電力管線頂管施工上方道路沉降變形預測分析

胡麗麗

（四川青石建設有限公司北京第一分公司，北京 100000）

0 引言

進行城市管線施工時，由于環境的復雜性往往選用非開挖施工方式，而頂管施工是較為常見的非開挖施工方法。當管線下穿道路結構設施時，頂管施工過程中采用不同的管徑及埋深會對上部結構變形產生不同的影響。

王賽等[1]以北京某綜合管廊下穿某高速公路為例，通過數值模擬方法對頂管下穿高速公路進行研究，得出了頂管下穿施工引起道路路面的變形規律；趙明喆等[2]以漷馬路管線下穿工程為例，根據工程實際情況，利用FLAC3D巖土工程數值模擬軟件，分析豎井開挖回填以及管線施工過程中地層擾動規律以及對相鄰管線的影響，總結平行管線相互影響疊加規律；李正中等[3]結合具體工程實例，評價下穿方案的可行性、施工過程的安全性和對既有公路的影響，運用有限元軟件分析下穿施工過程中的土體沉降和路基穩定性。

雖然頂管施工技術已經較為成熟，相關應用研究也較多，但是仍然面臨諸多問題亟需解決，尤其是頂管施工過程對上方道路結構的影響?；诖?，本文以某電力管線頂管施工下穿道路工程為例，對頂管施工過程中道路的沉降變形進行預測，以此評價設計和施工方案的合理性。

1 工程地質概況

電力管線工程位于北京市北辰東路與慧忠路交叉口南側。本次下穿位置起點豎井位于北辰東路西側步道和非機動車道，向東采用頂管工藝施工至北辰東路東側步道和綠化帶內，施工長度為59m。豎井大小均為6×6m，2#深度為10.8m，3#深度為10.5m；管道直徑為Ф1250，頂管覆土9.0～9.2m。施工地理位置圖如圖1所示。

圖1 工程施工地理位置

該工程場地土層自上而下依次為：人工堆積層的房渣土①層，粘質粉土填土①1，細砂填土①2層。標高37.41～43.00m以下為第四紀沉積層的粘質粉土、砂質粉土②層及黏土②1層；細砂③層；卵石④層；粉砂、細砂⑤層等。該工程建筑場地類別為Ⅲ類。擬建場區歷年最高地下水位接近自然地面；根據其水文地質條件，近3～5年最高地下水位為標高33.00m左右（不包括上層滯水），抗浮設計水位采用絕對標高37.0m。

由于地下水位埋藏較深，可不考慮地下水對混凝土結構及鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性；擬建場地淺層土對混凝土結構及鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性等級為微。

2 頂管施工上方道路基本情況分析

2.1 道路結構

施工下穿位置北辰東路路寬由西向東為：4.8m（人行道）+3.1m（非機動車道）+5.7m（隔離帶）+27.5（機動車道）+1.7m（隔離帶）+3.1m（非機動車道）+4.0m（人行道）。道路全寬約為50.0m。道路鋪裝為瀝青混凝土路面。

（1）機動車道結構從上至下為：4cm 后改性瀝青SMA-13、5cm粘層油為中粒式瀝青混凝土AC-20；7cm粘層油為粗粒式瀝青混凝土AC-25、2×16cm透層油為基層石灰粉煤灰砂礫、底基層石灰粉煤灰砂礫厚18cm，總厚度66cm。

（2）人行道路面結構：透水步道磚厚6cm、1∶5水泥中砂干拌厚2cm、C15無砂砼厚15cm、粗砂墊層厚5cm，總厚度28cm。

2.2 道路現狀

（1）道路密實度：通過對地質雷達數據的濾波處理和對其回波信號的分析，結合現場調查、復測和核對并排除各種信號干擾引起的異常后，本次對北辰東路0～5m 深度，施工影響范圍內道路進行雷達檢測，未發現土體不密實區域。

（2）路面外觀：檢測范圍內北辰東路共發現網裂2處。

（3）路面平整度：路面平整度檢測結果如表1所示，依據《城鎮道路養護技術規范》（CJJ 36-2016），檢測范圍內路面行駛質量評定均為A級。

我國古代讀書人歷來有心憂天下、經時濟世的志向，今天的語文教師更應該認識到語文教育現代化的重大意義，明確自己的責任擔當，以家國情懷關注社會現實，在實踐中汲取養分、豐富思想，大膽改革。這種改革必須要以實現兩個根本性轉變為前提。

表1 路面平整度檢測結果

（4）路面損壞狀況：依據《城鎮道路養護技術規范》（CJJ 36-2016），檢測范圍內道路路面損壞狀況評價指數PCI詳見表2所示。從表2可以看出，道路路面損壞狀況評價指標為A。

