顶管穿越对高速公路的影响分析及对策

刘晰岚

【摘 要】近年来，随着我国各类地下管道工程建设事业的蓬勃发展，顶管施工这种非开挖工程技术的运用也越来越广泛。当顶管穿越高速公路时，所产生的影响主要有施工过程中和施工完毕后公路路面的沉降，其次还有欠挖顶管引起路面隆起等。本文对这些问题进行了分析，同时给出了相应的对策和建议。

【关键词】顶管穿越；高速公路；路面沉降与隆起

0 引言

现如今，越来越多的管道线路采用地下铺设的方式，在全国各大城市都组成了规模庞大的地下管网，这其中包括供水、排水、燃气、供暖、电力、通信等，此外还有地铁和隧道等地下工程。地下管网具有节约土地资源、合理利用空间、美观等诸多优点，但是传统的地下管网建设一般采用地面开挖的方式，这种方式费用高、工期长、工程量大、而且对地面交通影响大。为了解决这个问题，众多的工程技术人员探索了盾构施工和顶管施工等非开挖工程技术。非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。

盾构施工主要是通过盾构机在地下开挖，不用开挖地面，主要在地铁施工中使用较多。顶管施工就是在工作坑内借助顶进设备产生的顶力，克服管道和周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。顶管施工有时会需要穿越公路，这样可能会对公路的路基路面产生一定的影响，本文探讨了某输气管道穿越某高速公路的影响，并提出了相应的对策和建议。

1 工程概况

本段工程是西气东输管道穿越某高速公路，穿越段地质为石方，施工方法采取“破碎镐人工凿岩+人工出渣+顶管”方式穿越，人工凿岩每40cm套管顶进一次，套管与岩壁之间的空隙用水泥砂浆灌注。设备安装示意图见图1，施工平面布置图见图2。

2 输气管道对高速公路的影响因素

顶管穿越施工对高速公路的影响主要是施工过程中和施工完毕后公路路面的沉降，其次还有欠挖顶管引起路面隆起等，顶管穿越施工对高速公路的影响主要有以下几种：

2.1 开挖层开挖应力释放对路面沉降的影响

管道开挖时，管道周围的岩体因临空会出现应力释放现象，岩体的初始状态受到扰动，非弹性区不断扩大，并不断向管道中心区移动或松动，若当已开挖岩体没有及时得到支撑作用，岩体会产生坍塌并最终引起路面沉降。

2.2 开挖层超、欠挖对路面的影响

管道开挖与顶进过程中，由于顶进速度不协调、顶进方向的误差以及开挖控制的不准确，实际开挖的土层往往与套管的实际体积不相符，从而形成实际开挖土层的超欠挖。岩体超挖量较大时，岩土层流失，套管外周与岩层产生较大空隙，在车辆荷载作用及上层土体重新固结作用下，路面将会产生沉降。欠挖量较大时，顶管施工使得顶管机头前方的岩体形成挤压积聚作用，引起路面隆起。

2.3 其它因素对路面的影响

套管埋深较小时，会使套管受力较大破损，引起路面沉降；而且，埋深较小也不利于岩体开挖时的稳定。另外，工程完成后，因为顶管因腐蚀、承压力不足等原因破损，进而导致路面产生沉降。还有，由于套管与岩体之间为一流水通道，会引起路基内孔隙水大量流失，孔隙水压力减小，进而影响路基土层颗粒继续有少量变形，最终引起路面产生微小裂缝。

3 安全对策及建议

3.1 设计安全对策及建议

（1）由于目前我国高速公路重载车辆的增加，以及施工中众多不稳定因素的影响，当管道埋深较浅时，开挖管道土层时路面将产生一定的沉降量，该沉降在精密施工下可以控制，因此建议套管顶部距路面顶部一般应大于5m。

（2）由于穿越段高速公路为分离式高速公路，两幅高速路管道穿越处较宽，加上考虑以后高速路扩建问题，建议管段穿越长度应有较长长度。

3.2 顶管作业安全对策及建议

（1）顶进操作要坚持：“先挖后顶，随挖随顶、少挖多顶”的施工原则。高速公路底部挖掘时，断面开挖顺序按自上而下分层开挖，严防正面坍塌，必要时应采取支撑加固施工措施。

（2）顶铁安装应平直，顶进时应严防偏心，且随时注意油压变化，以发现顶进施工中的不正常。在整个顶进操作中应坚持连续作业，不得无故长时间停止施工作业。

（3）应高度重视开挖质量，开挖质量不但影响施工效率，更重要影响顶进管节的方向和工程控制，而且也会对高速路造成不良影响。对高速公路超挖岩层，应立即用早强快硬水泥等进行修补，建议超挖量不大于套管外直径尺寸10mm。

（4）管底土基弧度在一定范围内要保持管壁与原土层表面吻合，若不吻合时，宜采用混凝土等填压并使其密实。套管在顶进时，必须对顶进管段中线的方位和高程严格控制，以保证顶管的质量，顶管中线若产生方位和高程上的偏差，应及时纠正，以免进一步影响施工质量。顶管掘进机切入岩体后，应严格控制其水平偏差不大于5mm，其高程应为设定标高加上抛高数，其数值可根据土质情况、管径大小、顶管掘进机以及顶进坡度等因素确定。

（5）若顶进作业较长时间停顿时，为防止开挖面的松动或坍塌，应对挖掘面采取正面支撑或全部封闭措施。顶进速度宜适中，过快容易产生偏差并不易纠正，过慢易出现坍塌并影响施工进度。

（6）下列情况时，应暂停顶进施工并及时处理：①顶管掘进机前方有明显障碍；②后背墙开始变形并有不断放大趋势；③顶铁发生扭曲现象；④管位偏差较大且校正无效；⑤顶进力超过管端的允许顶力；⑥油泵、油路发生异常现象；⑦接缝中漏泥浆。

（7）由于高速路底部穿越管道受力较为复杂，建议保证焊缝质量，并采取加大检查频率的方法，以此确保穿越管道施工质量。应做好管道强度检测和密封性试验以及检漏和防护措施，以防管道损坏或试验用水不慎大量流入路基而损坏了高速路。

（8）顶管施工时，应严密观测高速路路面状况，施工中路面不得出现裂缝，路面沉降以不大于5mm为宜。若施工中路面出现裂缝等病害因素，应立即停止施工作业并进行加固，同时对公路采取补救措施。施工完毕后，要对操作坑用砂砾土等分层压实填充，压实度要达到公路路基相应规范要求，并回复操作坑周围地貌。

4 结论

顶管穿越施工对高速公路的影响主要是施工过程中和施工完毕后公路路面的沉降，其次还有欠挖顶管引起路面隆起等。针对这些问题，我们应该通过对管道穿越高速公路的工程安全性进行识别、分析，确定风险等级，评价管道穿越高速公路的可行性，合理使用有效管理方法与技术手段对项目进行有效控制，确保管道与高速公路的安全性，使项目风险降到最低水平，最终达到保证管道和高速公路安全的目的。

【参考文献】

[1]《输气管道工程设计规范》（GB 50251-2003）[S].

[2]《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB 50423-2007）[S].

[3]《油气长输管道工程施工及验收规范》（GB 50369-2006）[S].

[4]《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T 640-2010）[S].

[5]《公路、铁路、河流穿越作业指导书》（GJ7000-XSAX-ZY-0328-2012）[S].

[责任编辑：张涛]