人行通道顶管施工中几个风险现象的分析

人行通道顶管施工中几个风险现象的分析

提要：实践表明，过街人行通道采用矩形顶管施工方法的优越性是显著的，为进一步做到安全、快速、经济、有效和完善这一施工方法，根据参与南京市几个过街人行通道设计与施工方案的论证和实践中出现问题的讨论与决策，对几个风险现象谈点浮浅认识，供工程实践参考。文章主要从三个方面展开论述：一是易出现的风险现象；二是对风险现象的原因浅析；三是避免风险现象的几点建议。

关键词：矩形顶管；施工风险；过街通道；岩土工程

过街人行通道是一种在土层中的浅埋地下工程,常用的施工方法有：掘开式、浅埋暗挖法和顶管法。三种方法各有特点，具体选用需根据工程地质条件、建筑环境、交通、人流、城市规划和地下空间规划等而定。南京市已建和在建的几个人行过街通道，除半山园过街通道因土质条件较好采用浅埋暗挖法外，其余如西祠堂巷、军区总院等过街通道均采用矩形顶管施工方法。从已做的几个顶管工程来看,均较为成功，且越做越有经验，并有所创新。近年来，南京还有多条过街通道将采用同样的顶管法施工，从总结经验角度，冒昧地谈谈已做顶管工程中易出现的几个风险现象及原因，对如何防范也作几点建议。

1、易出现的几个风险现象

1．1 渗漏、涌水和流砂影响建筑环境，贻误工程进度。南京市几个顶管工程在工作井中、顶管进出洞时以及工作井与联通道联结等处，均有不同程度渗漏、涌水和流砂现象，由此带来一定的负面影响：1）地面随机塌陷；2）周边建筑物的裂损；3）影响工程正常进程。流砂造成的塌陷一般在水土流失的坑周，部位带有很大的随机性，也就是常说的“不知在什么地方塌下来”。最近施工的一个接收井在西南侧3m左右，由于支护体系渗漏，产生直径约3m、深2m的塌陷坑，这是一种比较危险的现象。值得注意的是在道路硬地坪下发生这种现象（常称“硬桥”现象）更加危险。由渗漏水产生的附加沉降，往往是差异沉降，这对没有足够抗力的条基房屋就会造成裂损。同样是上面的一个接收井，因渗漏，北侧二层楼房地坪、窗台开裂，围绕接收井北、西、南三方向地面产生环状裂缝。一旦发生渗漏，处理很费时，少则3~5天，多则十来天，一个40m长的顶管工程，一般只需十天左右就完成顶进工作，相比之下，渗漏的处理倒成了控制工程进度的主要因素。

1.2挖掘作业不慎，损坏了地下管网。一般而言，因环境变形对地下管网正常使用造成的威胁主要是刚性管网（如：混凝土管，铸铁管等），真正由拉变形引起管网破坏现象并不多见。主要是施工作业不慎，损坏管线现象较多。举两个例子：1）损坏支水管发生涌水；2）砸断煤气管造成险情。一顶管出洞时，出现地面沉降现象，报警后立即开挖下方的上水管，发现下沉5cm，此时施工方既紧张又着急，抢险动作很快，不小心把主管侧一支水管砸断了引起涌水。同样这个工程在挖泥浆地时，砸断煤气管，当时煤气冲高10余米，幸好应急措施得力，事

故没有扩大。

1.3 不了解地下障碍，给顶进作业带来困难。一顶管工程，开始进展比较顺利，每天顶进3至4节，即4.5到6.0m。但顶进至24m时，顶力突然增大，远远大于23mpa，当时地面隆起10cm。顶管机头内左侧的60cm×40cm螺栓封闭的钢板窗口被挤开，大量的地下水倾泻而入，洞内一片混乱无法顶进，被迫停工。后经窗口清理出的有残断砌体、50-60cm之大的岩石和杂乱的建筑垃圾。经进一步勘察明确，在顶进前方存在不明数量和部位的地下障碍，决定采用竖井沉降。历时20多天的清障工作，顶进得以重新掘进。这种现象比较少见，但在位于南京六朝古都的旧城区进行顶管工程，对此却不能不有所警惕，不可掉以轻心。

1.4 因顶进对土体扰动引起的地面变形。顶进过程对土体的扰动和“背土”是客观存在的现象。中山东路几个顶管工程，随着顶进作业，地面均出现沉降和路面、路牙及周边建筑物散水开裂的现象。

2、对风险现象原因的浅析

风险现象是一种感性认识，只有将感性认识提高至理性认识，才能防范于未然。针对上述的风险现象，说点浮浅认识。

2.1 工勘资料未能全面反映地层结构及土层真实性状。这里原因比较复杂，有费用问题，有水平问题，也有责任与诚信问题。现在仅从技术层面，谈谈一孔之见，尽管是个别现象，但对一个具体风险，就可能成了主要原因。1）勘测点少。因此不能全面反映地层变化；2）土层属性描写过于粗糙；3）土层的分界线划分误差过大;4）给出的土层系数（K）与实际不符，判定为渗透系数小的地层反而出水量大，相反也然，几乎成常有的事实；5）地貌、地史的描述太宏观，动辄就是长江河漫滩，二级阶地等，这是需要的，但更需要微观地貌，本工程地貌特征，所谓常说的“针对性”。

