顶管下穿河堤引起“滑移”案例分析

李聪王欢贵

广州轨道交通建设监理有限公司

摘要：本文主要以顶管机下穿河堤引起“滑移”为例，对顶管施工造成地表建（构）筑物形变的原因进行了剖析，总结了相关施工经验，并提出后续采取的处理措施和预防措施，希望对今后的施工有帮助。

关键词：顶管；下穿河堤；河堤滑移；河堤加固

1工程概况

1.1工程位置及标段范围

本标段范围顶管隧道长1834m，共分6段，线路起于石沙路与石潭路路口西侧，下穿黄石西路南侧人行道与绿化带，止于黄石立交转盘西南侧绿化带。其中3#顶管段电力隧道线路起点位于西沙路与石潭路交叉口绿化点内，止于石沙路与石槎路交叉口东北角绿化带内，隧道全长240m。隧道埋深8～10m，其中跨石井河段长50m，埋深4.8m。其平面位置如图1所示。

隧道线路经过的地表主要分布的河流为K4+095附近的石井河，水面宽度为45m，水深3～4m，河水受珠江潮汐影响，水位潮汐涨退之间起落变化为1.0m～1.5m之间，场地范围内大量分布有粉细砂和中粗砂，且砂层均为饱和状态，经液化计算，液化指数为0～23.87，为中等液化砂土，砂土地震液化时，土体会失去抗剪强度和承载能力。

地下水按赋存方式为第四系松散层孔隙水和基岩风化裂隙承压水，第四系松散层孔隙水主要赋存于人工填土层，基岩风化裂隙承压水主要赋存于泥岩、页岩等强风化层和灰岩中微风化层。地下水补给源为大气降水，主要以蒸发的方式排泄。地下水混合水位埋深0.90～3.50m。

2事件发生过程

2016年5月28日上午顶管机顶进至石井河东岸岸边，已下穿过石井河东岸河堤正下方，造成河堤护栏及水闸往石井河内滑移，桥头护坡下滑，河堤砌石不稳脱落，隆江猪脚饭店门前地面出现大面积开裂情况，同时该居民房窗台出现1cm左右宽的裂缝。针对此情况，项目部立即向相关单位进行了汇报并启动应急措施，调整顶进参数，泥水压力由过河段的0.05～0.08MPa调整至0.1～0.13MPa。调整后继续顶进，当日排泥量为9m³/m，小于设计开挖量10.3m³/m。

5月29日上午顶管机刀盘已上岸并脱离河堤10m，河堤处地面沉降变化仍在增大，项目部暂停顶管顶进施工，对顶管机排泥系统进行改进，在排泥管道上增加阀门，以便控制排泥量，当日排泥量为8m³/m，小于设计开挖量10.3m³/m。

5月29日下午该区域地面沉降继续增大，29日晚间18：30左右顶管机排泥系统改造完成，顶管继续顶进，至5月30日早晨8：00顶进5m，累计顶进76.5m，顺利跨过沉降区域，地面沉降值变化有所减缓。（见图3、图4）

3事故原因分析

3.1顶管顶进扰动土体

根据勘察报告，3#顶管隧道大部分处于粉细砂、中粗砂及砾砂等地层中，河堤沉降区域根据勘察报告及实际调查，隧道上方土层为回填土，土质较为松散，不够密实（见图8）。顶管机通过该区域时，由于刀盘的切削搅拌、震动，很容易对土体产生扰动。在扰动作用下，土体中的水和气会被排出，土体颗粒产生相对移动，土体产生一定的压缩，地面会开始产生微小的沉降。随着顶管机的接近和通过，土体受到千斤顶的挤压作用，有向前向上的移动势头，导致地面有微量的隆起，因后期支护力不足，顶管机前方的土体向后向下运动，则河堤出现沉降。

