淺析袖閥管聯(lián)合高壓旋噴注漿在頂管施工降水中的應用

黃海松，段騰騰，明道軒

(1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京 210017;2. 武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢430023)

淺析袖閥管聯(lián)合高壓旋噴注漿在頂管施工降水中的應用

黃海松1，段騰騰1，明道軒2

(1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京 210017;2. 武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢430023)

頂管技術作為一種非開挖掘進式管道施工技術，以其不影響地面交通的優(yōu)勢在市政工程中被廣泛采用，但人工掘進式頂管技術在實際工程應用中會遇到各類問題。結合某工程實例，根據(jù)工程項目的特點，在進行輕型井點降水設計中，采用了袖閥管注漿聯(lián)合高壓旋噴注漿的止水帷幕方法，為雨水管頂管順利施工提供保障，以期為在類似工程設計與施工提供一定的參考價值。

市政工程;人工頂管施工;輕型井點降水;袖閥管注漿;高壓旋噴注漿

0 引言

隨著城市建設步伐的加快，各種市政管線在地下縱橫交錯、層疊密布，地面上的市政建筑也越來越多，城區(qū)內開挖施工導致道路質量變差、破壞環(huán)境、施工成本高，同時給人們的工作生活、社會經(jīng)濟帶來極大的影響。在此背景下，頂管技術以其非開挖掘進式管道鋪設的優(yōu)勢在城市排水管網(wǎng)建設中得到廣泛采用。

然而人工掘進式頂管技術具有作坑尺寸較小，結構工求不高，造價較低等特點，在實際工程應用中難免遇到作業(yè)坑坍塌、涌水等問題。本文建立在國內既有的研究成果[1-5]及某交叉口環(huán)形改造工程的基礎上，結合工程項目的特點，采用袖閥管注漿聯(lián)合高壓旋噴注漿的止水帷幕方法，進行輕型井點降水設計，為雨水管頂管順利施工提供保障，以期為在類似工程提供一定的技術參考價值。

1 工程概況

某環(huán)形交叉口改造工程中，由于雨水管鋪設采用人工掘進式頂管，管材為DRC，Y-8為頂管接收井，Y-5為頂管工作井，其中，Y-5頂管工作井至Y-8頂管接收井為一根DN1200鋼筋混凝土管，Y-5頂管工作井至Y-6檢查井為兩根DN1200鋼筋混凝土管，具體詳見雨水管線平面布置圖。在施工過程中，頂管由Y-5工作井預留洞口開始Y-6檢查井頂進，在第一節(jié)2 m管頂進時，管頂土體快速坍塌涌入管內，此時管內滲水增大，頂管封管暫停。

圖1 雨水管線平面布置圖

根據(jù)該改造工程地質勘察(詳細)報告土層揭示，第一層素填土(Q4ml):灰黃色，以黏性土為主，局部具少量碎石、混凝土塊及植物根系等，濕，松散。場區(qū)普遍分布，平均厚度1.46 m;層底平均標高9.34 m;層底平均埋深1.46 m。地基承載力基本容許值[fa0]為75 kPa，樁周土側阻力特征值qsi為5 kPa。

第二層淤泥質粉質黏土(Q4al):灰色，局部為淤泥質黏土，層理明顯，具云母碎屑，夾粉土薄層，切面稍光滑，干強度中等，韌性中低等，高壓縮性，流塑。場區(qū)普遍分布，平均厚度5.58 m;層底標高: 3.52～4.11 m，平均3.76 m;層底埋深:6.70～7.30 m，平均7.04 m。地基承載力基本容許值[fa0]為70 kPa，樁周土側阻力特征值qsi為6 kPa。

第三層殘積土(Q2el):黃褐色，原巖結構已基本破壞，具氧化鐵斑紋，局部見原巖碎屑，中低壓縮性，中密。場區(qū)普遍分布，平均厚度0.52 m;層底平均標高3.24 m;層底平均埋深7.56 m。地基承載力基本容許值[fa0]為220 kPa，樁周土側阻力特征值qsi為18 kPa。

第四層強風化泥質粉砂巖(KP):紫紅色，風化強烈呈砂土狀，手捏易碎，遇水易軟化，為極軟巖，破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級，取芯率較低。該層未穿透。

表1 物理力學參數(shù)表

2 問題分析

參考勘察詳細報告，結合現(xiàn)場情況，初步得出管道位置為第二層淤泥質粉質黏土層，場區(qū)地下水類型主要為孔隙潛水，穩(wěn)定水位埋深平均值為1.4 m，水質無腐蝕性。

