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摘要：泥水平衡顶管泥水压力的大小对周围土体和建筑物的影响十分显著，选择合理的泥水压力值，对顶管施工起到至关重要的作用。本文采用水土压力合算法和地下水压经验公式法对泥水压力值进行计算，以此为基础初步确定泥水压力，再结合地层位移监测，确定实际泥水压力。将三个泥水压力值进行了对比与分析，实际的泥水压力比两种计算值小，按地下水压经验公式法计算得到的结果偏大，水土压力合算值居中，可为以后工程作为参考。。
关键词:浅埋暗挖 大口径 监测 泥水压力
0 引言
随着城市高压线路上改下工程的开展，地下管廊系统在国家电网基础建设中的运用越来越广泛。作为一种非开挖技术，泥水平衡式顶管施工具有开挖面稳定、机械化和自动化程度高、对周围土体和建筑物影响小、掘进速度快等优点[1]。然而当泥水压力大小取值不当时，泥水平衡式顶管施工可能会引起严重的地表隆起以及沉降，从而对周边环境产生不利影响。本文结合杭州市萧山区顶管工程对泥水压力的合理取值进行了阐释。
1工程概况
涌潮-兴南π入祝桥变220kV线路工程位于杭州市萧山区，为地下隧道电缆线工程。线路全长1397.619m，采用泥水平衡式顶管施工技术，本工程选择型号为NS φ3000的泥水平衡式顶管机，直径为3540mm，长度为5000mm。顶管管节的材料为C50的混凝土，外径长度达到3540mm，内径长度达到2500mm，属于大口径管节。
本工程位于杭州市萧山区，为浙北平原，地面标高一般为4.8~6.5m，地貌单位的类型为河口相冲平原。离地面标高1～2m处为填土，往下约14～20m左右为粉土和粉砂层。粉土以下为厚度达10m以上的高压缩性流塑状的淤泥质土或灰色粉质粘土，局部夹粉砂层和圆砾层，地质情况较差。
2 泥水压力计算方法
目前，确定泥水压力是一个比较复杂的问题，工程上常采用水土压力合算法和地下水压经验公式法，初步确定合适的泥水压力，然后在实际顶进过程中对地表沉降、顶进速度和顶力等进行监测，确定实际施工中的泥水压力。本文结合涌潮-兴南π入祝桥变220kV线路工程正常段施工过程对合理的泥水压力进行研究。
2.1开挖面稳定力学原理
泥水平衡式顶管施工的原理是使工作舱里的泥水压力与开挖面方向的水土压力达到一个动态平衡，从而使开挖面处于一个稳定的状态，开挖面稳定原理如图1所示[2]。
开挖面泥水压力与地表沉降和隆起的关系如图2所示，当泥水压力小于主动土压力时，即p<Pa，工作面处于超挖状态，地表土体会产生坍塌和沉降的问题；当泥水压力介于主动土压力与被动土压力之间时，即Pa<p<Pp，属于施工理想状态；当泥水压力大于被动土压力时，即p>Pp，工作面处于欠挖状态，地表土体会出现隆起的问题。
图1 泥水平衡法开挖面稳定原理
3 施工监测
为了保证顶管工程施工质量，降低对周围建筑物与环境的影响，为信息化设计、施工提供依据。提供可靠的监测数据能有效解决泥水平衡式顶管施工可能引起的地表隆起或沉降问题，并提前告知所存在的隐患，使施工单位能采取有效的措施来避免事故的发生，并留下可靠的数据为以后的工程作为参考。
3.1监测方式
施工监控量测点布置根据设计要求，每一个代表地段设一个断面，利用精密水准仪、磁环分层沉降仪、倾斜仪对土层位移进行测量，利用刀盘泥水压力器测量泥水压力大小，从而得出土体变形位移和泥水压力。
为了保证施工安全，不影响周围环境。在掘进面前后20m范围内，应当保证每日测量次数为1~2；在掘进面前后20~50范围内，应当保证二日测量次数为一；掘进面前后大于50m时，应当保证一周测一次。
3.2监测数值
本工程顶管分为3#井~2#井、2#井~1#井两段，对其典型断面进行25天的土体变形监测和顶进过程泥水压力值监测，不同深度土体变形监测结果如图3所示。
图3 土体变形监测图
顶管机顶进时，掌子面保持稳定，泥水压力与水土压力能达到一个动态平衡。经过如图所示25天的土体各个深度的变形监测，累计最大位移变化量的土体为离地面1m处的土体，累计位移变化量为7.16mm，满足规范要求值38mm。连续2天位移增量不超过2mm/天，满足规范要求值。
2#井~1#井全程长度为427.4m，由现场监测数据可知，泥水压力全程取值范围为0.05MPa~0.067MPa，平均取值为0.0585MPa。3#井~2#井全程617.3m，泥水压力全程取值范围为0.056MPa~0.081MPa，平均取值为0.0655MPa。
由土体变形位移与掌子面开挖情况分析可知，本工程所控制的泥水压力值符合实际情况要求，取值较为合理。
4分析对比
对于正常段顶进的计算剖面，顶管轴心距地表取平均值8m，地下水位深度取1m，土层静止土压力系数K0根据经验取0.4，土重度取值以地下水层为分界面，地下水层以上取18kN/m3，地下水层以下取19kN/m3。水土压力合算法及地下水压经验公式法中，预压pp均取0.015MPa，代入公式求得水土压力合算法的泥水压力值为0.075MPa，地下水压经验公式法的泥水压力值为0.084MPa。
在实际施工时，由监测数据可知，正常段的泥水压力为0.05~0.08MPa。图4给出了由水土压力合算法、地下水压经验公式法以及施工控制的泥水压力对比柱状图，图中施工控制范围值取平均值。由图4可见，实际的泥水压力比两种计算值小，按地下水压经验公式法计算得到的结果偏大，水土压力合算值居中。
图4 泥水压力对比图
5结论
以杭州市萧山区涌潮-兴南π入祝桥变220kV线路工程为依托，结合工程的实际监测情况对大口径顶管施工中的泥水压力进行了分析，实际的泥水压力比两种计算值小，按地下水压经验公式法计算得到的结果偏大，水土压力合算值居中，可为以后工程作为参考。
参考文献：
[1]傅德明,楼如岳. 泥水平衡顶管施工及参数研究[J]. 岩石力学与工程学报,2003(S1):2493-2501.
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[4]周舒威,夏才初,葛金科,王双,张平阳. 黏土中超大直径顶管开挖面主动极限支护压力计算方法[J]. 岩土工程学报,2013,35(11):2060-2067
论文作者:金一泓,周廉钧
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/12/4
标签：泥水论文; 压力论文; 工程论文; 水土论文; 水压论文; 顶管论文; 地下论文; 《防护工程》2019年15期论文;