排水管網(wǎng)頂管法施工過(guò)程中地下空洞的成因與處治方法研究

區(qū)堯勇

摘 要：依托某市污水管道為區(qū)域內(nèi)污水干管，設(shè)計(jì)采用頂管法施工，分析了頂管法施工方案，對(duì)地下空洞的成因于處治方案展開(kāi)了論述。

關(guān)鍵詞：頂管法施工；低下空洞；注漿加固

1 工程概況

某市污水管道為區(qū)域內(nèi)污水干管，設(shè)計(jì)采用頂管法施工，頂管長(zhǎng)度為 2452.4m，管道類(lèi)型為 d1800mm 的Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土承插口管。由于管道軸線(xiàn)位于豐產(chǎn)三路-建章路-豐產(chǎn)路三條交通干道下面，且該路段的物流車(chē)、油罐車(chē)和商品混凝土車(chē)等大型車(chē)輛集中，車(chē)流量大，管道上部土體承受車(chē)輛行駛中的動(dòng)荷載，存在著路基、路面塌陷等一定的安全隱患。

2 頂管法施工方案

本污水管道工程采用泥水平衡頂管施工方案：

（1）頂管機(jī)頭的選擇。本污水管道工程頂管設(shè)備最終選用 TLM 大刀盤(pán)泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)。泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)是可以連續(xù)依次將一個(gè)管子，推進(jìn)土中的掘進(jìn)設(shè)備，效率高且適應(yīng)性強(qiáng)，進(jìn)行操作時(shí)直接在地面操縱室內(nèi)或工作坑內(nèi)進(jìn)行。

（2）頂管配套設(shè)備選型。主頂進(jìn)系統(tǒng)是由油缸組、頂進(jìn)環(huán)、液壓泵站及鋼后靠等組成，主要目的是對(duì)管節(jié)頂進(jìn)進(jìn)行完善，它們是頂管設(shè)備體系的重要構(gòu)成部分。

（3）頂管現(xiàn)場(chǎng)平面布置。①井上布置：地面上的布設(shè)有：供電系統(tǒng)、集裝箱材料間、觸變泥漿拌和站、管道存放區(qū)域、起重設(shè)備、多只施工集裝箱用房組成；②井內(nèi)布置：基坑內(nèi)布設(shè)的有：后背、主頂油缸、導(dǎo)軌、鋼制扶梯、油泵動(dòng)力站、U 型頂鐵、環(huán)形頂鐵等；③管道內(nèi)布置：管道內(nèi)布設(shè)的管線(xiàn)有送排泥管、照明線(xiàn)纜、觸變泥漿主管、通信線(xiàn)纜、動(dòng)力線(xiàn)纜等。布置原則：管內(nèi)設(shè)置滿(mǎn)堂網(wǎng)格鋼板。鋼板下部放 2 根注漿主管，該注漿主管架設(shè)于支架之上，照明電纜、動(dòng)力電纜、通信電纜均架設(shè)于支架之上。

3 頂管施工過(guò)程中地下空洞的形成及處治

（一）地下空洞形成原因

（1）地質(zhì)成因。此地區(qū)屬非濕陷性黃土地區(qū)河漫灘砂層，中砂層及填土層，是市政道路易塌陷的地層，其特點(diǎn)是砂性土的土顆粒較一般粘土大，粘粒含量較少，呈單粒結(jié)構(gòu)，土顆粒之間的粘性較小，孔隙比較大，很容易在動(dòng)水力的作用下產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。第四系土層經(jīng)地下水的沖刷，原由地質(zhì)作用形成的裂隙會(huì)變得越來(lái)越大，最會(huì)后形成空洞。

（2）施工擾動(dòng)掘進(jìn)機(jī)前方剪切擾動(dòng)區(qū)，此區(qū)域土體受到刀盤(pán)的切削、震動(dòng)和攪拌的影響開(kāi)挖導(dǎo)致應(yīng)力松弛，使水平應(yīng)力減?。辉僬?，又因頂推力及平衡泥漿的壓力使得水平應(yīng)力增加。

（二）地下空洞的處治方案

（1）注漿區(qū)域確定。根據(jù)地面上的鉆孔探測(cè)結(jié)果以及地質(zhì)雷達(dá)掃描結(jié)果確定需要注漿處理的范圍或長(zhǎng)度。