2.2 止、降水工艺存在缺陷形成渗漏通道。根据几个顶管工程实践，将存在此类的缺陷罗列如下：1）降水井制作不规范，滤管不到位，绿豆砂不连续，滤网模数不匹配，洗井不充分，降水效果不好，甚至抽不出水；2）止水桩未进入隔水层或者绕流长度不足；3）止水桩在深部搭接宽度不够，形成“裤叉”；4）工作井底加固桩体与工作井支护之间存在施工缝；5）SMW工法在型钢抽拔除后，留下竖向渗流通道；6）工作井进、出洞口加固区的深搅桩与工作井受力桩结合不紧密；7）粉砂地层中灌注桩在高水位条件下露筋，形如“鸟笼”；8）工作井坑底加固采用地面空搅，标高控制不准，坑底加固桩头不到位，高低不一；9）深搅止水桩由于水泥用量不足，搅拌不均匀，质量差异，抗渗性达不到10-7cm/s要求；10）对先期工程的扰动，土体损失形成渗流通道认识不足等等。

2.3对相应施工工艺缺少深入理性认识，结果事与愿违。举2个例子。1）利用高压旋喷桩作为止水帷幕或者用来封堵渗漏点，效果总是不尽理想，这是因为一般都先做灌注桩，后做旋喷桩，这样旋喷桩不易与灌注桩紧贴，存在不同间隙。高压旋喷桩，即是三重管旋喷水压加只有20mpa，切割不了C25或C30灌注桩。反之如果先做旋喷桩后做灌注桩，两者可以很好结合，止水效果是会比前者好。

另外，高压旋喷桩在不同土质条件下，形成的桩径不同，在相同压力下，在粉土中，可以形成60cm直径的桩体，而在砂土中只能形成40cm的桩体。对于粘性土，桩径随着N值增大而减小，可由d=50cm降至d=35cm，一根高压旋喷止水桩通过不同的土层，即可能形成不同截面的桩径，如此与灌注桩就不能很好贴合，形成渗水通道。2）在控制涌水应急措施时，常采用深井降水，以降低工作井内地下水位。其基本原理是“通过管井降水形成降水漏斗曲线来降低井内水位”。这种降水漏斗形成与边界条件有密切关系。3）施工过程不善于用定量的数据判定出现风险的可能性。

2.4 监测工作尚未起到信息化施工的作用。众所周知，土体是一种极不均匀的三相体系，很难用一种介质模型准确地计算出相互作用的力学形状，监测工作就成为一种直观反应上的力学行为的有效方法。根据各种监测数据可以验证设计与施工方案的正确性，预测工程进展中可能出现的风险，指导施工顺利的进行，是一种信息反馈行为，称之为信息化施工。几个顶管工程的监测工作，确实起到了一些作用，但是在监测点的设置上存在明显缺陷，影响到监测数据的可靠性和有效性。1）对生命线(地下重要管线)监测数据不实在，是以管线上[FS:PAGE]方地面变形量作为管线的变形，特别是硬地坪或路面上设置管线监测点，数据与实际相差更远；2）监测土体深层位移，将测斜管设置在支护的灌注桩内。一根D800或D1000，C30受二或三道横向支撑钢筋混凝土灌注桩，刚度是相当大的，要使其达到毫米量级的水平位移，要有多大的水平力，桩后土体要发生多大的挤压变形？所以，由此测得水平位移很少时，而地面早就出现裂缝；3）地面沉降监测放在路面硬壳层上，测不出真正要了解硬壳下土体的变形，有时土体已发生塌陷，由于“硬地坪”作用，监测点的变形还在允许范围内；4）监测数据报表与顶进进程分离，不能直观表达顶进过程的变化（超挖、欠挖、左右摆动、抬头、低头等）与监测数据关系，无法起到信息化施工作用；5）地表建筑物监控缺少“时程曲线”，例如，房屋开裂了，裂缝多宽，多长，分布特征，随时间变化规律如何？是发散了，还是收敛了，由此，才可以决策是否要加固。同样地下水水位观测也是如此，没有给出水位变化的时程曲线。目前的监测工作一个普遍的缺陷是不够细致，偏于简单，更少有能做到风险的预报。

3、避免易见风险的几点建议

3.1 要有相对正确，可靠全面的工勘资料。地层结构表达应符合场地实际情况，场地历史变迁及其对工程影响应明确交待，有关暗沙、暗塘、地下障碍，前期工程的扰动影响，对地下水补给，经流，排泄路径及分布（如等水位线图等）与特征应着重说明，渗透系数最好能以现场试验确定，不宜套“手册”数据。

3.2 对建筑场地环境应定量了解，如地面建筑与工程位置几何关系，基础的型式，建造的年代，使用上的特殊要求等。对地下管网，要掌握其埋深、类型、材质、走向、接头，与顶管路径几何关系，设置的年代，当时的施工工艺。这样才能预测在顶进过程的扰动是否会发生风险和风险程度以及如何制定应急方案。 3.3 对施工作业对土体扰动应有基本理性认识。明挖通道顶管施工可能影响变