砂层顶管下穿市政道路施工的沉降控制技术

张昕

摘 要：市政道路施工中，受多种因素的影响容易出现道路沉降问题，沉降问题会威胁公路的平整性和安全性。为此，在市政道路工程施工中，务必严格控制沉降。本文就将重点分析砂层顶管下穿市政道路施工的沉降控制技术，以供参考。

关键词：砂层顶管;市政道路施工;沉降控制技术

在传统的路面施工中，通常以地质和土质较差的沉降段作为主要的施工路段，其关乎工程的施工质量。路基路面是高速公路施工中的关键内容，关乎市政道路的建设质量。为切实保障高速公路路基路面施工质量，延长公路寿命，保障行车安全，就有必要不断完善施工技术。

1 市政道路路面沉降的危害

在市政道路建设中，务必高度重视人们的出行安全。在工程施工中可能检测到部分安全问题，交通事故与道路建设中沉降段施工不科学或路基路面质量不达标有关。上述问题可使车辆在沉降段行驶中出现跳车问题，进而出现车辆轮胎损坏，使车辆处于失控状态。出现事故后，也容易出现路基路面损坏问题。所以采取有效措施不断提升施工质量，也成为市政道路建设中的主要任务，这可提高道路平整度，增大运行的安全系数。

2 工程概况

某立交桥工程是六条道路的交叉口，是当地十分重要的交通枢纽。立交范围内南北向的污水管道为市区内污水主干管道。管道主要采用双排布置方式。污水主线设置于道路的东侧，管道的管径为D1 500 mm～D1 650 mm，南向接D1 500 mm管道，管道可向南北敷设，且管道下游地质结构由上到下分别为回填土层、黄土状土（粉质粘土）、黄土状土（粉质粘土）、粉细砂和中粗砂。回填土土层厚度为0.5 m～6.5 m。底层标高为378.60 m～386.45 m。2层黄土状土（粉质粘土）的土层厚度为0.8 m～6.5 m，底层深度为2.5 m～8.5 m，层底高程为381.65 m～385.89 m。3层黄土状土无湿陷性，层厚为3.5 m～8.5 m，底层深度为8.1 m～14.2 m，底层高程为376.59 m～380.80 m。粉细砂层的层厚为1.5 m～10.4 m，层底深度为10.95 m～20.00 m，底层标高为369.50 m～378.90 m。中粗砂层的层厚为11.85 m～22.70 m，层底深度为25.30 m～35.10 m，底层标高为356.25 m～361.36 m。

3 工程难点分析

工程施工前，项目部工作人员开展了全方位的地下管线勘察工作，工程施工段新建顶管长度为110 m，管径为1 500 mm，且管线主要分布于该区域主干道下方和地铁线的上方。主干道标准为双向10车道，道路宽度为45 m。且道路下方设有雨水管道、供水管道、天然气管道、通信管道，工程施工段的管线布置相对复杂，加大了工程施工的难度。

施工路段的顶管地质处于粉细砂层，上层地质以粉质粘土为主。且土的粘聚力较差，结构的稳定性较差，因此在工程施工中也易于产生地面塌陷问题，在工程施工中也出现了不同程度和类型的问题。由于该段地质概况较为复杂，无地下水分布，施工人员决定采用泥水平衡式顶进法施工。该方法能够学习并借鉴相对成熟的经验，也可充分保障技术的稳定性、可靠性和安全性。

泥水平衡式顶进法无需大量的施工人员，施工中所使用的泥浆可显著减小管道与土体之间的摩擦力，也可充分保证施工的连续性，加快工程的施工速度，改善施工密封的效果。机头对管道周围土体不容易产生不利影响，同时地面下沉的几率较小，可做到连续施工，使用泥水输送弃土，无土方搬运和起吊等危险系数较高的工作内容，可有效降低甚至规避工程的施工风险，应用于长距离顶管施工中[1]。但是该方法在施工中需要大量的作业设备，泥浆管理工作不到位容易产生外泄问题，进而引发环境污染。多次检测泥浆的配比，按照规定要求完善检测及防护工作，从而更好地展现该施工方法的优势。

4 施工控制要点和措施

按照规定要求落实顶管工作井和接收井施工后，需结合计算的顶值设计反力墙。反力墙混凝土强度满足设计强度后便可开展顶管施工。工程施工中需先做好机具就位，之后安装设备，制备泥浆，随后开展检测工作，检测工作符合要求后要开机进洞，依据规范输送泥浆，安装管节，随后开机顶进。此时，工作人员要做好监控测量工作，之后进行后续管节安装顶进工作，将机头引入洞内。工程施工中必须准确把握如下几点注意事项：

