施工技术与应用 顶管施工中土体损失引起的沉降预测探讨 摘要：顶管法是开挖技术中的一种，这种方法可以在不挖开地表土的情况下，将管道铺设完毕，其优点较多，所以在市政工程中 得到了广泛使用。可是，在进行开挖过程中，难免会对管道周围的土体造成破坏，形成地面沉降，严重时甚至会直接影响到周边房屋 安全。本文主要结合地面沉降控制，提出了顶管施工的质量控制方法，以及周边重要房屋的保护措施。 关键词：顶管施工土体损失沉降预测 一、顶管施工工艺概述 （一）工作井以及接收井 工作井也称之为坑工作井，施工过程中的所有设备都安放于此，同时工 作井也是掘进机的始发场所。在施工现场，根据地质情况的不同，选择不同的 支护方式进行开挖工作，做好壁板混凝土以及底板，对混凝土和钢板垫块的 厚度进行确定。 接收井通常用来接收掘进机。施工中用的顶管会从工作井中推进，在接 收井中将掘进机吊起，再将顶管推出一定长度，这样整个工程才算宣告结束。 如果顶管较多，工作井同样可以做接收井，这是因为通常情况下，接收井会小 于工作井，若将接收井当工作井用，则设备将无法安放。 在选择接收井或者工作井时，要注意下列原则：工作井所在位置应当便 于排水、出土以及运输；选择在管线上的附属构筑物，工作井或接收井周边应 当有空地用来堆放少量管材和暂存土；工作井同时需要远离建筑物；若是需 要进行单项顶进，工作井需设置在下游。 （二）掘进机 在顶管施工过程中，掘进机是必备的施工机器，掘进机会被安放在顶管 最前端，与此同时，根据土质的覆土厚度、土体性质以及各种参数来选择掘进 机。除此之外，对掘进机机头的选择显得非常重要，因为机头是决定顶管质量 控制的关键因素。在施工过程中要确保掘进机能使管道顶进方向以及取土方 向正确。 二、土体扰动 土体扰动是指：土体因受到外荷载力，进而产生应力释放、含水量、体积 以及孔隙水发生变化，尤其是土体的结构会发生破坏以及变化。在顶管施工 中，土体的扰动主要表现为孑Ｌ隙水压上升、土体松动或挤压、土性发生变异以 及地表隆起或出现下沉情况。特别是在软粘土中进行顶管施工时，如果土体 稍有扰动，就会使力学参数出现严重变化，固结与次固结也会长期受到影响 而产生沉降。所以，施工人员非常有必要对顶管扰动土体变形情况以及扰动 区的特点进行研究分析，这样可以估算出施工过程中对周边环境的影响程 度，从而采取更加有效的防治措施。 在顶管施工过程中，地层变形的主要原因是土体的平衡状态受到了外界 影响，使其遭受严重破坏，最终使土体应力状态发生了巨大变化，土体在这个 过程中，会经历剪切、挤压以及扭曲等应力路径。在施工时，衬砌与顶管机的 前进作用力完全靠千斤顶的推力，所以只有千斤顶才可以有效克服前方的各 种阻力，使顶管不断往前推进，但这种阻力反作用于土体，会让土体产生附加 应力，从而使土体变形。 在对顶管进行顶进工作时，会受到工具管的顶进挤压，工具管周边的土 体会受到荷载扰动。由于土体受到扰动的部位不同，扰动程度也会不同，所 以，扰动土体的原始应力变化也大不相同。 （一）离开挖面较远的被称为挤压扰动区，因承受挤压应力而产生严重变 形。当掘进机在推进时，其挤压应力也会不断加大，其中的土体水平应力会随 之增加，而刀盘产生的切削剪切力以及振动荷载不会对该地区产生较大影 响。 （二）掘进机的正前方为剪切扰动区，该区域会受到刀盘的切削剪切力、 千斤顶推力的挤压，因此剪切扰动区的状态非常复杂。在该区域开挖很容易 使土体松弛，大大减小水平应力；可另一方面，平衡泥浆与顶进推力的压力会 不断增加水平应力。当应力变化能够使水平应力保持不变时，土体受到施工 扰动最小；如果水平应力大于主动土压力，则整个开挖土体很有可能出现坍 塌情况，最终使地面出现大规模沉降，严重时极有可能让土层出现失稳状态； 若被动土压力小于水平应力，则土体便会向外挤出，使地面隆起变形。 （三）为固结区，正是因为工具管正面的推进力和注浆压力的原因，使顶 管周围产生了超孔隙水压力。随着工具管的不断顶进，隙水压力会不断下降， 当孔隙水压力消失殆尽之后，会让土体固结，土层因此而产生沉降。当整体工 程完工后，土体极有可能出现二次固结沉降。 所以，为了有效防止土体固结变形，往往会在施工完成之后，进行二次注 浆，从而改变土体物理学性能，有效改善地面沉降以及土体变形。随着工具管 的不断推进，土体会因受压而隆起，对工具管及时进行卸载会产生土体沉降 现象，再加上孔隙水压力的消失而固结，由此可以看出，在整个施工过程中， 土体的应力状态在随时发生着变化，并非单一的剪切荷载作用。 工具管与周围土层摩阻力、管片和土体的摩阻力、顶进正面阻力等各种因 素都会使土体出现扰动情况。当正面推进力小于千斤顶总顶推力时，工具管土 体将挤压加载，使土体出现不同程度的变形。扰动土体分为七个区，如图： 三、施工中土体损失 在顶管施工过程中，导致地面变形的主要原因，是由于土体扰动而引起 的，当土体出现扰动情况时，会让孔隙水压力、土压力、土体密实度以及地下 水位出现变化，地面也会随之出现沉降情况。除此之外，对土体扰动有直接影 响的因素还包括土质条件、现场控制以及施工技术等。注浆压力、管线纠偏、 土压力以及顶力等都属于现场控制范畴，这些因素都与土体扰动都有着直接 联系，若是在顶进过程中速度过快或是土压力设置太高，则会使顶管顶力上 升，地面产生隆起现象，土体会受到更加强烈的扰动。测试断面和掘进机之间 的距离会直接影响到扰动区土体的特性。根据大量资料显示，在顶管施工过 程中，造成土体损失的主要原因有以下几点： （一）与管节外围环形空隙有关 为了可以有效减小顶进过程中的摩擦阻力，工具管的直径往往会比后续 管节的直径大３—６ｅｍ，所以，当工具管不断顶进之后，土体与管道外围之间会 形成环形间隙，出现这种情况后，若不能及时使用触变泥浆进行填充，则土体 会逐渐向环形空隙进行移动，最终使地层损失。 （二）开挖工具导致的地层损失 在顶管施工中，不可能保证原始应力不会发生改变。在顶管顶进时，由于 应力的释放，土体会逐渐向开挖面移动造成地层损失。若原始侧向应力小于 土体承受的压力，则地层会出现隆起现象。 （三）工具管纠偏导致的地层损失 产生纠偏荷载的主要原因是由于工具管轴线严重偏离原来顶进轴线方 向。工具管对拟偏转方向土体产生挤压则说明出现了纠偏现象，在此时如果 等效屈服应力小于现有应力，则土体会出现粘塑性变形，使土体位移。 四、结束语 为了更加有效的保证顶管工程质量，在施工过程中一定要找准出现问题 的原因，并控制好因顶管施工而引起的地面沉降问题。本文（下转ｇ３２２页） 。３１７。 