新奥法对于顶管施工过程中地面变形的影响
那雯祺 李琳 张畅
摘 要：城市化不断的推进，使得地下管廊被越来越多的投入使用。本文基于修建地下管廊最为方便的方法，即顶管施工与修建隧道广泛应用的新奥法相结合，简要阐述将新奥法应用到顶管施工中对于地面变形的影响。
关键词：新奥法；顶管施工；地面变形
0 引言
随着社会经济的不断发展，城市化的不断推进，地下管廊被更多地投入开发中，而地下管廊的施工方式中顶管施工越来越多地被采用，顶管施工的优势为很多人熟知，新奥法作为近些年应用广泛的施工方法为更多人所接受，而笔者希望将顶管与隧道施工方法的新奥法结合，最大限度地发挥新奥法的自我优势，完善发展顶管施工，希望能更大地发挥顶管施工在城市地下施工方面的优势。
1 顶管施工概念
顶管施工是繼盾构之后发展起来的一种土层地下工程施工方法，主要用于地下进水管、排水管、煤气管、电信电缆管等管道的铺设施工，它不需要开挖覆层，并且能够穿越公路、铁路、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，是一种常用的敷设地下管道的非开挖施工方法。其原理即是预先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶，借助千斤顶的推力将掘进机和已成管道沿着隧道的准线，穿越土层一直推进到接收坑，从而达到在不破坏地面以及地下构筑物的前提下，尽量少开挖甚至不开挖土层，达到相关地下的管道埋设的一种方法。
2 顶管施工的发展优势
顶管施工时，采用的是机械开挖的方法，且为在地下的推进施工，因而更加的省时省力，更加的经济，从而达成施工方法更经济的目的，而顶管的管节长度大概为2至4米，因而施工成本要较为低廉。顶管的优势使得这种施工方法在城市地下管廊施工中被广泛采用。
众所周知，城市的高速发展带来更多的需求，尤其在生活管道方面，管线的数量需求增多，而老旧管线的更替也是一个困扰城市居民的问题，因为无论是更新管线还是更替管线，由于城市高楼耸立，道路纵横交错，各种管道均埋设于道路下方或者基础附近，传统的管线埋设不是埋设于城市建设初期就是采用明挖的方法，而明挖的方法由于直接在需要铺设管道的地面开挖，会形成马路拉链，阻碍交通，为繁忙的城市交通带来很大的麻烦，所引起的连锁反应诸如为缓解交通投入的大量人力物力，使得明挖的传统方法在经济方面存在很大的劣势。顶管施工顺势而生，只需要在城市的边远地区如郊区开挖发射井与接收井，只需要相比较以往很少的开挖量，剩余的工程均在地表以下进行，减少了对城市地面的破坏，降低了人力的消耗，使施工过程更加简明快捷；由于主要推力由千斤顶提供，不需要人工进行管道铺设，使得施工更加安全文明；且施工的路面不需要再进行围挡，城市交通并不会被破坏堵塞，可以照旧畅通无阻，这样传统方法会引起的经济损失被完全挽回。
顶管施工的众多优势使得此种方式被广泛应用于大大小小城市的管线施工当中，且成为新型城市施工方法中的翘楚，但是顶管施丁的诸多优势并未被全部研究开发出来，顶管施工的相关研究值得我们更多的开发使用。
3 新奥法概述
新奥法，新奥地利施工法（New Austria TunnellingMethod）是一种基于并且继承于传统矿山法发展的新型的设计与施工方法，基本思想是充分利用围岩的自我承载能力和开挖面的空间约束作用，具体采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时地对围岩进行加固，从而约束围岩的松弛和变形，是一种充分利用围岩的自承能力来进行地下工程的施工以及设计的新型方法。
