覆土厚度约5.6m，土层主要为粉质黏土。

为加快施工进度，顺利完成节点目标，本工程计划平行顶管同步顶进，来节省施工时间以及施工成本。但顶管同步顶进，势必会造成土体扰动的叠加，进而造成更大的地表沉降，因此为确保施工安全，首先要确定顶管同步顶进的方式。

（1）平行顶管同步顶进时横向扰动叠加区的分析

查证相关资料：管道中心线与地表沉降槽边缘的水平向距离为h+r（h为顶管中心线埋深；r为顶管外半径；B为顶管之间的中心距）。

平行顶管横向扰动区

平行顶管同步顶进扰动范围的横向计算公式为：

扰动重叠区范围计算公式：

通过上面两个公式，顶管轴线相距越远同步顶进过程中的横向扰动叠加范围越小，相邻顶管扰动叠加区为L＇1=2×（（5.6+1.2）+1.2）-7.93=8.07m＞0，通过分析相邻顶管在同步顶进的过程中肯定有影响。

最外侧两根顶管扰动叠加区L＇2=2×（（5.6+1.2）+1.2）-（7.93+7.55）=0.52m＞0，通过分析此顶管在同步顶进的过程中虽存在扰动重叠区，但相互之间的影响比较小。

（2）平行顶管顶进方式的分析

分析完横向扰动区，我们在分析顶进方式。一是相邻管同步顶进，二是先顶两侧管再订中间管，三是先顶中间管在顶两侧管。先顶两侧在顶中间，相当于中间土体挤密，不利于后期中间管的顶进；先顶中间在顶两边，相当于三排顶管扰动叠加，考虑不到的因素太多；最终决定先顶B排管，在错距顶进A排管；B排管顶进完成后，再错距顶进C排管。

（3）平行顶管错距的确定

利用力学简化模型，平行顶管同步施工纵向最小间距Lmin公式如下：

式中：γ：由土质性质决定的系数，取1.5-2；

d：工具管外径；

H：工具管管长+3节顶管长度。

Lmin=2×（2.88+（4.5+3×2.5））=29.76，取30m。

为减少未知因素的影响以及考虑不周的情况，错距扩大到顶管顶进长度112.5m的一半，也就是错距60m后再进行同步顶进。

（4）沉降数据分析

沉降观测点平面布置图                     顶管剖面图

说明：1、图中尺寸除高程为m外，其余均为mm；2、观测点位于管道的正上方以及各管道净间距的中心处；两排监测点间距6.5m。

1）施工情况概述

D2200管与6月11日开始顶进，6月16日顶进完成；D2400管与6月14日开始顶进，6月19日顶进完成；D2000管与6月17日开始顶进，6月21日顶进完成。

2）成果分析

对比1-1至1-7；2-1至2-7两组沉降曲线，B排管的沉降最大，虽未验证前文所说的顶进方式，先顶两侧在顶中间不可取，但也提供了先施工A排管、C排管，最后施工B排管的可行性。

①对比1-2,1-4,1-6；2-2,2-4,2-6三条沉降曲线，在顶进的管道对顶进结束的管道的土体依然有影响，已完管道的土体沉降在继续增加。

②对比1-2,1-4,1-6；2-2,2-4,2-6两组沉降曲线，当B排管与C排管开始同时顶进的时候，沉降突然加大，验证了土体扰动的叠加效应。A排管虽未开始顶进，此时，土体沉降也发生了突变。

③对比1-2,1-4,1-6；2-2,2-4,2-6两组沉降曲线，B排管与C排管顶进过程中存在横向扰动叠加，两排管距离越近，沉降越有趋近性；A排管与C排管通过计算虽存在横向扰动叠加区，但相互之间的影响比较小，A排管的沉降曲线未发生突变也验证了相互之间的影响较小。

对比1-2,2-2；1-4,2-4，1-6,2-6，相应点位的第1排的累计沉降数据均大于第2排的数据，说明沿顶管顶进方向的土体累计沉降量有减小的趋势。因此顶管施工长度越大，同步顶进过程中的错距应越大。

结束语

总体上从变形监测数据可以看出，顶管施工期间，顶管正上方地表沉降最大，且均超过规范允许沉降值，因此对于多排顶管错距同步顶进施工方案有一定的适用条件，最主要的就是周边无建筑物或重要建筑物，或经过平行顶管同步顶进横向扰动范围公式计算，周边建筑物不在扰动区范围内。其次在施工的过程中当顶管顶进完成后要及时灌注水泥浆，水泥浆的注浆量可根据监测数据适当的增加，对于多排顶管（三排及以上）需要二次注浆；同时在施工过程中加强顶进轴线的观测，减少纠偏的次数。