目隧圆圈 施工技术与应用 对施工材料的采购和运输等各个环节严加控制，并对施工材料进行抽检，抽 ②后浇带具有降低１＿程沉降和抗收缩双重作用，所以在 程施ｒ：时应用 较为广 泛。高层建筑后浇带中的配筋能够承载混凝土的沉降，防止混凝土内 部出现裂缝，对工程质量产生影响；对于新浇筑的混凝土而言，由于内部温度 检合格才能进入施工场地，从根本上控制影响工程质量的因素；并对施工的 各个环节进行监督，发现问题及时采取相关措施解决。同时加强员工对工程 质量的认识，让其认识到工程质量和施工安全有重要关系，保证口呈质量就 是保证自己的人身安全，定期举 安全施『ｒ＝技能培训，全面提升施工人员的 综合素质。 变化产生较大应力，使其在硬结过程中出现收缩现象，而使用后浇带能够为 混凝土的自由收缩提供空间，因此，增强混凝土的抗收缩能力。 ５高层建筑施工的安全管理 施工企业不能只注重工程经济效益，而忽略施工安全方面的管理。施工 安全在众多项目管理内容中处于蓐要地位，没有安全的施Ｔ环境作保证，Ｔ ６总结 随着经济的快速发展，高层建筑也在不断地向前发展，并且建筑１：程的 建筑外 程质量就无从谈起。这就要求施工企业重视施工安全知识的普及，加强施工 规模不断增大，建筑结构形式也发生了很大变化，有向施工施工复杂、安全方面的培训，提升员 １ 安全意识；除此之外，保证］：程质量也是安全管理 的重要内容。工程质量得不到保证，在施工过程中容易引发坍塌等安全事故， 施工企业和社会造成严重损失。这就需要企业的质安部门充分发挥其职能， 观形式多样的趋势发展，本文主要对高层建筑的质量控制策略和施工注意事 项进行探讨，为今后建筑项目施工提供参考。 （上接第３１４页）满足城市的建设与居民的生活追求。 参考文献 【１］杨三杰．城市园林的生态景观施工方法卟现代园艺，２０１３，１４：１３８． ２００５．０１：３３－３８ １３１１￣，）ｇ文城市园林景观施工管理分析 科技创新与应用，２０１２，２２：８９ 【４］张永兰浅议城市园林生态建设——以园林城市池州为例Ｕ Ｊ＿河北农业科 学，２｛｝０８，０５：９１—９２＋９５． ２０１３，０２：３５９－３６３ Ｉ２１祁素萍，王兆骞，卢剑波城市园林生态设计探讨Ｕ】世界林业研究 （上接第３１７页）就结合实际的施工状况，主要从施工丁艺、施Ｔ组成以及引 起土体沉降的各种因素人手，对顶管施Ｊ：中土体损失引起的沉降问胚作出了 详细分析，从而更好的保证丁程质量。 参考文献： ［３］魏纲．顶管施工中土体性状及环境效应分析［Ｄ】＿浙江大学，２０１３ １１８—１１９ 【４１赵宁顶管施工的土体变形问题研究ｌＤ１．同济大学，２０１２．２２５—２２８ ［５］林晓庆矩形顶管施Ｘ－对邻近地下管线的影响分析【Ｄ Ｊ＿广州大学 ２（）１２ １３２－１３４ 【１１魏纲顶管工程土与结构的性状及理论研究【Ｄ１浙江大学，２０１３ １１５ １１８ 【２】魏纲，吴华君，陈春来顶管施工中土体损失引起的沉降预测ＵＪ岩土力学， （上接第３１８页） 吊挂提升装置包括挂装梁、扁担梁、吊挂精轧螺纹钢筋、 油压千斤顶、液压站等，吊挂精轧螺纹下端与钻孔平台下吊点锚同连接，』：端 由护筒顶口处挂装梁及扁担梁支撑锚固。 斤顶行程与油泵压力的关系，当千斤顶不再顶升油泵压力迅速增大时，应立 即停止顶升查明原因。精轧螺纹钢筋连接器不能在一个顶程内过扁担梁开孔 时，采用抄垫Ｕ型垫片的方式过孔。 ８、平台挂桩及限位装置安装 钻孔平台提升至高出设计标高后即可开始平台的挂桩。挂装梁为卜 位后在设计位置开口并焊接加强板，然后将挂装梁抽出将平台落在挂桩 梁上。 平台提升过程中应尽量保证各护筒受力均匀，提升过程中应注意观察千 字型可抽托式箱型结构，平台提升前需先吊行人护筒内，待平台提升到 平台挂桩与支撑桩上后应及时安装钢护筒限位装置，使钢护筒与平台桁 架连接为一整体，以共同抵抗水流力的影响，至此平台施工完成。之后施工其 它钢护筒、平台辅助设施，安装门架桩桩顶分配梁，拼装８ｏｔｆ。］吊后便可在平 台上拼装钻机进行钻孔桩施丁。 参考文献 …１武汉天兴洲公铁两用长江大桥斜拉桥技术总结（中国铁道出版社） ［２］芜湖长江特大桥大跨度低塔斜拉桥板桁组合结构建造技术（中国铁道出 版社） 【３】中铁大桥局集团企业标准：桥梁施工结构设计指南１（ＱＢ／ＭＢＥＣ３００２—２０１２） 平台提升照片 （上接第３１９页）般是对称设置在拱脚附近，焊接泵送连接管，安装倒流截止 阀。粗骨颗粒直径决定着输送管的管径大小，泵送混凝土钢管的直径应大于２ 倍粒径，在钢管的隔板处应该增加传力钢筋并保护混凝土的密实浇注。根据 调查，我国灌注混凝土时，大部分采用管径为１２５ｍｍ的输送管，输送管与拱肋 的交角越小，泵送的阻力就会越小，从而对钢管就没有那么大的冲击力。最后 关于振捣系统的布置，振捣可与混凝土浇灌同时进行，这不仪有利于排 管 内的空气，也可以加强混凝土的密实度。 ４、二次压注，一次成型的技术要求 小结： 钢管混凝土桥梁是将混凝土完全地充满钢管，在钢管对混凝土的套箍作 用下，混凝土处于ｉ向受压的状态，使钢管与混凝士有效结合，使桥梁有更好 的抗压能力和承载能力。我国桥梁事业的迅速发展离不开钢管混凝土拱桥施 Ｔ技术的不断改进，虽然拱桥建设有不同的施下方法，但是所有施工方法的 展开都是先做好空钢管拱桥，然后再灌注混凝土，之后再安装行车道等一系 列的附属设施。所以钢管混凝土拱桥施Ｔ是桥梁建设的基础部分，同时也在 桥梁的正常运行中起着重要作用。我们应该在实际的施 过程中，不断发现 混凝土拱桥施工要求中，混凝土的压注必须是在连续的情况下进行， 而扁拱的抗变形能力决定了混凝土必须分两级压注。在使用这种方法的 情况下，第二级混凝土的浇注必须在一级混凝土的初凝时间范围内尽早 地开始，因此对工人有较高的要求，所以一般都由业务熟练的＿『＝人进行操 作。 ５、关于混凝土的保温工作 问题、解决问题，提出一些有效的促进钢管混凝土桥梁施工的意见和建议，促 进我国桥梁事业的发展 参考文献 …巩亚定钢管混凝土拱桥混凝土灌注技术研究Ｕ］．甘肃科技，２０１２（７）：１０９—１１ １ 【２］丁靖钢管混凝土拱桥施工工艺＿『】＿中国新技术新产品，２０１２（１１）：８７ Ｉ３］路巍论公路桥梁建设ｑ－钢管混凝土拱桥的施工技术【ｌ１＿黑龙江科技信息， ２０１１（３４）：３１２ 在桥梁养护的过程中，一定要尽量避免混凝土与钢管之间出现空隙。如 果产生空隙则会严重影响拱的承载能力，这时将失去微膨胀混凝土的优势。 而空隙产生的原因就是钢管混凝土的保温工作做得不好，因此我们要加强保 温工作，采用各种有效措施，最大程度地减小内外温差。 ［４１胡阳钢管混凝土拱桥施工技术的探讨卟城市建设理论研究（电子版），２０１１ ｆ１６１：１０１—１０２ ‘３２２‘