頂管穿越對(duì)高速公路的影響分析及對(duì)策

劉晰嵐

【摘 要】近年來，隨著我國各類地下管道工程建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，頂管施工這種非開挖工程技術(shù)的運(yùn)用也越來越廣泛。當(dāng)頂管穿越高速公路時(shí)，所產(chǎn)生的影響主要有施工過程中和施工完畢后公路路面的沉降，其次還有欠挖頂管引起路面隆起等。本文對(duì)這些問題進(jìn)行了分析，同時(shí)給出了相應(yīng)的對(duì)策和建議。

【關(guān)鍵詞】頂管穿越；高速公路；路面沉降與隆起

0 引言

現(xiàn)如今，越來越多的管道線路采用地下鋪設(shè)的方式，在全國各大城市都組成了規(guī)模龐大的地下管網(wǎng)，這其中包括供水、排水、燃?xì)?、供暖、電力、通信等，此外還有地鐵和隧道等地下工程。地下管網(wǎng)具有節(jié)約土地資源、合理利用空間、美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是傳統(tǒng)的地下管網(wǎng)建設(shè)一般采用地面開挖的方式，這種方式費(fèi)用高、工期長、工程量大、而且對(duì)地面交通影響大。為了解決這個(gè)問題，眾多的工程技術(shù)人員探索了盾構(gòu)施工和頂管施工等非開挖工程技術(shù)。非開挖工程技術(shù)徹底解決了管道埋設(shè)施工中對(duì)城市建筑物的破壞和道路交通的堵塞等難題，在穩(wěn)定土層和環(huán)境保護(hù)方面凸顯其優(yōu)勢(shì)。這對(duì)交通繁忙、人口密集、地面建筑物眾多、地下管線復(fù)雜的城市是非常重要的，它將為城市創(chuàng)造一個(gè)潔凈、舒適和美好的環(huán)境。

盾構(gòu)施工主要是通過盾構(gòu)機(jī)在地下開挖，不用開挖地面，主要在地鐵施工中使用較多。頂管施工就是在工作坑內(nèi)借助頂進(jìn)設(shè)備產(chǎn)生的頂力，克服管道和周圍土壤的摩擦力，將管道按設(shè)計(jì)的坡度頂入土中，并將土方運(yùn)走。一節(jié)管子頂入土層之后，再下第二節(jié)管子繼續(xù)頂進(jìn)。其原理是借助主頂油缸及管道間、中繼間等推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作坑內(nèi)穿過土層一直推進(jìn)到接收坑內(nèi)吊起。管道緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后，埋設(shè)在兩坑之間。頂管施工有時(shí)會(huì)需要穿越公路，這樣可能會(huì)對(duì)公路的路基路面產(chǎn)生一定的影響，本文探討了某輸氣管道穿越某高速公路的影響，并提出了相應(yīng)的對(duì)策和建議。

1 工程概況

本段工程是西氣東輸管道穿越某高速公路，穿越段地質(zhì)為石方，施工方法采取“破碎鎬人工鑿巖+人工出渣+頂管”方式穿越，人工鑿巖每40cm套管頂進(jìn)一次，套管與巖壁之間的空隙用水泥砂漿灌注。設(shè)備安裝示意圖見圖1，施工平面布置圖見圖2。

2 輸氣管道對(duì)高速公路的影響因素

頂管穿越施工對(duì)高速公路的影響主要是施工過程中和施工完畢后公路路面的沉降，其次還有欠挖頂管引起路面隆起等，頂管穿越施工對(duì)高速公路的影響主要有以下幾種：

2.1 開挖層開挖應(yīng)力釋放對(duì)路面沉降的影響

管道開挖時(shí)，管道周圍的巖體因臨空會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力釋放現(xiàn)象，巖體的初始狀態(tài)受到擾動(dòng)，非彈性區(qū)不斷擴(kuò)大，并不斷向管道中心區(qū)移動(dòng)或松動(dòng)，若當(dāng)已開挖巖體沒有及時(shí)得到支撐作用，巖體會(huì)產(chǎn)生坍塌并最終引起路面沉降。

2.2 開挖層超、欠挖對(duì)路面的影響

管道開挖與頂進(jìn)過程中，由于頂進(jìn)速度不協(xié)調(diào)、頂進(jìn)方向的誤差以及開挖控制的不準(zhǔn)確，實(shí)際開挖的土層往往與套管的實(shí)際體積不相符，從而形成實(shí)際開挖土層的超欠挖。巖體超挖量較大時(shí)，巖土層流失，套管外周與巖層產(chǎn)生較大空隙，在車輛荷載作用及上層土體重新固結(jié)作用下，路面將會(huì)產(chǎn)生沉降。欠挖量較大時(shí)，頂管施工使得頂管機(jī)頭前方的巖體形成擠壓積聚作用，引起路面隆起。

2.3 其它因素對(duì)路面的影響

套管埋深較小時(shí)，會(huì)使套管受力較大破損，引起路面沉降；而且，埋深較小也不利于巖體開挖時(shí)的穩(wěn)定。另外，工程完成后，因?yàn)轫敼芤蚋g、承壓力不足等原因破損，進(jìn)而導(dǎo)致路面產(chǎn)生沉降。還有，由于套管與巖體之間為一流水通道，會(huì)引起路基內(nèi)孔隙水大量流失，孔隙水壓力減小，進(jìn)而影響路基土層顆粒繼續(xù)有少量變形，最終引起路面產(chǎn)生微小裂縫。

