新奧法對于頂管施工過程中地面變形的影響

那雯祺 李琳 張暢

摘 要：城市化不斷的推進，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用的新奧法相結合，簡要闡述將新奧法應用到頂管施工中對于地面變形的影響。

關鍵詞：新奧法；頂管施工；地面變形

0 引言

隨著社會經濟的不斷發展，城市化的不斷推進，地下管廊被更多地投入開發中，而地下管廊的施工方式中頂管施工越來越多地被采用，頂管施工的優勢為很多人熟知，新奧法作為近些年應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合，最大限度地發揮新奧法的自我優勢，完善發展頂管施工，希望能更大地發揮頂管施工在城市地下施工方面的優勢。

1 頂管施工概念

頂管施工是繼盾構之后發展起來的一種土層地下工程施工方法，主要用于地下進水管、排水管、煤氣管、電信電纜管等管道的鋪設施工，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、地下構筑物以及各種地下管線等，是一種常用的敷設地下管道的非開挖施工方法。其原理即是預先在工作坑內設置支座和安裝液壓千斤頂，借助千斤頂的推力將掘進機和已成管道沿著隧道的準線，穿越土層一直推進到接收坑，從而達到在不破壞地面以及地下構筑物的前提下，盡量少開挖甚至不開挖土層，達到相關地下的管道埋設的一種方法。

2 頂管施工的發展優勢

頂管施工時，采用的是機械開挖的方法，且為在地下的推進施工，因而更加的省時省力，更加的經濟，從而達成施工方法更經濟的目的，而頂管的管節長度大概為2至4米，因而施工成本要較為低廉。頂管的優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，城市的高速發展帶來更多的需求，尤其在生活管道方面，管線的數量需求增多，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，各種管道均埋設于道路下方或者基礎附近，傳統的管線埋設不是埋設于城市建設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，所引起的連鎖反應諸如為緩解交通投入的大量人力物力，使得明挖的傳統方法在經濟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地區如郊區開挖發射井與接收井，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，不需要人工進行管道鋪設，使得施工更加安全文明；且施工的路面不需要再進行圍擋，城市交通并不會被破壞堵塞，可以照舊暢通無阻，這樣傳統方法會引起的經濟損失被完全挽回。

頂管施工的眾多優勢使得此種方式被廣泛應用于大大小小城市的管線施工當中，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勢并未被全部研究開發出來，頂管施工的相關研究值得我們更多的開發使用。

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礦山法發展的新型的設計與施工方法，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手段，及時地對圍巖進行加固，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行地下工程的施工以及設計的新型方法。

與新奧法相對應的就是傳統的礦山法，傳統的礦山法并不考慮圍巖的自承現象，直接進行開挖，不考慮圍巖自承導致的計算施工量增大同樣增加了人力物力，使得經濟上蒙受巨大損失，而新奧法應用于隧道建設中可以最大限度地減少經濟損失。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勢被廣泛應用于巖石隧道開挖中，所以本課題將廣泛應用于巖石施工中的方法應用于土方施工中。據查閱資料，土方的自承能力與埋深有著很大的聯系，埋深越深自承能力越大，城市管線大多埋設于較深的地層，因而筆者思考將新奧法與頂管施工相結合，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值，而推力數值的減小意味著人力的減少和施工設計造價方面經費的減小，這也是現代施工設計所一直追求的。同時在國內外相關研究中，兩者的結合還是一個相對空白的領域，相關的學術論文并沒有很多，這樣的空白領域更值得我們去探索研究。而新奧法在隧道開挖方面的經濟優勢已經得到了驗證，可以預見新奧法真的成熟運用于頂管施工時可以在城市施工方面帶來的巨大優勢。綜上所述，新奧法的前景是非常廣闊的，而頂管施工的優勢又并未全部被開發出來，兩者的結合定是一大創新，可能會開創一個地下施工設計的新紀元。

4 關于地面變形的問題概述

眾所周知，頂管施要因為其經濟性、施要便捷性以及少開挖的特性應用于城市內的地下管廊施要或者新舊管廊的替換施要，其最為顯著的優勢就是對于地面建筑物以及原有的地下構筑物破壞較小，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行地下施工設計，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的推力計算中，從而減小周圍土層的壓力，進而減小對于地面的變形。

頂管施工會造成土體應力狀態改變以及地層損失而引起的地面變形，應力狀態改變只會在頂管施工時引起短暫的變形，隨著開挖面的遠離，地面逐漸恢復，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，對最大隆起的預測計算需要考慮頂管機以及后續環節對土體的作用力。

傳統算法認為土體完全作用于管節之上，因而傳統算法計算的相關推力較大，造成了一部分人力以及經濟上的損耗，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，使得結果更加經濟化。

采用新奧法構筑隧道可以使得圍巖與支護結構共同工作，最大限度發揮圍巖自身原有的支承能力，因此與傳統的鋼拱架厚混凝土支護體系相比，施工方便并節省人力資源，因而在開挖計算施工中，在巖體開挖隧道后從變位產生到巖體破壞會有一個相應的時間效應，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，成為一個統一的支撐環，共同形成一個長期穩定的洞穴。

這里可以做一個假設，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，可以做相關的實驗，計算不同土體埋深下的土體自成拱產生的土體約束力，并總結相應的實驗數據進行分析，進一步地得出結論，可以計算更為經濟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合，使其更為經濟安全，填補相關研究方面的空白，創立新型的設計施工方法，將創新與實際施工相結合，在施工中不斷完善施工方法，使其更加完善。

5 結束語

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

參考文獻：

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