3.2河堤土方不稳

根据历史地质资料调查显示，顶管隧道通过河堤区域上方原是排水渠，后因石井河改造，方才回填并建立水闸。因此该区域地质情况处于下部较为稳定，上部土体容易受到扰动的状态。在顶管机通过过程中，对该区域土体扰动较大，出现较大沉降，在沉降受力过程中因桥头护坡整体向石井河方向下滑，对河堤周围土体形成挤压，造成地表出现大面积开裂，由于河堤处受到侧向压力增大，河堤土体出现整体偏向石井河处移动，河堤砌石挡墙受到的侧压力超出设计值，故而未能形成有效的阻挡作用，造成河堤整体滑移（图9）。

3.3顶管机下穿河堤过程掘进参数调整不及时

穿越石井河河堤时顶管机上方覆土埋深出现明显变化，在地表压力作用下隧道所处的砂层及淤泥土层地质较差，在进出河堤时，上方覆土的增加，引起泥水仓压力的不平衡，在此过程，顶管机操作手未能根据现场实际情况及时调整泥水仓压力，进而对该处上层软弱土体形成扰动，造成隧道上方回填土变形，后续逐渐沉降反应到地表上，引起地表沉降及地面开裂（图10、图11）。

3.4触变泥浆流失

由于顶管隧道洞身所处地层为中粗砂层及砾砂层，顶管机后方为石井河，地层含水量较大，在顶管掘进过程中对管节与土层间隙填充的触变泥浆冲刷严重，容易造成触变泥浆流失，进而形成空隙，隧道上方土层对空隙进行移动填充，引起土层下沉，导致出现地面沉降。

3.5技术管理原因

3#顶管隧道在下穿东岸河堤过程中，施工单位和现场监理未对先前顶管机脱离加固区时造成地面沉降异常经验教训引起足够的重视，对顶管机穿越该区域前的地质情况调查以及周边建（构）筑物的调查不够完善，未能清晰地评估下穿河堤的所会产生的风险，忽视了穿越河堤过程隧道上方覆土差、隧道实际为浅埋隧道、隧道上方为松散回填土等不利因素，现场管理有些松懈，存在麻痹和侥幸心理，对可能出现的突发事件估计不足，在施工过程中未采取相应的预防和加强措施。

4下一阶段顶管顶进的建议及措施

（1）加强顶管操作手和土建工程师的顶管操作知识培训，使其能详细掌握程水文地质条件，随时根据地质变化及时调整掘进参数，使顶管机快速连续地通过该区域，同时降低刀盘转速，控制顶管掘进速度，以减少对砂层扰动；

（2）在顶管机机体通过后及时进行触变泥浆的注入，严格按照泥浆参数进行泥浆伴制，在注浆过程必须严格控制注浆压力以及注浆量，以确保管节壁后注浆回填密实，并且随时根据触变泥浆流失量进行补充注浆；

（3）施工中要严格控制排泥量，根据顶进前后渣土池中的渣土量，精度到每米的掘进长度。建立和保持好顶管机泥水仓压力，随时根据地质变化情况调整泥水仓压力，避免顶进过程中造成地面沉降异常；

5结语

（1）加强质量、安全管理，顶管机顶进前要充分了解隧道沿线所存在的安全风险，充分调查地质情况以及高风险区域的相关历史地质资料，以便做好各项风险评估及风险应对措施，将一切可能引起不良后果的因素进行风险管理；

（2）在地质较差的情况下，施工过程中应及时调整施工参数，必要时应提前进行地表注浆加固措施；

（3）施工单位需编制针对性较强的应急预案并及时组织应急演练，在演练完成后及时根据演练情况修改并完善应急预案。此外，施工现场还应备足足够的抢险物资并安排专人保管严禁挪作它用；

（4）注重细节落实，经审核批准的施工方案在施工中必须要严格落实，每一个施工环节都必须做到有理可依，有据可查。

参考文献：

［1］李国刚.中国环境监测科技发展需求分析.中国环境监测，2015.09

［2］郭亚卓，浅谈园林绿化工程的施工管理[J].中国科技博览，2009（31）

[3]周铁建，常贺.TD-LTE高铁覆盖优化方法探讨.电信工程技术与标准，2004，1：16-20