矩形顶管施工引起地面变形控制措施

矩形顶管施工引起地面变形控制措施事物往往是正反两方面存在的。矩形顶管技术解决了在城市密集地区采用非明挖施工减少对城市交通影响的问题，但其施工过程不可避免的对周围环境产生一定的影响，当这种影响较大时会导致建筑物丧失使用功能，道路中断，管线开裂，人身伤亡等。因此，在实际工程建设中，要将矩形顶管施工引起的地面变形量降到最低阈值。

1 控制开挖面稳定

控制开挖面稳定可降低对层的扰动，是控制地层损失、减小地面变形的有效措施。保持开挖面稳定是通过土仓压力来平衡开挖面前方压力。

从理论上分析，在管节顶进的过程中，如果密封舱内土压力P 小于所处地层主动土压力PA，即P＜PA 时，开挖面支护力不足，造成地面沉降。反之，如果密封舱内土压力P 大于所处地层被动土压力为PB，即P＞PB时，开挖面支护力过大，造成地面隆起。

如果把密封舱内土压力控制在PA＜P＜PB 范围内时，可以保持土压平衡。但是在工程实际操作过程中，尤其是隧道埋深较大时，PA 到PB 的变化范围较大，再者理论计算与实际值之间存在一定范围的误差，所以必须进一步限定P 的范围。一般密封舱内土压力P设定在静止土压力Po±20KPa 范围内，同时务必保持开挖面前方地面的变形量控制在0～2mm 之间，如果沉降过大应适当调大土压力，反之，隆起过大应适当调小土压力。同时密封舱内土压力的控制还于运转条

件，如顶进速度、排土量、顶进速度和排土量同时改变等有关，在实际操作中当属顶进速度和排土量同时改变控制土压力的方法最为

理想。

在施工过程中，拼装管节或者增加顶铁时，已顶进的管节会后退。当顶管机和管节后退时，打破了开挖面的土压平衡，开挖面不能保持稳定，容易造成前方土体的塌陷。如果不采取有效措施，路基和地下管线的变形量将难以控制。为此，在前基座的两侧各安装一套防止后退的设施，以控制开挖面的稳定。

2 控制推进速度

推进速度与出土量是影响地面变形的主要因素。当推进速度过快时，土压力增大，地面会产生隆起，此时需要增加螺旋输送机的转速，提升出土速度，来保持切土量与出土量的均衡，同时适当降低推进速度。如果推进速度过低，土压力较小，地面会产生沉降，此时需要减小螺旋输送机的转速，降低出土速度，到达切土量与出土量的平衡，同时适当增加推进速度。由此可见，推进速度和出土量在控制地面变形是两个相辅相成的影响因素。因此，在工程施工中需要保持切土量与出土量相对平衡，才能控制对管节周围土体的扰动程度和地面变形量的变化，尤其要防止出现出土量过大的现象。

在工程实际操作中，将地表沉降的监测结果及时反馈给顶管机中控室操作人员，从而调整出土量和推进速度，使得地面变形控制在安全合理的范围内。

3 控制同步注浆

同步注浆可以有效的控制因顶管施工引起的地面变形。可见，在顶管施工过程中，泥浆有非常重要的作用。主要表现在三个方面：减阻作用，由于顶管管节与周围土体存在接触面，顶进过程相互之间会产生摩擦阻力，注浆后起到润滑作用，减少顶进阻力；填充空隙作用，由于顶管施工工艺本身的特点，管节顶进后与周围土层存在空隙，注浆能很好的充填到这些空隙中；控制地面变形作用，在注浆压力作用下稳定了周围土体，有利于减小地面沉降。隧道贯通，洞门封堵结束。对管道外壁进行充填加固，将进行浆液置换。置换浆液通过管节内注浆孔注入管道外部，置换出原注入的膨润土浆液，提高管道周围土体的强度及不透水性，从而进一步减小土体的变形。

顶管机穿越的地层主要为粉质粘土和粉细砂，地层具有一定透水性，导致泥浆的流失，使形成的泥浆套未达到预期效果。针对这些特点，施工前应根据地质条件、工程条件等因素，正确选用注浆材料和配合比，形成良好的泥浆套。本隧道采用超大断面矩形顶管机顶进施工，注浆压力和注浆量也直接影响到摩阻力和地表沉降。

4 控制顶进方向及纠偏

矩形顶管机按照隧道指定的设计线进行顶进是最理想的施工状态，但是顶管机施工是一个复杂的多工序系统，受到自身操作以及外来因素的影响，导致顶进方向发生改变，因此轴线控制是矩形顶管推进的重点控制部分。施工推进轴线与设计轴线发生偏差，就要进行纠偏，纠偏使一侧土体产生缝隙，另一侧受到挤压，造成地层损失的增加，从而地面变形增大。因此对纠偏技术提出了更高的标准要求，应

防止出现过大的纠偏。在顶管推进过程中，纠偏措施应遵循“多测量、多纠偏、缓纠偏”的原则合理控制，这样才能保障顶管推进准确、顺利、安全的施工。

5 其他控制措施

除以上控制措施外，还有其他的控制措施。施工前控制措施方面：合理设计隧道的管径和隧道的埋深：两者是影响地面变形的重要参数。如前所述，管径越大，引起地面变形越大，隧道埋置越深，由于土体的呈“拱”效应，对土体影响也将较小，两者的选择是考虑工程投资、功能以及施工环境综合确定的；选择适当的顶管机类型：机械式顶管机主要包括土压平衡式、泥水平衡式、气压平衡式顶管机，不同类型顶管机适合的地层不同，其在施工参数的控制精细度上也存在差异。应根据不同工程地质条件选择适合的顶管机，本工程选用土压平衡式顶管机推进，施工效果良好。施工中控制措施方面：进、出洞控制：由于工具管外径小于洞口直径，在工具管进、出洞口的过程会有空隙，地下水、泥砂进入工作井中，引起上部土体发生坍塌，影响结构物的安全。可以在洞口附近一定范围内采取高压旋喷、注浆、冻结、深井降水等加固措施；管节防水、止水技术：管节防水采用两道防水形式，第一道密封是在两管节之间设置橡胶胀圈，第二道密封是在端面之间注入混凝土浆液，使管节之间形成整体起到防水、止水效果。如果防水、止水效果不好，一是造成水土流失向隧道内涌水涌泥砂，使地面产生凹陷，二是管节接头存在夹角和错位，在后面的顶进过程造成轴线偏离引起不必要的地层扰动，所以要做好管节接头的密封和连接。

矩形顶管隧道是一个综合的建设工程，控制地面变形的措施不是单一因素决定的，而是各控制措施相互之间配合，将工程的施工对环境的影响降到最小程度。