赵恒，孙超，张伟
国网山东省电力公司乐陵市供电公司 253600
摘要：在城市市政工程建设中，运用顶管施工能够提高建设的安全性及效率。市政管线与轨道交通同为地下结构，往往市政管线施工会对既有轨道交通区间的结构造成一定影响。因此，本文主要以顶管法施工市政管线工程对合肥既有轨道交通的区间结构影响进行分析，有效保障既有轨道交通结构的安全性。本文对顶管顶进施工过程对邻近地下管线的影响进行分析，以供参考．
关键词：顶管顶进；邻近地下管线；影响分析
引言
①对于地下市政管线采用顶管法施工上跨既有轨道交通区间结构，严格控制顶管土仓压力、推进速度、出土量及壁后注浆，可以有效控制既有轨道交通的变形。②利用Midas/GTS有限元软件进行三维模拟计算，预测顶管施工对既有轨道交通结构的变形影响，可以更加有效地指导现场施工，保护既有轨道交通结构的安全性。③在地下市政管线顶管施工对既有轨道区间结构的影响前提下，其应急方案需要施工单位在施工时加强监测，做好应急预案。在开工前成立由各方参加的抢险小组，做好思想上、物质上及人力上的准备。施工过程中，如发现区间隧道结构变形过大，应立即停止施工。并告知各方协调查明问题。
1概念
作为一种非开挖施工工艺，顶管在市政工程得到广泛应用，避免了开挖支护对周边空间的占用及交通的影响，也最大程度地减小了对周围土体的扰动。但如果邻近地下管线相距较近，顶管的挤土效应也不能完全忽略，因此必须合理分析，准确评价，必要时甚至需要采用适当的补偿措施，也是顶管设计时需要重点考虑的。本文采用三维有限元方法来模拟东方排洪渠整治工程中新增排洪管涵从高速公路高架桥底穿越对相邻垂直交叉的桥桩基础及地下管线的影响，定量评价其对桩基础承载和燃气管线运行安全的影响，为是否需要采用补偿措施提供决策依据。
2论述
随着城市化进程的加快，地下管网、市政道路和建(构)筑物密集区新建工程日益增多，同时对周围环境产生较大影响，引发的工程事故也越来越多，如地铁管片开裂、建筑物不均匀沉降和倾斜、市政管网破损开裂等。这些工程问题造成的经济损失和社会影响都较大，特别是被誉为城市生命线工程的地下管线，供水和电力管网的破坏直接影响城镇居民的生活和安全。因此，近几年新建工程施工对已有地下管线的安全影响及保护措施越来越受到政府行政管理部门的重视，也成为当前一个重要课题。新建顶管工程下穿既有管线会对临近管线产生影响，主要原因是顶管顶进施工过程中会引起顶管周围岩土体应力场和位移场的重新分布，从而引起既有管线结构周围岩土体应力场和位移场的变化。[2]因此，顶管施工期间要根据对下穿管线周围岩土体位移场或应力场的影响程度来采取相应工程措施。合理选择控制下穿管线变形、施工工艺，确保下穿期间既有管线安全正常使用，成为工程界必须解决的课题。
3顶管施工引起土体扰动机理分析
3.1顶管施工引起周围岩土体变形特性
进行开挖时，顶管机会推动前方的岩石体并扰乱周围的岩石体。房间的灯光等根据现有工程信息和实际测量数据，通过对比分析给出了上部管施工时周围土体扰动区域的图。实施上部管会导致周围岩体的应力场和位移场发生变化，在不同扰动区域实施上部管的效果因两者之间的距离而异。
3.2顶管顶进施工引起的地层损失特性
顶管施工可能会导致周围土层流失，导致地体围绕顶管和施工工作平面移动，最终导致现有管道变形。原因如下:(1)顶部管道外部出现年度真空；(2)挖掘土壤；(3)在上部管道顶板入口时用周围土体擦洗；(4)顶管施工时承重墙变形；(5)上部管道刀具管路的入口和出口；(6)顶管反弹。
4优化方案