3 安全對(duì)策及建議

3.1 設(shè)計(jì)安全對(duì)策及建議

（1）由于目前我國高速公路重載車輛的增加，以及施工中眾多不穩(wěn)定因素的影響，當(dāng)管道埋深較淺時(shí)，開挖管道土層時(shí)路面將產(chǎn)生一定的沉降量，該沉降在精密施工下可以控制，因此建議套管頂部距路面頂部一般應(yīng)大于5m。

（2）由于穿越段高速公路為分離式高速公路，兩幅高速路管道穿越處較寬，加上考慮以后高速路擴(kuò)建問題，建議管段穿越長度應(yīng)有較長長度。

3.2 頂管作業(yè)安全對(duì)策及建議

（1）頂進(jìn)操作要堅(jiān)持：“先挖后頂，隨挖隨頂、少挖多頂”的施工原則。高速公路底部挖掘時(shí)，斷面開挖順序按自上而下分層開挖，嚴(yán)防正面坍塌，必要時(shí)應(yīng)采取支撐加固施工措施。

（2）頂鐵安裝應(yīng)平直，頂進(jìn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)防偏心，且隨時(shí)注意油壓變化，以發(fā)現(xiàn)頂進(jìn)施工中的不正常。在整個(gè)頂進(jìn)操作中應(yīng)堅(jiān)持連續(xù)作業(yè)，不得無故長時(shí)間停止施工作業(yè)。

（3）應(yīng)高度重視開挖質(zhì)量，開挖質(zhì)量不但影響施工效率，更重要影響頂進(jìn)管節(jié)的方向和工程控制，而且也會(huì)對(duì)高速路造成不良影響。對(duì)高速公路超挖巖層，應(yīng)立即用早強(qiáng)快硬水泥等進(jìn)行修補(bǔ)，建議超挖量不大于套管外直徑尺寸10mm。

（4）管底土基弧度在一定范圍內(nèi)要保持管壁與原土層表面吻合，若不吻合時(shí)，宜采用混凝土等填壓并使其密實(shí)。套管在頂進(jìn)時(shí)，必須對(duì)頂進(jìn)管段中線的方位和高程嚴(yán)格控制，以保證頂管的質(zhì)量，頂管中線若產(chǎn)生方位和高程上的偏差，應(yīng)及時(shí)糾正，以免進(jìn)一步影響施工質(zhì)量。頂管掘進(jìn)機(jī)切入巖體后，應(yīng)嚴(yán)格控制其水平偏差不大于5mm，其高程應(yīng)為設(shè)定標(biāo)高加上拋高數(shù)，其數(shù)值可根據(jù)土質(zhì)情況、管徑大小、頂管掘進(jìn)機(jī)以及頂進(jìn)坡度等因素確定。

（5）若頂進(jìn)作業(yè)較長時(shí)間停頓時(shí)，為防止開挖面的松動(dòng)或坍塌，應(yīng)對(duì)挖掘面采取正面支撐或全部封閉措施。頂進(jìn)速度宜適中，過快容易產(chǎn)生偏差并不易糾正，過慢易出現(xiàn)坍塌并影響施工進(jìn)度。

（6）下列情況時(shí)，應(yīng)暫停頂進(jìn)施工并及時(shí)處理：①頂管掘進(jìn)機(jī)前方有明顯障礙；②后背墻開始變形并有不斷放大趨勢(shì)；③頂鐵發(fā)生扭曲現(xiàn)象；④管位偏差較大且校正無效；⑤頂進(jìn)力超過管端的允許頂力；⑥油泵、油路發(fā)生異?，F(xiàn)象；⑦接縫中漏泥漿。

（7）由于高速路底部穿越管道受力較為復(fù)雜，建議保證焊縫質(zhì)量，并采取加大檢查頻率的方法，以此確保穿越管道施工質(zhì)量。應(yīng)做好管道強(qiáng)度檢測(cè)和密封性試驗(yàn)以及檢漏和防護(hù)措施，以防管道損壞或試驗(yàn)用水不慎大量流入路基而損壞了高速路。

（8）頂管施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)密觀測(cè)高速路路面狀況，施工中路面不得出現(xiàn)裂縫，路面沉降以不大于5mm為宜。若施工中路面出現(xiàn)裂縫等病害因素，應(yīng)立即停止施工作業(yè)并進(jìn)行加固，同時(shí)對(duì)公路采取補(bǔ)救措施。施工完畢后，要對(duì)操作坑用砂礫土等分層壓實(shí)填充，壓實(shí)度要達(dá)到公路路基相應(yīng)規(guī)范要求，并回復(fù)操作坑周圍地貌。

4 結(jié)論

頂管穿越施工對(duì)高速公路的影響主要是施工過程中和施工完畢后公路路面的沉降，其次還有欠挖頂管引起路面隆起等。針對(duì)這些問題，我們應(yīng)該通過對(duì)管道穿越高速公路的工程安全性進(jìn)行識(shí)別、分析，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，評(píng)價(jià)管道穿越高速公路的可行性，合理使用有效管理方法與技術(shù)手段對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行有效控制，確保管道與高速公路的安全性，使項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)降到最低水平，最終達(dá)到保證管道和高速公路安全的目的。

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[5]《公路、鐵路、河流穿越作業(yè)指導(dǎo)書》（GJ7000-XSAX-ZY-0328-2012）[S].

[責(zé)任編輯：張濤]