基于某供水工程大管径顶管施工引起地面沉降问题的思考

封晓辉 刘法攸

摘  要：本次通过结合吉林引松供水工程中四平干线与高速公路交叉，利用peck提出的沉降计算理论，对于供水工程中大管径顶管引起的地面沉降计算，通过计算成果，为施工中精确控制提供依据，避免因地面沉降过大影响高速公路正常安全的运营。

关键词：大管径;供水;顶管;地面沉降

中图分类号：TU478 文献标志码：A         文章编号：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，我国针对水资源空间分布不均衡，实施了很多跨流域调水工程。调水工程管道铺设的过程中，避免不了会出现与铁路、公路、河流等其他建筑物的交叉。而顶管施工作为不开槽暗挖施工，已经受到了水利行业的广泛使用。在顶管施工中，不可避免会扰动地层，产生应力重新分布，引起地层变形。变形传至地面，产生沉降现象，对地面建筑和地下构筑物产生不利影响。地面沉降会导致周边建筑和设施不良的后果，过大的地面沉降对周边环境和构筑物的破坏往往是致命的，因此为了避免顶管法施工对其他建筑物的破坏，必须严格控制地面沉降。所以在顶管工程施工前，必须对不同条件下可能出现的地面最大沉降及沉降的分布形态和范围做出可靠的分析，并准确把握顶管施工的主要因素才能得出符合实际情况的结果，提出有效的保护方案。

2 工程实例

2.1 工程概况

“吉林引松工程”从第二松花江丰满水库调水至吉林省中部地区，向长春市、四平市、辽源市及所属的九台市、德惠市、农安县、公主岭市、梨树县、伊通县、东辽县、长春双阳区等11个市（縣、区）和沿线1个园区和25个重点镇的城市生活和生产供水，并改善农业用水和生态环境。工程多年平均调水量8.97亿m3，设计引水流量38m3/s。干线工程包括一条输水总干线、一处分水枢纽、三条输水干线。

四平输水干线作为干线工程的一条，总长度96.865km，其中输水隧洞长22.96km，有压管道长73.90km。

四平干线与抚长高速交叉，位于四平干线线路桩号9+708.00m～9+844.06m，交叉角度为81°。为保持高等级公路正常通行及引水工程可靠性，四平干线与抚长高速交叉采用顶进套管穿越，输水管线敷设于套管内部的设计方法。顶进套管长度100m，内径为3.8m，管顶最大覆土深度11.5m，顶进套管处于黄土状粘土层。输水钢管安装长度136.06m，内径3.0m。详见抚长高速顶管布置图（图1）。

2.2 地质条件

工程区地貌单元主要为剥蚀堆积地形（波状台地）。台面起伏不大，岩性主要由第四系中更新统冲洪积堆积黄土状粘土、灰粘土等组成。

黄土状粘土呈黄褐色，稍湿，呈可塑状态，粘粒占31.5%、粉粒占55.7%、砂占11.4%、砾石占1.4%，含氧化铁斑点和条带，铁质污染集中，岩心呈锈色，有铁锰质结核，其粒径0.5～2.0mm。揭露厚度3.4～14.0m。

灰粘土呈黄褐色，稍湿，呈可塑状态，粘粒占30.9%、粉粒占61.2%、砂占7.7%，砾石占0.2%。含氧化铁斑点。揭露厚度1.8～2.4m。

各土层物理力学性质见表1。

3 地面沉降估算

目前盾构法隧道施工、顶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论进行预测。Peck假定施工引起的地面沉降是在不排水情况下发生的，所以地表沉降槽的体积应等于地层损失的体积，地面沉降可因顶管的覆土深度、所处的土质情况、选用的顶管机型式、顶管施工工艺等因素而不同，并根据这个假定给出了地面沉降量的横向分布估算公式：

计算的最大地面沉降量18.7mm，小于公路部门规范要求引起的最大地面沉降隆起不超过20mm的规定。通过计算可知，影响地面沉降计算的参数主要为顶管的埋置深度、顶管所处的土层性质、顶管管径及施工采用的顶进机械。

4 结束语

根据施工期及施工后的监测结果，顶管穿越段所引起的高速公路最大沉降量为16.2mm，与采用peck理论所估算的结果18.7mm相差不大，因此采用Peck法对于大管径顶管施工前的地面沉降估算是可靠的。但同时因顶管所处地层土壤的性质、选用的顶进设备及施工控制能力又都会对土体损失率的取值范围产生较大的影响，进而影响地面沉降的计算，所以在施工中仍需通过开挖面的土压力与出土量控制、注浆压力和注浆量控制、轴线纠偏控制、施工参数控制等控制措施，确保地面沉降控制在规范允许的范围。

参考文献：

[1]PECK R B.Deep excavations and tunneling in soft ground [C]//Proceedings of the 7th international conference on Soil Mechanices andFoundation Engineering.Mexico，1969：225-290.

[2]魏纲.盾构隧道施工引起的土体损失率取值及分布研究[J].岩土工程学报，2010（09）：1354-1361.

[3]詹红梅.顶管施工引起的地面沉降分析和计算[J].地下空间与工程学报，2008（03）：583-585.

[4]葛春辉，王承德，余彬泉，等.给水排水工程顶管技术规程[S].中国工程建设协会标准CECS246：2008.

[5]葛春辉.顶管设计与施工[M].中国建筑工业出版社，2011.