综合管廊入廊管道原设计采用分段明挖开槽后直埋管道并浇筑混凝土保护的方法。
考虑到分段明挖开槽对既有管线的风险高、对有轨电车及市政交通影响大、施工进度慢等问题，提出了使用顶管法下穿既有管线的方案。针对砂卵石层丰富的地下水，辅以深井井点降水措施，能有效解决地下水水流量大、降水要求深、施工场地狭小等问题。采取地表袖阀管注浆提高地基强度和承载力的方法，防止地表沉降影响市政道路行车安全、既有管线运行安全及施工安全问题发生。
5下穿既有管线顶管施工
5.1管道顶进施工工艺流程
1)测量放样。测量人员根据相关施工图进行精确定位，确定顶管始发位置、高程及顶进方向。2)设备安装及调试。在顶管背面设置装配式后背墙，根据顶管管道测量放样确定导轨间距、平面位置及高程。2台400t千斤顶垂直顶管竖向中心对称安装并调试。为减小顶进过程中前端的阻力，在第一根套管的前端安装由长0．5m、厚15mm钢板卷制而成的工具切削管。3)管道开挖。为确保安全，掘进面与顶管前端距离必须控制在10cm以内，顶管及时跟进。开始顶进时要慢，待管周密合后正常顶进。顶管开挖出的渣土，由人工通过平板车将渣土运转至工作井位置，收集在装土箱子中，然后吊运到地面，运至指定弃土场，当天不能外运时，用密目网覆盖。4)下管就位。下管前人工破除管端处的顶坑护壁，第一节管吊运到钢导轨后开始测量，确认管体中心及前后端的高程合格后顶进。第一节管的顶进方向与高程的准确是整段顶管施工质量的保证。顶管管节接头处采用膨胀水泥砂浆及沥青麻辫连接。5)顶进测量及纠偏。沿管道全线设置沉降观测点，并定期观测、分析，当路面沉降值＞2cm时立即停止施工，分析原因，采取有效措施后才能施工。测量人员是顶管施工技术的核心，要全过程测量控制，测量频率不得超过1m。管道中线、高程一旦发现偏差要逐步纠正，不能猛纠硬调，避免产生越纠越偏的结果。
5.2顶管背后压浆
顶管顶进施工结束后，顶管内开孔埋置注浆管压送水泥砂浆至管道背后，保证管周密实。开孔纵距为5m，每断面均匀布置3孔，梅花型布置。依次由低往高均匀对称注浆，每个注浆孔做好编号及注浆记录，以免发生漏注现象。
6数值建模及计算假定
6.1有限元模型
根据顶管尺寸及对周边土层的影响，确定计算范围为：管线两侧各向外取党员大于10D管（顶管外径），桥墩外侧大于10D桩（桥桩直径），取20.0m。从地面往下取20.0m；管线轴线方向，次高压燃气管道侧从管道处往外20.0m，靠近上晋钛金厂侧桥桩处往外取20.0m，共72.6m。模型尺寸72.6m×40.0m×20.0m（长×宽×深）。各土层厚度根据地勘报告取平均值，地层参数根据表1选取。管线、桥桩及燃气管道的位置按实际情况建入模型。模型中土体单元采用Solid45单元，管线采用Shell43单元，桥桩及燃气管线采用Beam188单元。管线处单元尺寸0.5m×0.5m，边界处单元尺寸2m×2m。
6.2数值模拟
计算模型范围内模拟顶管顶进分为12段进行模拟。每顶进1段，于顶管前舱面施加附加的正面推力，通过单元的激活以及失效控制命令激活该段的顶管单元，设置该段的土单元为失效状态，使之模拟施工开挖过程。12段开挖则分为12个荷载步逐步施加。
结束语
顶管施工对桥桩引起的附加应力导致产生的位移0.12mm、弯矩19.2kN·m、剪力4.8kN，在结构允许的附加变形及受力范围内，不影响高速公路正常运行。对于次高压燃气管线，受影响位移最大0.24mm，在其能承受的变形范围内，不影响正常运行。
参考文献
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