(1)地質勘察報告

不難發(fā)現(xiàn)，本工程的巖土工程報告(詳勘)滯后于施工圖設計，否則作為有經(jīng)驗的施工方，在未降水措施下不會選用人工掘進式頂管施工方案，即施工方針對工程特點、環(huán)境條件，應采取適宜的作業(yè)方法、施工機具等措施確保頂管安全施工。同時勘察報告未揭示頂管處雨水線位的土層地質情況，僅是對環(huán)形交叉口處的地質工程條件進行鉆探，但其結果不能反映頂管處雨水線位土層的真實地質狀況。

(2)專項施工方案編制與論證

根據(jù)《危險性較大的分項分部工程安全管理辦法》[6]知，頂管施工技術納入需要專家論證的工程范圍。通過認真準備施工前的專項施工方案及專家論證，基本上可以提前發(fā)現(xiàn)在設計與施工過程中可能存在的問題，以便杜絕或減小施工過程中出現(xiàn)的安全問題。

(3)頂管工藝

頂管工藝的選擇，往往考慮場地周邊環(huán)境、工程地質條件、技術可行、經(jīng)濟合理等幾方面。如圖2，人工掘進式頂管施工有著土方開挖量少(指工作坑和接收坑)，對交通影響小;建設公害少、文明施工程度高;工期短;在覆土深度大的情況下較為經(jīng)濟等優(yōu)勢。但也有著勞動強度大，施工安全性差，易造成地面下沉，效率較低，需全面降水等缺點。

圖2 建筑物、勘探點與頂管雨水線位圖

3 處理方案

基于以上存在的問題及分析，本項目處理方案的設計思路為:為減小或避免因不均勻沉降所導致周邊建筑物和路面的破壞，先在一定的范圍內形成止水帷幕，再進行降水，即對管頂、管側以及因沉井下沉時受擾動的沉井外等處土體進行防滲固結處理，然后再進行頂管施工。

根據(jù)該工程技術環(huán)境(水文、地質、氣象等)、工程周邊環(huán)境(如鄰近建筑物密集、地下管線復雜)，滲透系數(shù)比較小，采用降水應用最為廣泛的輕型井點，止水帷幕之外的人行道區(qū)域采用袖閥管注漿，止水帷幕采用高壓旋噴注漿。

輕型井點降水是在頂管施工前根據(jù)水文地質資料，預先在施工范圍埋設一定數(shù)量的濾水管，在人工開挖前及開挖過程中利用真空原理，不斷抽出地下水，迫使水位降到管底以下，達到土層密實，便于安全施工的目的。

袖閥管注漿是將袖閥式注漿管通過鉆孔下入地層，采用分段注漿工藝，使?jié){液在壓力條件下，較均勻地進入地層，以達到漿液在地層中分段可控、均勻擴散的目的，其成熟、先進的注漿工藝，被廣泛應用于加固防滲的工程中。

高壓噴射注漿法常用于建筑物地基處理中，是加固與改良地基土的一種方法，目的是提高地基強度或用于施工過程充當止水帷幕作用，具有設備振動小、噪音小、對鄰近建筑物影響小等施工優(yōu)點而被廣泛采用。

3.1 注漿處理

根據(jù)該工程地質情況和場地實際現(xiàn)狀(如工作作業(yè)面窄、市區(qū)、鄰近交叉口等)，采用分區(qū)進行不同注漿處理方式，即以人行道外側道路邊緣線為界，對其左右側分別采用不同的注漿固結處理措施(詳見圖3)。

圖3 處置方案平面布置圖

(1)袖閥管注漿處理(穿越管線)

人行道邊緣線左側至工作井外邊緣處，因各種管線分布較多，探查明確各類管位后盡可能“見縫插針”，采用孔徑較小的袖閥管注漿方式，以便封堵非機動車道和人行道管線下的滲水通道。

(2)高壓旋噴雙液漿注漿處理

人行道邊緣線右側分別沿著人行道外邊緣線、φ1.2 m頂管(北側)外邊緣2 m位置、南側頂管外邊緣1 m位置采用單管法高壓旋噴注漿方式，形成封閉式的止水帷幕，阻截可能存在的地下水流。

3.2 輕型井點降水

在施工范圍內進行輕型井點降水(井點間距為3 m)，將頂管工作范圍內的地下水位降至管底以下0.5 m處，然后再進行頂管施工。具體詳見圖三處置方案平面布置圖。

3.3 技術參數(shù)

