袁莊水廠定向鉆穿堤冒漿成因分析及處理措施

孫成坤 王 松 張春林

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

1 引言

新建的袁莊水廠位于袁莊鎮(zhèn)珠江東路與賀疃路交叉口東南角，取水水源為淮河，取水口設(shè)在淮河上六坊堤北汊的潘集區(qū)架河鄉(xiāng)楊集陶圩自然村，在陶溝涵下游約0.5km處，對應(yīng)淮北大堤樁號59+270m。取水管道施工采用定向鉆工藝自取水頭部入土至淮北大堤堤內(nèi)泵房出土，管道基本按照設(shè)計(jì)高程穿越淮北大堤堤基。

2 定向鉆施工簡介

采用水平定向鉆穿越技術(shù)進(jìn)行管線穿越施工，其工作過程是通過計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行導(dǎo)向和探測，先鉆出一個(gè)與設(shè)計(jì)曲線相同的導(dǎo)向孔，然后再將導(dǎo)向孔擴(kuò)大，把產(chǎn)品管線回拖到擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔中，完成管線穿越的施工過程。

2.1 鉆機(jī)被安裝在入土點(diǎn)一側(cè)，從入土點(diǎn)開始，沿著設(shè)計(jì)好的線路，鉆一條從入土點(diǎn)到出土點(diǎn)的曲線，作為預(yù)擴(kuò)孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線。

2.2 在鉆導(dǎo)向孔階段，鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑，為了使鉆出的孔徑達(dá)到回拖管線直徑的1.3～1.5倍，需要用擴(kuò)孔器從出土點(diǎn)開始向入土點(diǎn)將導(dǎo)向孔擴(kuò)大至要求的直徑。

2.3 經(jīng)過預(yù)擴(kuò)孔，達(dá)到了回拖要求之后，將鉆桿、擴(kuò)孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好，從出土點(diǎn)開始，一邊擴(kuò)孔一邊將管線回拖至入土點(diǎn)為止。

3 取水管道穿堤過程中出現(xiàn)的問題

袁莊水廠取水管道為兩根DN800PE管，單根長321.20m，采用FKW50定向鉆施工，入土點(diǎn)位于淮河灘地距離取水口約53m處，出土點(diǎn)位于淮北大堤堤內(nèi)側(cè)泵房處。

定向鉆施工第一根管道于3月8日開始導(dǎo)向，3月19日完成第一根的擴(kuò)孔及清孔工作（此時(shí)無冒漿現(xiàn)象）。3月20晚8時(shí)完成拖管施工，在拖管施工過程中，于淮北大堤迎水側(cè)護(hù)堤地內(nèi)，距堤腳約20m處出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象。

第二根管道工程施工于3月25日開始導(dǎo)向，4月4日完成第二根的擴(kuò)孔及清孔工作（此時(shí)無冒漿現(xiàn)象）。4月6日晚7時(shí)30分完成拖管施工，拖管過程中在第一根管道施工冒漿位置附近再次出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象。溢出泥漿含砂量一般5%～10%,最大有15%。二次冒漿總量約為20m3。

4 冒漿成因分析

4.1 工藝原因：定向鉆穿堤產(chǎn)生冒漿的原因主要在于實(shí)施鉆進(jìn)、固壁等工藝要求的注漿壓力約70～80m水頭，冒漿處地面高程約21.5m，管道頂高程14.5m，覆土厚度7m，漿液壓力大于其上的水的自重和土壤的自重（地下水位以下的土應(yīng)取浮重度）之和,因此只要注漿維持一定的時(shí)間,漿液首先從稍微薄弱的地表冒出是必然的。如冒漿地點(diǎn)距堤腳約20m，周邊栽有成材的防浪柳樹，其根系較為發(fā)達(dá)，深入地表以下數(shù)米，形成一定的“裂隙”，壓力較大的漿液很容易從裂隙中冒出。

4.2 地質(zhì)原因：從地質(zhì)資料看，在堤防附近管道穿過的土層為粉砂、極細(xì)砂、細(xì)砂和中砂，屬微至中等液化土層，受擾動(dòng)后強(qiáng)度降低易塌落。由于多次擴(kuò)孔，每次擴(kuò)孔注入的高壓循環(huán)漿液帶走大量砂粒土體，使砂層成孔幾何尺寸過大，導(dǎo)致上部土體塌落，覆蓋層土體變得薄弱，高壓漿液使淺覆蓋層土體向上隆起，土體結(jié)構(gòu)平衡遭到破壞，漿液沿土體縫隙向地表涌出。

5 加固處理措施

由于冒漿位置距離堤防很近，且汛期臨近，為防止該段堤防汛期出現(xiàn)堤基滲漏等險(xiǎn)情，應(yīng)急除險(xiǎn)方案研討會(huì)提出如下處理措施：

首先對冒漿處已破壞的地表覆蓋土層進(jìn)行換填粘土處理，即將破壞的覆蓋層進(jìn)行清除，再用粘土進(jìn)行回填。換土范圍為管道軸線上下游20m，截滲墻墻前30m。換土深度為2m，開挖邊坡比為1∶3?；靥钔粮叱虨樵袨┑馗叱獭?/p>

其次結(jié)合堤基截滲墻、管道周邊壓密注漿等處理措施對堤防進(jìn)行加固。具體方案為：

（1）頂管穿堤段采用高壓擺噴截滲墻，墻體布置于堤頂迎水側(cè)。墻底伸入管底不小于5m，底高程為8.7m左右，墻頂高程為27.00m（即堤頂高程）。截滲墻順堤向長度60m，兩根取水管之間的中心線上、下游各30m。防滲板墻采用擺噴對接結(jié)構(gòu)形式，三管法分序施工，高壓擺噴成墻，擺角30°，孔距1.50m，墻厚300mm。

（2）為防止取水管管壁周圍出現(xiàn)空隙，對截滲墻前后管壁周圍土體進(jìn)行壓密注漿，漿液為水泥粘土漿。注漿方式為管道外側(cè)軸向注漿和沿取水管軸線管道和周圍土體空隙注漿。注漿孔沿取水管兩側(cè)共布置8排，排距、孔距均為2m，與取水管軸線垂直布置，注漿范圍為管上、下各約1.5m，共3.8m，長度為以截滲墻為起點(diǎn)，迎水側(cè)100m背水側(cè)50m，共150m。注漿孔共675孔，總進(jìn)尺2700m。

6 建議

定向鉆穿越施工較以往大開挖、頂管施工具有施工簡便、快捷，定位誤差小，對周邊環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛使用。但由于地質(zhì)勘探等資料不詳，可能造成施鉆導(dǎo)向孔失敗和冒漿等問題，在穿越堤防時(shí)會(huì)對防洪安全造成較大危害。為此，要避免定向鉆穿堤施工過程中可能發(fā)生冒漿、坍塌等現(xiàn)象,需要做好施工前期準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)勘探、設(shè)計(jì)、施工等參建單位協(xié)作與溝通,在掌握大量詳實(shí)的地質(zhì)勘探資料基礎(chǔ)上，針對不同地層土體制定不同的漿液配比、壓力指標(biāo)、頂進(jìn)速度等施工方案。同時(shí)要加強(qiáng)施工現(xiàn)場監(jiān)管，尤其對于管道穿堤工程等隱蔽工程施工要布點(diǎn)觀測，及時(shí)巡查，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)報(bào)告、及時(shí)處理，以確保防洪工程運(yùn)行安全