顶管法施工过程的防水措施

1、顶管法施工过程中的防水措施 顶管施工是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。该方法具备多种优点，采用顶管施工，对地面上的上交通影响很小；进行顶管施工时，施工占地面积相对较小，而且顶管施工可穿越铁路、公路、河流等，节约成本。顶管施工的过程中产生的噪声较小,不会对居民的日常生活产生干扰。虹梅南路双柏路路口一管线目前正是采用了顶管法在进行施工。地下施工、地下结构物必须重视的一点就是防水，特别是上海此类地下水丰富、水位较高地区。对于顶管法而言，防水措施主要是堵。第一道防线是压浆将水堵在管道周边一定范围，第二道防线是管道接口密封。在此我们先讨论管道接口的密封。虹梅南路双柏路路口顶管法

2、施工的接口如下图所示。图1 图2图2中木垫板是主要为了在管与管之间传递纵向力而设置的，在顶进过程中，木垫板能发生一定塑性变形而同时又不会变硬以补偿管端不平整度，而且木垫板弹性并不大，千斤顶卸载时的回弹导致推顶的损失很小。该接头的防水密封采用双重形式。第一道密封是通过在一节管子的细端（图1）与另一节管子的钢圈（图2）之间夹置一个橡胶胀圈，橡胶胀圈坚固又有弹性，而且耐压，橡胶圈装置同时还保证不会由于推顶时的纵向力和横向力而改变位置和发生损坏，采用的方法是在管子的细端开出一条环形槽沟，用以装入橡胶胀圈。第二道密封位于管子端面之间。为此目的，需事先流出相应的空间，亦可在推顶完毕后将木垫板的内圆凿2-3

3、cm，然后将这样形成的缝处填塞石棉水或填塞膨胀水泥砂浆处理永久性接口。再回过去讨论第一道防线。右图是虹梅南路双柏路路口顶管注浆设置。实际上，注浆最主要的功能都不是为了防水。顶管施工过程中选择的是触变泥浆，浆液作用机理为：一是起润滑作用，将顶进管道与土体之间的干摩擦转换为湿摩擦，减小顶进的摩阻力；其次起填补和支撑作用，浆液填补施工时管道与土体之间产生的空隙，同时在注浆压力下，减小土体变形，使隧洞变得稳定。注浆时，从注浆孔注入的泥浆会先填补管节与周围土体之间的空隙，抑制地层损失的发展。泥浆与土体接触后，在注浆压力的作用下，注入的浆液将向地层中渗透和扩散，先是水分向土体颗粒之间的孔隙渗透，然后是泥浆

4、向土体颗粒之间的孔隙渗透；当泥浆达到可能的渗入深度之后静止下来，只须经过一个很短的时间，泥浆就会变成凝胶体，充满土体的孔隙，形成泥浆与土壤的混合土体；随着浆液渗透越来越多，会在泥浆与混合土体之间形成致密的渗透块，随着渗透块越来越多，在注浆压力的挤压作用下，许多的渗透块之间粘结、巩固形成一个相对密实、不透水的套状物，称为泥浆套。它能够阻止泥浆继续渗入土层。显然，虽说注浆最主要并不是为了防水，但是从其作用机理来看，亦能起到一定的防水作用。与盾构类似，注浆压力和注浆量是注浆工序的关键控制点。关于注浆压力的控制，我们进行以下讨论。下述讨论皆由盾构施工类比而来。首先，浆液压力不能太大，太大的压力超过土体

5、劈裂压会导致浆液源源不断的流逝，甚至有突出地面的可能，如右图虹梅南路顶管浆液溢出地面。劈裂压可由下式计算： 式中：为劈裂压； 为土湿重度； h为隧道轴线埋深；a为随浆液粘性和直径比变化的系数； 为土的无侧限抗压强度。因此注浆压力P不能大于。同时，虹梅南路顶管为泥水平衡顶管，注浆压力显然不能大于前方泥水压力值，否则注入的浆液将会窜到开挖面前方。因而注浆压力值应和前方泥水压力基本持平。考虑到前方泥水压力按开挖面中心设定,因此上方及下方注浆压力值应在、附近: 式中：为上方注浆压力；下为下方注浆压力;p泥水为开挖面中心设定注浆压力;V泥水为开挖面泥水比重;R为顶管半径。再者，理论上注浆压力应略大于地层

6、土压与水压之和,以达到对环向空隙的有效充填，相关文献表示可取为:国内外对盾构注浆压力与地面沉降量之间关系的研究表明:当注浆压力等于隧道轴线埋深处的地层应力时,减少地层损失和地面沉降量效果的最为显著,采用太沙基的土压力计算方法较为合理。但是相对于顶管，此处存在几个问题：1.太沙基土压力计算方法在使用时假定土体并未排水，而顶管施工时要求降水至顶管底部下方最少50cm；2.不论是太沙基土压力计算方法还是普式理论，其适用前提是岩体可以形成土压力拱，一般而言，盾构埋深可以达到这个深度，所以可以使用两者，而顶管埋深较之盾构浅。那么具体这个深度是多少呢？下面我们具体介绍一下塌落拱。该理论认为，在一定深度开挖

7、时，隧道上方岩体可形成拱，所以隧道结构物并非承受了其上方地面至埋深处所有土体的荷载，而是承受了一部分，此时土体荷载存在一个有效高度，并非埋深。其界定如下所述。普氏理论指出：式中：为塌落拱高度(m)；b为塌落拱的半跨度(m)；为为隧道的净高(m)。普氏系数的取值围岩分类（级）VI（I）V（II）IV（III）III（IV）II（V）I（VI）普氏系数5341.521当埋深大于2倍或2.5倍塌方高度时，才能用普氏理论或太沙基公式计算。所以，计算顶管时不能使用太沙基土压力计算方法，考虑到顶管埋深较浅（小于塌落拱高度），注浆压力可虑直接趣取为上覆土体荷载 即将顶管视为超浅埋。若顶管埋深较超浅埋深（大于

8、塌落拱高度，小于2倍或2.5倍塌落拱高度），可以考虑谢家烋理论公式。式中：侧土压力系数；：土体计算摩擦角；：顶板土柱两侧内摩擦角，取值表如下：围岩级别IIIIIVVVI0.9（0.70.9）（0.50.7）（0.30.5）显然，注浆压力不应小于。最后我们讨论一下注浆量的问题。注浆量的确定是以盾尾建筑空隙量为基础,并考虑了注浆材料向土体中渗漏、超挖、地层、线路及掘进方式等因素,以保证达到充填密实的目的。注浆量的计算公式为:Q=VT式中：V为计算空隙量；T为注浆率。式中：D为理论掘削外径;d为管片外径;m为盾构推进长度。而实际上，T的取值需要考虑注浆材料的特殊性、注入压力、土质及施工中损失的加成系数、超挖等等情况，需以实际情况为基础设定。根据相关文献，上海地区注浆量的合理量为管土间隙的78倍。实际施工中靠注入速度来控制注浆量,因此需计