中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 浙江杭州 310000
一、工程概况
1.1项目简介
省府路人行通道工程位于杭州市省府路，包含东、西两个人行通道，人行地道呈“一”字形垂直横穿省府路。
1.2工程地质
②1粉质粘土（alQ43）：灰~灰黄色，软塑～可塑，含氧化铁质及有机质，俗称“硬壳层”。属中偏高压缩性土。层厚1.80～4.33m。
②2砂质粉土（alQ43）：灰色，湿，松散～稍密，含多量氧化铁斑状体、云母碎屑，局部夹有淤泥质粉土粘土。实测标贯锤击数5～9击，平均值为7.1击。属中等压缩性土。
④1淤泥质粉质粘土（mQ42）：灰色，流塑，具鳞片状结构，含有机质、腐殖质，为高压缩性土。局部缺失，层厚0.90～8.90m。
1.3水文地质
（1）地表水
场区东侧约130m处为桃花河，河宽约19m，水深约1.5m，，河水位、流量主要受季节性大气降水的控制。
（2）地下水
根据地下水的含水介质、赋存条件、水理性质和水力特征，勘探揭露范围内场地地下水类型主要是第四纪松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水。
二、在淤泥质地层矩形顶管推力与后靠背承载力的变化
施工对土体的扰动将引起土体的土压力、孔隙水压力等发生变化，引起地面沉降。顶管施工对土体的扰动则表现为顶管机对土体的挤压和松动、加载与卸载、孔隙水压上升与下降所引起土性的变异、地表隆起与下沉等。
顶进推力过大→顶进速度过快→土仓内控制土压力>周边土体的地下水压力和被动土压力之和→地面隆起；顶进推力过小→顶进速度过慢→土仓内控制土压力<周边土体的地下水压力和被动土压力之和→地面下沉；因此应根据现场实际情况控制好顶推力度，确保顶管机土仓内土压控制在顶管机所在土层的主动土压力与被动土压力之间（动态土压平衡），以此减小对土体的扰动。
顶管机顶进推力验算公式：
P=S×qr+（R×F+W×f）×L
式中P——顶力（t）
S——刃刀的外周长（m）；qr——顶进端的阻力（t/m）；R——土和管的摩擦力（t/m2）
F——管的外周长（m）；W——管的单位重量（t/m）；f——管自重的摩擦系数
L——顶进长度（m）
1、需用顶力计算
封闭式顶管的顶力R估算由掘进机前端的迎面阻力N和注入触变泥浆后的管壁外周摩阻力F组成，其公式表示如下：
R=N+F=S×Pt+f×L×l
S：机头截面积(23.4)，m2Pt：机头底部以上1/3高度处的被动土压力，KN/m2
Pt=γ(H+2D/3)tg2(45°+φ/2)
=18.8*(6.0+8.9/3)tg2（58.35°）
=475.8KN
γ：土的容重，KN/m3H：管顶土层厚度，mD：掘进机高度，m
φ：土的内摩擦角度f：采用注浆工艺的摩阻系数，可通过实际试验确定，一般取f=4～6KN/m2
L：机头或管节周长，ml：顶进长度，m
R=475.8*23.4+5*23.3*20=13463.7kN
2、顶力验算
工作井基坑开挖范围内穿越地层主要为淤泥质粉质粘土，根据原省府路地道施工图设计阶段勘察提供的物理力学参数指标，淤泥质粉质黏土摩
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工作井基坑开挖深度为11.5m，主体结构后靠背侧墙上端距地表距离h1为6.0m，侧墙高度h2为6.5m，围护结构入土深度h3为12.0m，工作井宽度b为10.0m；根据《顶管施工技术及验收规范》，后座稳定性计算简图如下：
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图简化的后座受力模型
经过东西通道顶进推力与顶进距离的关系图，可以分辨出顶进推力和地层关系更为明显，地质直接影响顶进推力。在触变泥浆的作用下，顶进距离对顶进推力的作用不明显。
与模拟计算顶力进行对比，实际推力小于计算顶力，安全系数在1.3以上，在淤泥地层中安全系数达到2.0。充分证明计算建模参数的选取符合规范要求，参数选取值相对安全，在市场经济竞争的条件下，经过试验数据进行选取，相对较经济。
三、矩形顶管在淤泥质地层的沉降速率的变化
矩形顶管在顶进过程中顶进速率与地表沉降成线型关系，顶进速率大引起地表沉降速率大，在淤泥质地层中反映更为灵敏，同时淤泥质地层沉降有蠕变。
出土量的大小直接影响地表沉降，当出土量大于设计值时，偏差越大，沉降越大，地表沉降与出土量有直接的影响。顶进过程中严格控制出土量。
四、矩形顶管顶进速率的变化
顶管机顶进速率，直接影响到土仓内土压力的变化。顶进过程中应控制顶进速率，确保土压平衡，从而防止顶进过程中导致地面的隆起或者下沉。顶进速率与地表沉降呈线性关系，顶进速率越大，地表沉降越大。
五、防止矩形顶管机在顶进过程中防止磕头现象的发生
矩形顶管机在顶进过程中有磕头的现象发生，每次顶进完每环管节时，油缸收回时，顶管机有明显的后退现象，为了防止顶管机后退过大，造成掌子面不稳定，在始发洞门位置安防止退装置，用螺栓与管节进行相连，螺栓孔在止退装置上。每次螺栓与管节连接后，才收回油缸的顶力，经过多次现场测量，管节后退约20mm-30mm。
为了防止顶管机磕头，导致顶管成洞线型与设计偏差较大，在始发时，顶管机预抬30mm,经过顶管机出洞后进行贯通测量，顶管机出洞后按照设计值出洞，很好的控制了线型。
同时，每顶力一节管节对线型进行复核一次，发现偏差后及时进行调整，调整采取油缸进行微调，按照反方向进行先顶或先收油缸，偏差较大时，采取加大反方向顶力进行调整，过程中及时进行调整，以免偏差较大纠偏困难。控制顶管的线型，提高顶管成洞质量。
六、矩形顶管机触变泥浆参数及触变泥浆注入量控制
触变泥浆参数影响着顶管推力的变化，有效防止地表的沉降和隆起，根据地质不同，合理控制泥浆参数，有效控制地表及周边建筑物的安全，同时确保周边管线的安全，控制顶管成洞质量。
矩形顶管进顶进时压浆是否及时，直接影响到了形成的泥浆套是否完整、有效；根据管道周边土层特性的不同，注浆量也会变化，施工中还需根据土质情况、顶进状况及地面沉降的要求等做适当的调整。
七、矩形顶管线型的控制
矩形顶管顶进后一直处于不稳定状态，随着触变泥浆的流动而变化，导致矩形顶管线型的控制难度增大，矩形线型控制的好坏受矩形顶管的长度、泥浆参数影响较大。矩形顶管顶进时间越长，线型的控制越难。研究顶管线型的控制关键因素，制定合理措施控制线型。