（2）施工方法的選擇。本工程使用空壓機(jī)注漿工法，針對(duì)管道周?chē)目斩醇安幻軐?shí)區(qū)域附近的土體通過(guò)注漿進(jìn)行加固處理，使該段路基形成一定強(qiáng)度的復(fù)合地基，從而使管道周?chē)翱斩磪^(qū)域周?chē)馏w得以穩(wěn)定。

（3）注漿加固工藝：①注漿材料：高強(qiáng)度、易同砂、土凝固；注漿材料選用強(qiáng)度等級(jí)為 42.5 普通硅酸鹽水泥；注漿材料配比：水泥漿液的水灰比使用 1：1；②注漿孔的布置和注漿范圍：本工程采用的管材為采用Ⅲ級(jí) d1800 鋼筋砼管道，每根管節(jié)長(zhǎng) 2.5m，每根管設(shè)有一個(gè)注漿孔；③工藝流程：連接注漿工藝管道：預(yù)留注漿孔的位置于管道上，并設(shè)置注漿支管，將控制閘閥設(shè)置于所有注漿口支管處；注入漿液：管道設(shè)置結(jié)束后，這時(shí)使用注漿壓力 0.1～0.4Mpa 對(duì)注漿孔進(jìn)行注漿；封堵注漿孔：為了制止?jié){液的不斷流失，使用絲堵對(duì)注漿孔加以堵??；沖洗注漿管：整個(gè)注漿過(guò)程全部結(jié)束后，應(yīng)該馬上對(duì)注漿管進(jìn)行清洗，而且對(duì)廢水的排放進(jìn)行一定的處理，使整個(gè)過(guò)程干凈、整潔。

（4）工作難點(diǎn)及解決方案

本工程 d1800mm 雨水管道，全長(zhǎng) 2452.4m，單項(xiàng)頂程均在 150 米左右，存在以下不確定因素：本工程工程量較大，管徑為 d1800mm 的大口徑頂管，必須保持設(shè)備的完好。雖然泥水平衡掘進(jìn)機(jī)適應(yīng)性較強(qiáng)，但是它的排石功能差，如頂進(jìn)過(guò)程中遇到迎面的大石塊，就需要外力排除。

（三）注漿處治效果

（1）檢測(cè)手段：注漿施工過(guò)程結(jié)束后，通過(guò)對(duì)這些注漿體內(nèi)進(jìn)行壓水、鉆孔、注水等措施來(lái)對(duì)注漿是否密實(shí)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于不完全密實(shí)的區(qū)域必須再次對(duì)其采取補(bǔ)漿措施。檢測(cè)的注漿孔的數(shù)目大致為所有注漿孔數(shù)的 5～10%，重點(diǎn)檢測(cè)的布置注漿孔區(qū)域是注漿質(zhì)量較差、地質(zhì)條件特殊或不良的地段并且不能確定注漿質(zhì)量好壞的地段，有疑問(wèn)的地段可以通過(guò)使用地質(zhì)雷達(dá)掃描結(jié)果和鉆孔來(lái)對(duì)其注漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

（2）檢測(cè)結(jié)果：注漿后對(duì)地表受力和變形進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，并用雷達(dá)進(jìn)行了復(fù)測(cè)結(jié)果顯示，通過(guò)注漿原地下空洞區(qū)域已呈密實(shí)狀態(tài)，管道周?chē)幻軐?shí)區(qū)域土體密實(shí)度也有很大改善，整體土層以及管道周?chē)馏w也無(wú)明顯沉降。由此可見(jiàn)，采用上述方法處理過(guò)的地下空洞，處治效果明顯，能夠滿(mǎn)足工程安全性的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

頂管法施工時(shí)會(huì)對(duì)城市道路的路基結(jié)構(gòu)造成影響，伴隨著一系列問(wèn)題也將會(huì)產(chǎn)生，比如，路面下陷、路面斷裂及地下空洞等。由于地下空洞會(huì)常常誘導(dǎo)路面塌陷的產(chǎn)生，使用注漿加固法對(duì)管道周?chē)a(chǎn)生的空洞進(jìn)行加固處理，以達(dá)到使土體穩(wěn)定的目的，避免了道路塌陷的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)寶樹(shù).隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)集[M].人民交通出版社，2003.

[2]屈鈞利.工程結(jié)構(gòu)的有限元方法[M].西安： 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[3]李圍等.隧道及地下工程 ANSYS 實(shí)例分析[M].中國(guó)水利水電出版社，2008.endprint