表2 道路路面損壞狀況評價指數

依據《城鎮道路養護技術規范》（CJJ 36-2016），檢測范圍內人行道損壞狀況評價指數FCI詳見表3所示。從表3可以看出，人行道損壞狀況評價指標為A。

表3 人行道損壞狀況評價指數

3 道路變形控制指標

結合道路概況和現狀檢測情況，依據《穿越既有道路設施工程技術要求》（DB11∕T716-2019），充分考慮道路的運營安全及行車舒適度，提出控制值如下：

（1）路面絕對沉降量要求如下：施工期間，在其影響范圍內的路面最大沉降控制值為15mm；

（2）地表隆起值要求：地表隆起控制值為5mm；

（3）地表沉降（隆起）位移最大速率控制值為2mm∕d；

（4）路面差異沉降值為4.5mm∕3m；

（5）為保證路面使用年限，要求路面不能產生結構性裂縫，以防雨水滲透對路基強度造成影響。

4 電力工程頂管施工工藝

4.1 豎井施工

在鎖口圈梁下采用噴射混凝土+網構結構+鋼筋網支護形式，豎井初期支護襯砌厚度均為300mm。格柵豎向間距為600mm，采用鋼筋混凝土結構。豎井底板噴射C20混凝土，底板厚度均為300mm，鋼筋布置為雙層雙向，豎井底板鋼筋通過焊接與豎井側壁格柵連接。

豎井鋼格柵之間用Φ18連接筋焊接，連接筋錨入鎖口圈梁中32d，要求連接筋沿鋼格柵內外側雙排布設，水平間距1.0m，搭接不小于200mm。且四角兩側必設一根，鋼格柵內外綁扎Φ6@10×10cm鋼筋網片，網片搭接不小于一個網格。

4.2 人工頂管施工

該工程采用人工頂管施工工藝。豎井施工完成后，利用經緯儀將管道中心樁引入豎井坑壁上，作為頂管中心基線。工作坑至少設置三個水準點，水準點不允許碰撞及破壞，工作坑的中心樁與水準點的設置應牢固，保證準確，管道中心樁的位置要考慮后背墻變形的影響。

人工頂管前端工具管材質為鋼板，厚度為12mm，形狀為圓弧形，長度約1m。工具管套在首節頂管前端上方固定。工具管前端設置“帽檐”，呈尖形，長度約30cm，內部用12mm 鋼板焊肋，間距為20cm。頂鎬頂進行程約300mm，通過經緯儀測定頂管中心線，通過水準儀測定施工作業高程。同時做好現狀地表道路的變形測量，并做好記錄。

人工頂管頂進完成后，應在各個管節接口位置測量高程，當發現管節錯口時，應計算出錯口高差。在頂進工作坑中平行布置兩根30#工字鋼，頂管布置在工字鋼上。工字鋼下部橫鋪方木，方木尺寸為150mm×150mm，間距為500mm，方木下部基礎穩固密實。管道下放時，工作平臺同樣布置兩根30#工字鋼，通過鋼夾板、螺栓相連，此舉目的是方便管材滾動至下管口，通過起重設備起吊作業。起吊后將工字鋼拆除，留出下管空間，以便進行下管作業。平臺位置的工字鋼須與主梁位置的工字鋼搭接連接，嚴禁懸空，并用鋼管活方木卡住，同時焊接鋼擋板。

施工過程中各測量儀器及設備均需經過儀器設備鑒定管理部門檢測鑒定，不符合檢測鑒定要求或超過檢測期限的儀器設備禁止使用。

5 頂管施工上方道路沉降變形預測分析

5.1 預測分析方法

頂管施工對道路的施工影響范圍為結構外皮按巖土破裂角擴散至地面的水平投影，為方便計算，破裂角按45°估算，豎井和頂管施工影響北辰東路整幅道路，影響長度約為30m。

采用數值計算軟件MIDAS GTS對電力工程下穿北辰東路進行三維全過程施工模擬。綜合分析豎井及頂管施工對路面變形的影響規律，對施工引起的路面沉降進行預測。

根據圣維南原理和實際需要，頂管施工下穿道路的計算模型尺寸100m×80m×50m（長×寬×高），模型共劃分實體單元（zone）48238個，節點（grid-points）24025個，三維數值模型如圖2所示。

圖2 工程施工三維模型

5.2 預測結果分析

豎井及頂管施工完成后道路沉降云圖如圖3所示。

圖3 頂管施工完成后道路沉降云圖

通過數值計算可知，豎井施工影響北辰東路整幅道路，豎井施工完成后，道路路面豎向最大沉降為3.07mm；頂管施工完成后，道路路面豎向最大沉降為4.53mm。以上結算結果均未超過相關控制標準，表明在控制措施得當的情況下，頂管施工不會對路面產生較大危害。

6 結束語

為了判斷頂管施工方案的可行性，本文以北京市某電力管線頂管施工下穿北辰東路為例，根據設計及施工方案，采用數值模擬的方法定量預測并分析管線施工過程中上方道路結構的沉降變形情況。結果表明，該工程管線埋深較深，在管線覆土大于三倍管徑情況下，管線下穿施工對上部道路結構影響較??；而豎井占路施工且開挖較深，對道路結構變形影響相對較大，但總體施工影響有限。鑒于此結果，筆者建議施工過程中應采取三級預警管理，監測結果應及時向有關各方匯報并指導施工，同時應對影響范圍內的道路及其他附屬設施進行定期巡查，結合監測結果綜合判斷施工對道路的影響，防范于未然。