無論旋噴注漿，還是袖閥管，管長均須穿透淤泥質粉質黏土，至殘積土(黃褐色)面，盡可能的形成天然隔水帷幕。

3.3.1 袖閥管雙液漿(水泥—水玻璃)

鉆孔孔徑91 mm，成樁直徑0.7 m，設計布孔間距0.4 m，帷幕交圈厚度0.5 m，水泥漿水灰比: 1∶1，水泥漿、水玻璃比:1∶1(體積比)，水玻璃濃度: 37～39 Be，注漿壓力控制在0.5～1.5 MPa，替身高度控制在30～50 cm，初凝試件60～180 s，終凝時間1～2 h。總樁數(shù)130根。

3.3.2 高壓旋噴注漿

(1)泵壓:30 MPa，氣壓:0.7 MPa;

(2)水灰比:0.6，要求摻入3%水玻璃，鉆桿提速:15 cm/min;

(3)選用普通硅酸鹽水泥(42.5號)作為漿體材料，水泥用量不小于250 kg/m，樁徑600，搭接長度0.2 m，相鄰兩樁施工間隔時間不小于48 h。

3.3.3 輕型井點降水

為了總管接近地下水位，現(xiàn)場若有條件，宜挖去表層土0.5 m。根據(jù)經(jīng)驗及計算，總管長度L為15 m，降水平均深度S1為4 m，井管長度為6.4 m，直徑50 mm，濾管長1 m。井點管外露地面0.2 m，埋入土中5.2 m，附合埋深要求。抽水設備根據(jù)所需真空度、揚程及流量參數(shù)進行選用。填料須用粗砂，在井點管四周均勻分層填灌，距地表1 m處須用粘土封口，以防漏氣。頂管施工完成后，方可拆除井點系統(tǒng)，所留孔洞用砂土填實。在降水過程中，為了避免引起周邊建筑物產(chǎn)生不均勻沉降，可采用回灌井點法，即盡可能地確保地下水抽吸平衡。

3.3 試樁

(1)按設計要求對成樁直徑、樁體搭接情況及注漿量等進行質量檢查，根據(jù)地層和樁體質量檢查情況，適當調整注漿工藝參數(shù)，以確保施工質量。

(2)井點系統(tǒng)安裝完畢后，應進行氣試抽，以檢查系統(tǒng)有無漏氣，切忌不能停抽。

3.4 沉降與位移觀察

為確保工程的施工安全，在整個工程施工過程中，要求對路面、建筑沉降進行觀察、記錄、一旦出現(xiàn)異常情況時，必須減慢施工速度或停止施工，待穩(wěn)定后才能重新施工。

需要注意的是，管線具體位置尚不明確，須事先對地下埋設物及管線網(wǎng)進行全面的、歷史的調查，提取檔案資料調查地下埋設物及管線的分布情況，杜絕施工期間可能發(fā)生的各種隱患顯得尤為重要。

4 結語

頂管施工技術方案的選定，須全面分析能反映現(xiàn)場實際情況的地質資料、周邊環(huán)境、項目特點，并從造價、安全性等方面做系統(tǒng)的考慮，進行多方案比選，確定最合理的方案。通過袖閥管注漿聯(lián)合高壓旋噴注漿在輕型井點降水中的實踐證明，該方法在雨水頂管施工中取得預期效果。在今后類似工程中須做到以下幾點:

(1)頂管工程的設計與施工須建立在該線位詳細的巖土工程地質勘察報告的基礎。

(2)嚴格遵循危險性較大的分項分部工程安全管理辦法，確保質量滿足各項相關規(guī)范、規(guī)則。

[1] 孫春華. 袖閥管注漿工藝在軟基處理中的應用.廣東公路交通.2009，3 (108):143-144.

[2] 張曉輝，徐艷紅等. 井點降水在泵站工程建設中的應用. 黑龍江水利科技.2009，5(37):143-144.

[3] 賈小輝. 注漿工藝在淺埋暗挖工程中的應用. 探礦工程(巖土鉆掘工程). 2006，1:38-39.

[4] 徐敬業(yè)，李小和.壓力注漿與深基坑止水.長江科學院院報. 2000，6(17):42～-44.

[5] 宋志彬，張金昌等 防滲加固高壓旋噴注漿技術的研究與應用.探礦工程. 2003(1):38-42.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，危險性較大的分項分部工程安全管理辦法(建質87號文件). 北京，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，2009.

U455.47

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1009-7716(2015)11-0108-03

2015-07-02

黃海松(1980-)，男，江西崇義人，高級工程師，主要從事道路、軟基處理、隧道方面的設計與研究。