与新奥法相对应的就是传统的矿山法，传统的矿山法并不考虑围岩的自承现象，直接进行开挖，不考虑围岩自承导致的计算施工量增大同样增加了人力物力，使得经济上蒙受巨大损失，而新奥法应用于隧道建设中可以最大限度地减少经济损失。在施工安全的保障下减小施工量，新奥法因其在岩石隧道施工方面的巨大优势被广泛应用于岩石隧道开挖中，所以本课题将广泛应用于岩石施工中的方法应用于土方施工中。据查阅资料，土方的自承能力与埋深有着很大的联系，埋深越深自承能力越大，城市管线大多埋设于较深的地层，因而笔者思考将新奥法与顶管施工相结合，在顶管施工开始的施工量计算中考虑到土方的自承。这在千斤顶推力计算过程中可以减小推力的最终计算数值，而推力数值的减小意味着人力的减少和施工设计造价方面经费的减小，这也是现代施工设计所一直追求的。同时在国内外相关研究中，两者的结合还是一个相对空白的领域，相关的学术论文并没有很多，这样的空白领域更值得我们去探索研究。而新奥法在隧道开挖方面的经济优势已经得到了验证，可以预见新奥法真的成熟运用于顶管施工时可以在城市施工方面带来的巨大优势。综上所述，新奥法的前景是非常广阔的，而顶管施工的优势又并未全部被开发出来，两者的结合定是一大创新，可能会开创一个地下施工设计的新纪元。
4 关于地面变形的问题概述
众所周知，顶管施要因为其经济性、施要便捷性以及少开挖的特性应用于城市内的地下管廊施要或者新旧管廊的替换施要，其最为显著的优势就是对于地面建筑物以及原有的地下构筑物破坏较小，对于地面变形影响较小，而新奥法正是利用围岩的自成拱的原理，利用围岩的约束来进行地下施工设计，将新奥法中的围岩自成拱的的原理加入到顶管施工千斤顶的推力计算中，从而减小周围土层的压力，进而减小对于地面的变形。
顶管施工会造成土体应力状态改变以及地层损失而引起的地面变形，应力状态改变只会在顶管施工时引起短暂的变形，随着开挖面的远离，地面逐渐恢复，故在实际计算施工中对地面的最终沉降计算只需要计算土体损失、注浆填充以及失水固结，对最大隆起的预测计算需要考虑顶管机以及后续环节对土体的作用力。
传统算法认为土体完全作用于管节之上，因而传统算法计算的相关推力较大，造成了一部分人力以及经济上的损耗，而将新奥法引入推理的算法中，将土体自成拱的挤压力加入到土体的作用力中，可以简化计算，使得结果更加经济化。
采用新奥法构筑隧道可以使得围岩与支护结构共同工作，最大限度发挥围岩自身原有的支承能力，因此与传统的钢拱架厚混凝土支护体系相比，施工方便并节省人力资源，因而在开挖计算施工中，在岩体开挖隧道后从变位产生到岩体破坏会有一个相应的时间效应，使得土体自成拱的天然承载力成为围岩自我支撑力的一部分，成为一个统一的支撑环，共同形成一个长期稳定的洞穴。
这里可以做一个假设，将新奥法的自成拱的土体自身的承载力加入到推力的计算过程中，可以做相关的实验，计算不同土体埋深下的土体自成拱产生的土体约束力，并总结相应的实验数据进行分析，进一步地得出结论，可以计算更为经济的埋置深度使用推力的大小，将顶管施工与新奥法最大限度地结合，使其更为经济安全，填补相关研究方面的空白，创立新型的设计施工方法，将创新与实际施工相结合，在施工中不断完善施工方法，使其更加完善。
5 结束语
对于顶管施要的使用越来越广泛的现状，我们要采用更多的方式改进发展顶管施要的要艺，使得地下管廊的施工对周边环境影响降低，从而在对周边环境影响最小的情况下，更好地对地下空间进行最大限度的开发利用，这是现代施工设计的需求，也将成为社会科技创新的巨大成果。
参考文献：
[1]高雁.论顶管施工技术及应用.绿色环保建材，2018，（01）.
[2]王勇.新奥法隧道施工过程对地面变形的影响.山西建筑，2007
[3]魏纲，徐日庆，郭印.顶管施工引起的地面变形计算方式综述.市政技术.2005.23（6）：350.-354
