那雯祺 李琳 張暢

摘 要：城市化不斷的推進(jìn)，使得地下管廊被越來越多的投入使用。本文基于修建地下管廊最為方便的方法，即頂管施工與修建隧道廣泛應(yīng)用的新奧法相結(jié)合，簡要闡述將新奧法應(yīng)用到頂管施工中對于地面變形的影響。

關(guān)鍵詞：新奧法；頂管施工；地面變形

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化的不斷推進(jìn)，地下管廊被更多地投入開發(fā)中，而地下管廊的施工方式中頂管施工越來越多地被采用，頂管施工的優(yōu)勢為很多人熟知，新奧法作為近些年應(yīng)用廣泛的施工方法為更多人所接受，而筆者希望將頂管與隧道施工方法的新奧法結(jié)合，最大限度地發(fā)揮新奧法的自我優(yōu)勢，完善發(fā)展頂管施工，希望能更大地發(fā)揮頂管施工在城市地下施工方面的優(yōu)勢。

1 頂管施工概念

頂管施工是繼盾構(gòu)之后發(fā)展起來的一種土層地下工程施工方法，主要用于地下進(jìn)水管、排水管、煤氣管、電信電纜管等管道的鋪設(shè)施工，它不需要開挖覆層，并且能夠穿越公路、鐵路、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等，是一種常用的敷設(shè)地下管道的非開挖施工方法。其原理即是預(yù)先在工作坑內(nèi)設(shè)置支座和安裝液壓千斤頂，借助千斤頂?shù)耐屏⒕蜻M(jìn)機(jī)和已成管道沿著隧道的準(zhǔn)線，穿越土層一直推進(jìn)到接收坑，從而達(dá)到在不破壞地面以及地下構(gòu)筑物的前提下，盡量少開挖甚至不開挖土層，達(dá)到相關(guān)地下的管道埋設(shè)的一種方法。

2 頂管施工的發(fā)展優(yōu)勢

頂管施工時，采用的是機(jī)械開挖的方法，且為在地下的推進(jìn)施工，因而更加的省時省力，更加的經(jīng)濟(jì)，從而達(dá)成施工方法更經(jīng)濟(jì)的目的，而頂管的管節(jié)長度大概為2至4米，因而施工成本要較為低廉。頂管的優(yōu)勢使得這種施工方法在城市地下管廊施工中被廣泛采用。

眾所周知，城市的高速發(fā)展帶來更多的需求，尤其在生活管道方面，管線的數(shù)量需求增多，而老舊管線的更替也是一個困擾城市居民的問題，因為無論是更新管線還是更替管線，由于城市高樓聳立，道路縱橫交錯，各種管道均埋設(shè)于道路下方或者基礎(chǔ)附近，傳統(tǒng)的管線埋設(shè)不是埋設(shè)于城市建設(shè)初期就是采用明挖的方法，而明挖的方法由于直接在需要鋪設(shè)管道的地面開挖，會形成馬路拉鏈，阻礙交通，為繁忙的城市交通帶來很大的麻煩，所引起的連鎖反應(yīng)諸如為緩解交通投入的大量人力物力，使得明挖的傳統(tǒng)方法在經(jīng)濟(jì)方面存在很大的劣勢。頂管施工順勢而生，只需要在城市的邊遠(yuǎn)地區(qū)如郊區(qū)開挖發(fā)射井與接收井，只需要相比較以往很少的開挖量，剩余的工程均在地表以下進(jìn)行，減少了對城市地面的破壞，降低了人力的消耗，使施工過程更加簡明快捷；由于主要推力由千斤頂提供，不需要人工進(jìn)行管道鋪設(shè)，使得施工更加安全文明；且施工的路面不需要再進(jìn)行圍擋，城市交通并不會被破壞堵塞，可以照舊暢通無阻，這樣傳統(tǒng)方法會引起的經(jīng)濟(jì)損失被完全挽回。

頂管施工的眾多優(yōu)勢使得此種方式被廣泛應(yīng)用于大大小小城市的管線施工當(dāng)中，且成為新型城市施工方法中的翹楚，但是頂管施丁的諸多優(yōu)勢并未被全部研究開發(fā)出來，頂管施工的相關(guān)研究值得我們更多的開發(fā)使用。

3 新奧法概述

新奧法，新奧地利施工法（New Austria TunnellingMethod）是一種基于并且繼承于傳統(tǒng)礦山法發(fā)展的新型的設(shè)計與施工方法，基本思想是充分利用圍巖的自我承載能力和開挖面的空間約束作用，具體采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段，及時地對圍巖進(jìn)行加固，從而約束圍巖的松弛和變形，是一種充分利用圍巖的自承能力來進(jìn)行地下工程的施工以及設(shè)計的新型方法。

