大口径顶管施工引起地面沉降变形分析及实践.pdf

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1、城市建筑┃施工技术┃URBANISMANDARCHITECTURE┃CONSTRUCTIONTECHNOLOGY大口径顶管施工引起地面沉降变形分析及实践■王康[摘要]本文主要阐述了顶管施工引起的地面沉降变形原二、顶管施工引起地面变形的主要原因分析的土体补充过来，引起土体塌陷，地面反应为沉降。因的分析、估算方法以及控制措施，并结合上海大口径顶地面沉降或隆起主要是顶管作业而引起管道周如果欠挖土方，即挖去的土方体积小于后续顶进管管施工实例，探讨了顶管工程施工减少周边环境影响及地围（特别是上部）土体的松动、沉陷或者隆起。受道所占的体积。但是由于工作井内的油缸的顶力作面沉降的具体控制措施。其影响，建（构

2、）筑物、管线等产生变形、变位或用，对顶管机前方的掘进面土体进行挤压，引起土沉降，导致建构筑物开裂或倾斜。产生地面沉降或体向上方和两侧位移，地面反应为隆起。[关键词]顶管沉降分析沉降槽控制措施隆起的主要因素：三、顶管过程的扰动土体的时空效应分析1.管道周围土体应力状态的变化顶管顶进对周边土体是持续影响的过程，主要一、顶管施工沉降特点及工程实例引起地层变形的主要原因是受扰动后土体应表现在时间和空间上的变化。沿顶管顶进方向，周近年来，顶管施工逐渐朝着大口径、长距离方力、内摩擦角和粘聚力发生了变化。由于顶管克服边土体的变化可划分为I～V5个不同区段，如图1所向发展，特别是在城市地下管道施工中得以广泛应

3、各种阻力才能前进，而这些阻力反作用于土体，产示。用。由于不用进行大范围开挖路面，并且能从地下生土体附加应力，引起了土体变形甚至破坏。穿越道路、河流、房屋建筑，甚至是地铁、高压线2.管道与土体间空隙的变化等沉降敏感构筑物，减少了对交通、市民正常活动顶管机的直径一般略大于管节，施工间隙如不的干扰，也减少不必要的动拆迁和对土地占用。同能及时注浆填补，管道上部及侧向的土体则会向管时非开挖作业，管道上方的土体受到扰动较少，管道坍落，填充间隙，引起管道上部及周边土体的下道差异沉降、使用寿命、地面沉降变形均优于常规沉，从地面就反应出地面沉降。的开挖排管施工。目前，在上海地区，大口径顶管3.土体的位移影响在原

4、水、污水、电力隧道等工程中得以大规模应用，因受顶进影响，表层土表现为垂直下沉。深层并且在复杂地质条件下穿越敏感性建构筑物也积累土随顶管拖带向前的水平移动，土体和浆液固结、图1顶管顶进周边土体变化分区了较多的成功经验。如青草沙严桥支线C10标DN3600次固结沉降都使土体产生向下的位移变形。顶管顶顶管顶进过程中引起土体变化的表观机理如表钢管穿越磁悬浮；潘广路电力隧道工程一标DN3500进后，不同深度土层扰动曲面，叠加形成了不同倾1所示：混凝土顶管，穿越轨道交通1号线；黄浦江连通管C3斜度的沉降槽。标DN4000钢管穿越市级河道等。4.顶管机头前方土体空隙的变化顶管如果超挖土方，则只能由刀盘上方和

5、两侧表1顶管施工引起的土体沉降区段沉降类型变形状态及原因土体应力扰动变形机理Ⅰ初始挤压或塌陷顶管机掘进面土体受挤隆起或掏空孔隙水压力增长，有效应力增加孔隙比减小，土体固结工作面处施加土压力，过大时：土体向上隆；过小时：土体向下Ⅱ顶管工作面前方的土体隆起或沉降孔隙水压力增加或减小，总应力增加土体压缩，产生弹塑性变形沉降Ⅲ顶管通过的沉降土体扰动、剪切，出土量过多土体应力释放弹塑性变形Ⅳ顶管与土体间隙引起的沉降注浆不及时或注浆不足土体应力释放弹塑性变形后期土体Ⅴ土体后续时效变形（土体后期蠕变）土体应力松弛蠕变变形次固结沉降四、顶管引起的地面沉降估算个假定，给出了地面沉降量的横向分布估算公式：Smax

6、为顶进管道轴线上方的最大地面沉降量2地面沉降分布是三维的、动态变化的。由于三x（m）；S(x)Smaxexp(2)维分析比较困难，一般都简化为平面问题进行分析，2iS（x）为x处的地面沉降量（m）；VV（1）主要有垂直于轴线方向沉降分析（简称横向沉降分SSSV为超挖量，可根据顶管机头的型式，可按表2maxS2i2.5i析）和平行于轴线方向的沉降分析（简称纵向沉降取值。式中：x为顶进管道轴线的横向水平距离（m）；分析）。i为地面沉降槽宽度系数（m）。在正态分布中式1.横向沉降分布的估算公式（Peck法）曲线标准偏差点（图2）相当于曲线的反弯点的xPeck假定施工引起的地面沉降

7、是在不排水情况H下发生的，所以地表沉降槽的体积应等于地层损失值，一般取i°；2tg(45/2)的体积，地面沉降可视土质情况、覆土深度、采用为土的内摩擦角；图2沉降槽的正态分布曲线的掘进机类型、操作水平等因素而不同。并根据这H为管道中心至地面的覆土厚度；表2各种形式顶管机头的超挖量估算机型敞开式多刀盘土压平衡泥水平衡VS10%～20%V7%～10%V5%～8%V3%～5%VPeck公式