非开挖管道施工导致的路面下沉原因分析及对策

方振炜

（上海浦东同修环境工程有限公司，上海200092）

0 前言

根据无锡市委、市政府治理太湖、保护水源“6699”行动确定的工作目标，实行依法规范、分块负责、逐块实施的方式，全面梳理、完善市政排水管网系统，强化排水管理，整治错接乱排行为，无锡市政府决定通过3 a左右的时间，从源头上规范排水行为，形成“排水用户全接管、污水管网全覆盖、污水处理厂全提标”的国内一流的污水治理体系，全面提升无锡市生活污水治理能力和水平。要求无锡市市政公用产业集团下属无锡市排水总公司完成市政污水管网的全覆盖，截至2011年6月底，无锡市市政污水主管网总里程数达到7748 km（其中市区4841 km，主城区污水管网1590 km）。主城区污水管网从1986年开始建设基本由无锡市排水公司负责实施完成。无锡市排水管道顶管施工开始于2001年，至今已有十多年的历史。近几年，已多次出现路面下沉现象，经调查发现，主要是由于顶管施工引起。路面下沉不仅在社会上造成不良影响，严重者还会出现安全事故，危及人民的生命财产安全。

1 非开挖管道施工导致的路面下沉问题

国际非开挖技术协会（ISTT）给非开挖技术的定义是：非开挖技术是利用微开挖或不开挖技术对地下管线、管道和地下电缆进行铺设、修复或更换的一门科学。优点在于不影响周围环境或者影响较小，施工场地小，噪音小。而且能够深入地下作业，这是开挖埋管无法比拟的优点。

在面对交通繁忙、周边人口密集且地面建筑物众多、地下管线复杂等条件，非开挖施工技术在无锡市排污管道的建设中得到了大量的运用。无锡市市政污水管道工程施工中使用的非开挖施工工艺主要采用了泥水平衡顶管和非开挖导向铺管（又称牵引顶管）。泥水平衡顶管施工主要用于管径大于等于600 mm的管道施工中；管径小于600 mm的管道施工采用牵引顶管施工工艺。在工程实施过程中或结束后，发生了多起路面塌陷事故。经过对多处路面塌陷情况的调查发现，其主要原因为管道位于粉土夹粉质粘土中，周边地下水位变化，产生流沙。同时道路重型车辆较多，长期震动和周边井点降水也会导致管道接口、管道与沉井连接处、窨井井壁出现裂缝，使管道长期渗水、渗泥，管道周边土体的流失，造成道路出现塌陷。

2 路面下沉原因分析及对策

造成管道接口、管道与沉井连接处、窨井井壁等出现裂缝的原因是多方面的。除了顶管设备的因素外，导致管道接口出现问题的主要原因及相应的处理措施有以下几个方面。

2.1 混凝土强度低或强度不稳定

施工中过程中，由于工期加快、现场无堆放场地、顶进速度加快，生产厂家供货跟不上或超生产等情况，施工单位使用了不足龄期的顶管。管节不符合技术标准或在运输、装卸、安装过程中管节被损坏。同时，不科学的配料方法则难以保证配料均匀稳定，也难以保证混凝土强度稳定。为此，施工单位与管节的生产厂家应紧密配合，提前生产一个井段的管节备用，现场或周边一定要有堆放场地。生产厂家严禁产品提前出厂，施工单位、监理人员需对使用的管节进行严格的检查。不得使用未经检测中心检测的产品。

2.2 混凝土存在空洞

管子局部混凝土未被滚动辊压，使混凝土不密实有蜂窝。若管体有蜂窝的地方得不到处理，顶管过程中会因混凝土强度不够而出现问题，两端部混凝土处于直接受力，所以更容易出问题。生产厂家、施工单位质检员和监理人员应严把质量关，坚决杜绝此类产品进入工地。不要存侥幸心理，冒险使用此类产品。

2.3 洞口止水圈撕裂或外翻

洞口止水圈在顶进过程中被撕裂。洞口止水圈外翻,泥水从中往外渗漏,造成洞口地面产生较大的塌陷。其原因为采用的洞口止水圈孔径尺寸不符合设计要求或止水圈的橡胶材质不符合要求或选料错误。还有可能就是施工时止水圈安装不当,与管子有较大的偏心或橡胶板过薄或推进时选用的土压力、水压力过大。其处理方法为：止水圈应严格按设计要求的尺寸和材料进行加工；施工时应正确安装洞口止水圈；遇到土压力太高或橡胶止水圈太薄引起的外翻，应增加洞口止水圈的层数或增加橡胶止水圈的厚度。