與新奧法相對應(yīng)的就是傳統(tǒng)的礦山法，傳統(tǒng)的礦山法并不考慮圍巖的自承現(xiàn)象，直接進(jìn)行開挖，不考慮圍巖自承導(dǎo)致的計算施工量增大同樣增加了人力物力，使得經(jīng)濟(jì)上蒙受巨大損失，而新奧法應(yīng)用于隧道建設(shè)中可以最大限度地減少經(jīng)濟(jì)損失。在施工安全的保障下減小施工量，新奧法因其在巖石隧道施工方面的巨大優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于巖石隧道開挖中，所以本課題將廣泛應(yīng)用于巖石施工中的方法應(yīng)用于土方施工中。據(jù)查閱資料，土方的自承能力與埋深有著很大的聯(lián)系，埋深越深自承能力越大，城市管線大多埋設(shè)于較深的地層，因而筆者思考將新奧法與頂管施工相結(jié)合，在頂管施工開始的施工量計算中考慮到土方的自承。這在千斤頂推力計算過程中可以減小推力的最終計算數(shù)值，而推力數(shù)值的減小意味著人力的減少和施工設(shè)計造價方面經(jīng)費的減小，這也是現(xiàn)代施工設(shè)計所一直追求的。同時在國內(nèi)外相關(guān)研究中，兩者的結(jié)合還是一個相對空白的領(lǐng)域，相關(guān)的學(xué)術(shù)論文并沒有很多，這樣的空白領(lǐng)域更值得我們?nèi)ヌ剿餮芯?。而新奧法在隧道開挖方面的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢已經(jīng)得到了驗證，可以預(yù)見新奧法真的成熟運(yùn)用于頂管施工時可以在城市施工方面帶來的巨大優(yōu)勢。綜上所述，新奧法的前景是非常廣闊的，而頂管施工的優(yōu)勢又并未全部被開發(fā)出來，兩者的結(jié)合定是一大創(chuàng)新，可能會開創(chuàng)一個地下施工設(shè)計的新紀(jì)元。

4 關(guān)于地面變形的問題概述

眾所周知，頂管施要因為其經(jīng)濟(jì)性、施要便捷性以及少開挖的特性應(yīng)用于城市內(nèi)的地下管廊施要或者新舊管廊的替換施要，其最為顯著的優(yōu)勢就是對于地面建筑物以及原有的地下構(gòu)筑物破壞較小，對于地面變形影響較小，而新奧法正是利用圍巖的自成拱的原理，利用圍巖的約束來進(jìn)行地下施工設(shè)計，將新奧法中的圍巖自成拱的的原理加入到頂管施工千斤頂?shù)耐屏τ嬎阒?，從而減小周圍土層的壓力，進(jìn)而減小對于地面的變形。

頂管施工會造成土體應(yīng)力狀態(tài)改變以及地層損失而引起的地面變形，應(yīng)力狀態(tài)改變只會在頂管施工時引起短暫的變形，隨著開挖面的遠(yuǎn)離，地面逐漸恢復(fù)，故在實際計算施工中對地面的最終沉降計算只需要計算土體損失、注漿填充以及失水固結(jié)，對最大隆起的預(yù)測計算需要考慮頂管機(jī)以及后續(xù)環(huán)節(jié)對土體的作用力。

傳統(tǒng)算法認(rèn)為土體完全作用于管節(jié)之上，因而傳統(tǒng)算法計算的相關(guān)推力較大，造成了一部分人力以及經(jīng)濟(jì)上的損耗，而將新奧法引入推理的算法中，將土體自成拱的擠壓力加入到土體的作用力中，可以簡化計算，使得結(jié)果更加經(jīng)濟(jì)化。

采用新奧法構(gòu)筑隧道可以使得圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同工作，最大限度發(fā)揮圍巖自身原有的支承能力，因此與傳統(tǒng)的鋼拱架厚混凝土支護(hù)體系相比，施工方便并節(jié)省人力資源，因而在開挖計算施工中，在巖體開挖隧道后從變位產(chǎn)生到巖體破壞會有一個相應(yīng)的時間效應(yīng)，使得土體自成拱的天然承載力成為圍巖自我支撐力的一部分，成為一個統(tǒng)一的支撐環(huán)，共同形成一個長期穩(wěn)定的洞穴。

這里可以做一個假設(shè)，將新奧法的自成拱的土體自身的承載力加入到推力的計算過程中，可以做相關(guān)的實驗，計算不同土體埋深下的土體自成拱產(chǎn)生的土體約束力，并總結(jié)相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)一步地得出結(jié)論，可以計算更為經(jīng)濟(jì)的埋置深度使用推力的大小，將頂管施工與新奧法最大限度地結(jié)合，使其更為經(jīng)濟(jì)安全，填補(bǔ)相關(guān)研究方面的空白，創(chuàng)立新型的設(shè)計施工方法，將創(chuàng)新與實際施工相結(jié)合，在施工中不斷完善施工方法，使其更加完善。

5 結(jié)束語

對于頂管施要的使用越來越廣泛的現(xiàn)狀，我們要采用更多的方式改進(jìn)發(fā)展頂管施要的要藝，使得地下管廊的施工對周邊環(huán)境影響降低，從而在對周邊環(huán)境影響最小的情況下，更好地對地下空間進(jìn)行最大限度的開發(fā)利用，這是現(xiàn)代施工設(shè)計的需求，也將成為社會科技創(chuàng)新的巨大成果。

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