基于某供水工程大管徑頂管施工引起地面沉降問題的思考

封曉輝 劉法攸

摘? 要：本次通過結(jié)合吉林引松供水工程中四平干線與高速公路交叉，利用peck提出的沉降計(jì)算理論，對于供水工程中大管徑頂管引起的地面沉降計(jì)算，通過計(jì)算成果，為施工中精確控制提供依據(jù)，避免因地面沉降過大影響高速公路正常安全的運(yùn)營。

關(guān)鍵詞：大管徑;供水;頂管;地面沉降

中圖分類號：TU478 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）29-0072-02

Abstract： Based on the settlement calculation theory put forward by Peck， this paper combines Siping trunk line and expressway crossing in Jilin Yinsong Water Supply Project to calculate the ground settlement caused by pipe jacking with large diameter in water supply project. Through the calculation results， it provides basis for precise control in construction， in order to avoid the impact of excessive ground settlement upon the normal and safe operation of expressway.

Keywords： large diameter; water supply; pipe jacking; land subsidence

1 概述

目前，我國針對水資源空間分布不均衡，實(shí)施了很多跨流域調(diào)水工程。調(diào)水工程管道鋪設(shè)的過程中，避免不了會(huì)出現(xiàn)與鐵路、公路、河流等其他建筑物的交叉。而頂管施工作為不開槽暗挖施工，已經(jīng)受到了水利行業(yè)的廣泛使用。在頂管施工中，不可避免會(huì)擾動(dòng)地層，產(chǎn)生應(yīng)力重新分布，引起地層變形。變形傳至地面，產(chǎn)生沉降現(xiàn)象，對地面建筑和地下構(gòu)筑物產(chǎn)生不利影響。地面沉降會(huì)導(dǎo)致周邊建筑和設(shè)施不良的后果，過大的地面沉降對周邊環(huán)境和構(gòu)筑物的破壞往往是致命的，因此為了避免頂管法施工對其他建筑物的破壞，必須嚴(yán)格控制地面沉降。所以在頂管工程施工前，必須對不同條件下可能出現(xiàn)的地面最大沉降及沉降的分布形態(tài)和范圍做出可靠的分析，并準(zhǔn)確把握頂管施工的主要因素才能得出符合實(shí)際情況的結(jié)果，提出有效的保護(hù)方案。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

“吉林引松工程”從第二松花江豐滿水庫調(diào)水至吉林省中部地區(qū)，向長春市、四平市、遼源市及所屬的九臺(tái)市、德惠市、農(nóng)安縣、公主嶺市、梨樹縣、伊通縣、東遼縣、長春雙陽區(qū)等11個(gè)市（縣、區(qū)）和沿線1個(gè)園區(qū)和25個(gè)重點(diǎn)鎮(zhèn)的城市生活和生產(chǎn)供水，并改善農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)環(huán)境。工程多年平均調(diào)水量8.97億m3，設(shè)計(jì)引水流量38m3/s。干線工程包括一條輸水總干線、一處分水樞紐、三條輸水干線。

四平輸水干線作為干線工程的一條，總長度96.865km，其中輸水隧洞長22.96km，有壓管道長73.90km。

四平干線與撫長高速交叉，位于四平干線線路樁號9+708.00m～9+844.06m，交叉角度為81°。為保持高等級公路正常通行及引水工程可靠性，四平干線與撫長高速交叉采用頂進(jìn)套管穿越，輸水管線敷設(shè)于套管內(nèi)部的設(shè)計(jì)方法。頂進(jìn)套管長度100m，內(nèi)徑為3.8m，管頂最大覆土深度11.5m，頂進(jìn)套管處于黃土狀粘土層。輸水鋼管安裝長度136.06m，內(nèi)徑3.0m。詳見撫長高速頂管布置圖（圖1）。

2.2 地質(zhì)條件

工程區(qū)地貌單元主要為剝蝕堆積地形（波狀臺(tái)地）。臺(tái)面起伏不大，巖性主要由第四系中更新統(tǒng)沖洪積堆積黃土狀粘土、灰粘土等組成。

黃土狀粘土呈黃褐色，稍濕，呈可塑狀態(tài)，粘粒占31.5%、粉粒占55.7%、砂占11.4%、礫石占1.4%，含氧化鐵斑點(diǎn)和條帶，鐵質(zhì)污染集中，巖心呈銹色，有鐵錳質(zhì)結(jié)核，其粒徑0.5～2.0mm。揭露厚度3.4～14.0m。

灰粘土呈黃褐色，稍濕，呈可塑狀態(tài)，粘粒占30.9%、粉粒占61.2%、砂占7.7%，礫石占0.2%。含氧化鐵斑點(diǎn)。揭露厚度1.8～2.4m。

各土層物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

3 地面沉降估算

目前盾構(gòu)法隧道施工、頂管等暗挖施工引起的地面沉降，常常采用R.B.Peck提出的地面沉降槽理論進(jìn)行預(yù)測。Peck假定施工引起的地面沉降是在不排水情況下發(fā)生的，所以地表沉降槽的體積應(yīng)等于地層損失的體積，地面沉降可因頂管的覆土深度、所處的土質(zhì)情況、選用的頂管機(jī)型式、頂管施工工藝等因素而不同，并根據(jù)這個(gè)假定給出了地面沉降量的橫向分布估算公式：

計(jì)算的最大地面沉降量18.7mm，小于公路部門規(guī)范要求引起的最大地面沉降隆起不超過20mm的規(guī)定。通過計(jì)算可知，影響地面沉降計(jì)算的參數(shù)主要為頂管的埋置深度、頂管所處的土層性質(zhì)、頂管管徑及施工采用的頂進(jìn)機(jī)械。

4 結(jié)束語

根據(jù)施工期及施工后的監(jiān)測結(jié)果，頂管穿越段所引起的高速公路最大沉降量為16.2mm，與采用peck理論所估算的結(jié)果18.7mm相差不大，因此采用Peck法對于大管徑頂管施工前的地面沉降估算是可靠的。但同時(shí)因頂管所處地層土壤的性質(zhì)、選用的頂進(jìn)設(shè)備及施工控制能力又都會(huì)對土體損失率的取值范圍產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)而影響地面沉降的計(jì)算，所以在施工中仍需通過開挖面的土壓力與出土量控制、注漿壓力和注漿量控制、軸線糾偏控制、施工參數(shù)控制等控制措施，確保地面沉降控制在規(guī)范允許的范圍。

參考文獻(xiàn)：

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