2.4 管道接口错口

错口不大,大多由于管接口处失圆,管壁厚薄不均匀所造成的；错口较大是由于T型钢套环损坏。T型钢套环套在管子外面的接口处,在纠偏过程中纠偏力会使钢套环变形,环口扩张，损坏。当朝前的张口充塞满泥砂以后,欲向相反方向纠偏时,这个张口必须闭合,张口内的泥砂被挤,T型钢套环的直径会被撑大。反复纠偏,T型钢套环焊缝处易被撕裂,同时,钢套环的环口就发生卷边。T型钢套环连接的前后两只管子就发生错口,随着推进距离的增长,错口会越变越大,甚至使管道报废。无锡市基本推广使用F型接口，淘汰了T型接口。同时施工时必须控制好顶管的方向，有偏差要及时纠偏,慢慢地纠正,以防纠偏过头。企口管管口张角每增加0.5°，其承受的推力则下降50%左右。

2.5 摩擦力过大或不均匀

同一施工段，如果土质不均匀或有障碍物，摩擦系数不一致，摩擦受力不均，会引起顶管在顶进过程中管口不紧贴、错位，使整个管体处于偏心受力，混凝土在拉应力作用下会被拉裂。

2.6 顶铁环刚度不足

顶铁的主要作用是把主顶油缸的顶进力较均匀地分布在所顶管子的端面上，若顶铁刚度不足或变形，往往使端口混凝土局部应力集中，导致端口混凝土破坏。

2.7 顶管顶进过程中偏心受力产生裂缝或破坏

顶管顶进过程中，需克服水平摩擦力，混凝土在千斤顶作用下，处于受压状态，由于混凝土标号规定不低于C40，在轴心受力情况下，混凝土具有足够的抗压强度，能满足工程顺利进行，但一些施工单位往往因为施工设备、施工经验和施工技术问题，在顶管过程中引起管道偏心受力，使混凝土管承受抗拉和抗剪作用，偏心受力大大消弱顶管过程中以抗压为主的作用。

2.8 管子之间的接触压块不设置或压块太薄、压块不连贯

橡胶垫不能薄于管子端面倾斜引起的偏差，一般用12 mm厚为好，（因为橡胶垫压缩系数很大，而管子端面最大允许倾斜小于或等于管子公称内径的1%，例如内径为1000 mm的管子，允许倾斜偏差10 mm）。橡胶垫最好是连续的，若断口，会丧失防漏的作用。

2.9 顶管过程中遇障碍物

在施工前，若对施工段的地层和地下埋设物未进行详尽工程勘察，在顶管过程中，难免遇到障碍物（如桩、巨石、地下构筑物等），顶管在较大顶力作用下，端口难免产生裂缝或破坏，使施工无法顺利进行。

2.10 管道接口处理不当

顶管工程施工结束后，需对接口处进行抹带，防止渗漏。填料应饱满、密实，且与管节接口内侧表面齐平，接口套环对正管缝、贴紧，不脱落。

工程竣工投入使用后，接口处由于管道使用时间过长、道路重型车辆较多，长期震动和周边井点降水等因素也会导致管道接口、管道与沉井连接处、窨井井壁出现裂缝，使管道长期渗水、渗泥，管道周边土体的流失，造成道路出现塌陷。这就要求养护单位，定期对管道进行检测，及早发现接口出现的渗漏，采取注浆、局部开挖等方式进行处理，避免引发严重的路面塌陷事故。

3 路面下沉的抢修程序

在分析路面下沉的原因及造成后果的基础上，制定了如下的抢修步骤：（1）封堵污水管；（2）临泵架设及翻水；（3）清淤；（4）检测；（5）检测后拟定抢修方案；（6）基坑制作、泥水平衡顶管（曲线顶管）；（7）压密注浆修复雨水管；（8）道路修复。

4 结语

笔者认为，在地下水位较高的粉质土或粉质黏土土质情况下，最好不要采用混凝土管顶管施工，如无法采用其它施工方式，则需采用压密注浆等技术措施方式对其接口加以保护，以增加管道使用寿命。

[1]侯学渊，钱达仁，杨林德.软土工程施工新技术[M].合肥:安徽科学技术出版社，1999.

[2]余彬泉，沈传灿.顶管施工技术[M].北京:人民交通出版社，1998.