4.1 机头进洞

资料显示，砂层地质在应用泥水平衡施工法的过程中，要高度重视机头进洞环节，确保进洞的安全性。机头进洞中洞口封堵严密性较差、砂层地质粘聚力较差、洞口砂层流失严重、地面塌陷等问题，均是影响机头进洞的关键问题，这也关乎洞口土层加固和顶进效果。该地质层的埋深较大，土体压力较大，洞口容易出现坍塌问题。为此，施工中在近处洞口位置设置了单排桩径Φ500 mm高压旋喷桩，桩间的距离为400 mm。同时施工中选择普通硅酸盐水泥，桩长需较洞口标高高1.5 m，每延米控制在150 kg以上[2]。

4.2 检测泥浆配比

管道层位于粉细砂层，渗透系数和比重数值较大，泥浆比重为1.15～1.25，采取有效措施提高土渣浮托力，将渣土携带出地面。工程施工中要求人员充分考虑泥水循环损失的粘土梁，泥浆浓度也处于动态变化，需要持续向泥浆当中掺入适量的粘土和膨潤土，以高度保障泥水的稳定性。

4.3 控制顶进速度

顶进施工中，务必严格控制顶进速度，确保工程施工的连续性。如无特殊情况，不得中断顶进施工，如长期处于停机状态，则要采取科学有效的处理措施，以免卡住机头。由于管道处于砂层地质，泥水流失问题尤为普遍。此时需适度加快顶进速度，将顶进速度控制在2～2.5 m/小时。为避免工程施工中出现踏空的问题，在顶进施工中，受到吊装管道或其他因素的影响，必须关闭进浆阀门，不得冲刷掌子面，以保证地层的稳定性。如顶进施工中出现沉降问题，要及时停止工程施工，同时采取科学有效的处理措施。

4.4 监测出渣量

理论出渣量：

V0=Q（1ρ3-ρ2）/ρ1

式中ρ1为粉砂比重;ρ2为进浆比重;ρ3为携渣出浆比重。

V=π（D/4）2L

式中L为每小时进尺长度;D为刀盘外径。

比较理论出渣量和实际出渣量，如实际出渣量多于理论出渣量，顶管出现超挖问题，可能会出现地面塌陷;如实际出渣量与理论出渣量基本相同，则处于理想的顶进状态;如实际出渣量小于理论出渣量，则顶管存在欠挖问题，而地面则会出现冒顶现象。

5 沉降监测措施

5.1 确定监测目的

该段顶管由于下穿主干道，车流量相对较大，且周边没有设置分流道路，因此，需要监测管道轴线和通行道路，以免产生地面塌陷等问题。如超出预警值，需及时停止顶进施工，并采取切实可行的措施确保道路正常通行[3]。

5.2 明确监测项目和监测周期

为促进工程施工有序开展，应积极组织专家研讨通行路面的监控方案，将监控周期分为施工期监控和稳定期监控，确定管道通过的沿线道路沉降监测、道路周边的路面水平位移和裂缝监测的内容及标准，如表1所示。

5.3 布置沉降点

由于顶管地处粉砂地质，顶进时易于产生管道上方空洞问题，人员要在沿管道轴线方向设置监控点，并在轴线两侧设置辅助监测点。此外，监测点的间距也必须做到均匀。如监测点处于行车道车轮轨迹外部，则可及时将其调整到道路标线位置，有效控制行车对监测点所产生的负面影响。监测点需使用施工窨井，在窨井内按照规定要求做好沉降点布置工作。

5.4 结果整理

由专人测量，开展复核工作，积极整理测量数据，与前一次的测量结果仔细比较，之后绘制沉降变化曲线。分析后发现，沿管道轴线沉降量达5 mm，主要原因为道路施工路基沉降，并未受施工的影响。顶管施工后运行2年，工程并未出现裂缝或沉陷等病害，达到了预期的施工效果。

6 結束语

市政道路施工中，沉降控制有利于保证工程的稳定性和安全性。为加强工程施工效果，应当结合工程实际和要求，采取切实可行的施工技术，做好沉降监测，合理布置沉降点，明确监测项目和周期，以此加强工程建设规范性，促进市政道路的平稳运行。

参考文献：

[1]刘云兵.浅析砂层顶管下穿市政道路施工的沉降控制技术[J].门窗，2019（3）：56-57.

[2]马高峰，杜方.富水砂层顶管下穿高速公路的方案及措施[J].城市建筑，2019（36）：150-152.

[3]郑书朝.大断面矩形顶管沉降控制技术[J].建筑科技，2018（4）：45-48+55.