摘要：近年来，顶管施工由于其多方面的优点，使得它在城市管线建设和改造等工程中得到官方应用，但顶管施工引起的土体扰动特性越来越受到人们的重视，本文通过顶管施工对周围土层的影响机理分析，深入探讨了顶管施工中如何减少对周围土层的影响的措施。
关键词：顶管；施工；土层
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：
顶管施工技术会对周围土层产生移动，即沉降和位移，地面的沉降和移位会使土体的受力情况等发生变化，从而导致土体发生移动和变形，当这种影响达到一定程度容易使周边构筑物产生管线等的安全问题。因此，在应用顶管施工的过程中有效控制施工对周围土层的影响尤为关键。
一 、顶管施工对周围土层的影响机理分析
顶管法施工引起周围地层变形的内在原因是处于天然静止平衡状态的土体受到了破坏，从而导致其应力状态发生了变化。该部分土体经历了挤压、剪切、扭曲等复杂的应力路径。由于顶管机与管道的前进靠千斤顶的推力，因此只有千斤顶有足够的力量克服前进过程所遇到的各种阻力，管道才能不断往前顶进，同时该阻力又反作用于土。从力学角度看，项管施工过程是三维半无限介质中的一个与半无限界面平行的柱孔，在不断延伸的过程。在柱孔外侧存在着内外两个变形区，内变形区呈塑性变形，外变形区为弹性变形。顶管掘进期间首先微量收缩(建筑空隙)，然后微量扩张(壁后注浆)表现为顶管机对土体的挤压和松动、加载与卸载、孔隙水压上升与下降所引起土性的变异、地表隆起与下沉等。从而使土体产生应力释放、体积、含水量或孔隙水压力的变化，特别是土体结构或组构的破坏和变化。尤其在软粘土中顶进施工时，土体稍经扰动就会使其力学参数发生很大变化，且长期引起固结和次固结沉降。
二 、顶管施工中如何减少对周围土层的影响
2.1 顶管顶进中对地层变形进行控制的方法
根据顶进方法及顶管机的不同，制定开挖面的稳定技术措施、控制超挖量、确定压力平衡技术参数；采用触变泥浆进行注浆，及时填充管外壁与土体之间的间隙；控制顶力方向，发生偏差应及时纠偏；避免管节本身、管节接口、工作井洞口及顶管机尾部等部位的泥水渗漏，并确保管节接口端面完好。
2.2 顶管施工注浆法
在顶管施工过程中，可能会因为土层的沉降、移位而对周围建筑物产生影响，注浆能填补土体内部的空隙，降低管壁与土体的摩擦，防止土体坍塌，从而能有效的减少土层移动。并且对于长距离顶管来说，只是用增大主顶油缸推力的方法来提高推进距离是远远不够的，可以通过分段法了解决该问题，既将整个管道分成几段，在段与段之间设置一些中继间，并且可以在管环外注入一些泥浆，当形成泥浆套时就可以减少摩阻力，从而达到增加推进距离的目的。因此，为了能顺利的将长距离顶管顶进的同时有效的控制沉降，就须要在施工过程中注入泥浆。
2.2.1 膨润土泥浆的特性
膨润土泥浆是一种由膨润土、粉末化学浆糊（CMC）、纯碱和水按一定比例配方组成的混合物质。膨润土泥浆在具有假塑性流体和塑性流体的流动特性的同时还具有触变性。触变性是指膨润土经加水搅拌成为悬浮液后，当悬浮液静止时分散的薄片状蒙脱石微粒会絮凝变成凝胶体，当含有这种凝胶体的浆液被搅拌、振动或泵送时，大多数微粒结构将被分散、破坏，从而转变成为具有粘性和流动性的胶状液体，当该液体再次处于静止状态时，又会重新形成凝胶体，这种胶状液体和凝胶体之间的结构可以发生无数次的交替，这一特性称为触变性，膨润土泥浆也因此被称为触变泥浆。膨润土触变泥浆是顶管施工中较为常见的一种泥浆材料，它能充满在管节和泥壁环形空间内，在泥壁土体建立不透水阻隔层，稳定土体，防止塌落，形成的环形泥浆套悬浮管节，并且膨润土触变泥浆可以起到润滑作用，将顶进管道与土体之间的干摩擦变为湿摩擦，减小顶进时的摩擦阻力，同时在注浆压力下，减小土体变形，稳定隧洞，从而保证顶管推进施工安全高效进行，并且这种泥浆还比较便宜，是最经济和有效的一种，因而被广泛采用。
2.2.2 膨润土泥浆注浆减摩作用原理
膨润土泥浆的这一触变特性，让其能有助于顶进管道在静止时，则可成为支撑地层的凝胶体，在地层间运动时，以粘性液体减少摩阻力而成为减摩剂，而其具体的减摩作用原理如下所述。从注浆孔注入泥浆时，泥浆首先填补管节与周围土体之间的空隙，从而抑制地层破坏的加剧。当泥浆与土体接触后，在注浆压力的作用下，注入的浆液会将水分向土体颗粒之间的孔隙以及泥浆向土体颗粒之间的孔隙中渗透并扩散；当泥浆达到可能渗入的深度后，须经过一个短暂的时间让泥浆静止下来而变成凝胶体，充满土体的孔隙，形成泥浆与土壤的混合土体；随着浆液渗透的增多，泥浆与混合土体之间会形成密集的渗透块；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，形成一个能够阻止泥浆继续渗入土层的套状物，既泥浆套，泥浆套具备不透水、密实等特点，并能起到一定的支撑、减少摩擦的作用。合理的注浆可以起到减小土层运动的作用。从注浆孔注入的泥浆首先会填补管节与周围土体之间的空隙，进而形成泥浆套，能够起到支撑隧洞的作用，使开挖的隧洞保持稳定，不让土体坍塌到管道上，从而可以减小地面沉降。由于土体与管道之间被泥浆隔离，使得管道顶进对土体产生的剪切摩擦力大大减小，可以减小深层土体水平移动。在形成泥浆套之后，留在管道与泥浆套的空隙之间的泥浆，在自重作用下会先流到管道底部，随后向上涨起，从而使得顶进管在整个圆周上被膨润土悬浮液所包围，起到保护作用。当施工开挖对管道周围土体产生影响，使得部分土体结构遭到破坏而变成松散的土体时，注入膨润土泥浆，它就可以渗入土层的孔隙内，充满孔隙，使其成为有效应力压实土体，并且泥浆的液压能够起到支撑、保持稳定隧洞的作用。但由于顶管在施工完成前，顶管掘进机后面的管道在膨润土泥浆套的支持下，不断地作向前的顶进运动，而且管节转换时，顶力释放而可能引起管道的后退运动；这些施工中的不同环节，使顶管施工中对地面与土体变形的控制与环境保护较盾构法复杂。
三 、结束语
总之，顶管施工为城市基础设施建设与改造奠定基础，顶管施工技术由于便于施工、维修、保养、防护等优点被广泛应用，在整个施工过程中对土体的扰动影响也较大，有效的控制施工对土层的影响可更好的保护环境，这就促使我们更加努力的研究顶管施工引起的土体扰动特性这一课题。
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