頂管水下進洞施工技術(shù)在流砂地層中的應(yīng)用

唐俊華，李學(xué)衛(wèi)

（1.上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司,上海市 200092；2.上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市 200023）

0 引言

頂管施工技術(shù)作為一種非開挖施工技術(shù)，具有環(huán)保、占地少，能夠穿越道路、河流等優(yōu)點，在城市管網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用廣泛。隨著頂管應(yīng)用范圍的擴大，頂管施工過程中不可避免地面臨著新課題。本文就南京市洪武路污水主干管工程特定的施工工況，面臨頂管進洞困難的局面，提出了水下進洞解決方案，有效地保護了周邊的環(huán)境安全，使頂管順利進洞。

1 工程概況

洪武路污水主干管工程1標位于南京市洪武路，起于雞鵝巷，終于程閣老巷，該區(qū)域交通繁忙、人口集中、管線密集，為南京最繁華商業(yè)圈所在地。

頂管穿越土層層次多，分布不均，性狀存在較大差異。工程沿線水量豐富、水位高（埋深為地面下1.4～2.6 m），場地地下水類型為潛水。含水層由人工填土層和新近沉積的軟弱黏性土和砂性土組成。

工作井（接收井）采用NKSP-Ⅳ型拉森鋼板樁作為擋土結(jié)構(gòu)，結(jié)合1排800 mm高壓旋噴樁進行止水，井內(nèi)采用800 mm高壓旋噴樁進行坑內(nèi)土體加固，逆作法工藝施工。管道采用泥水平衡頂管法施工。

2 水下進洞施工背景

進行水下進洞的井位為W19#井，該井位于洪武路與羊皮巷十字路口北側(cè)，據(jù)地勘資料揭示，W19#井位處工程地質(zhì)自地面由上至下依次為4.3 m雜填土+3.5 m粉土+1.7 m粉質(zhì)黏土夾粉土+10.5 m粉砂。粉土層富水性好、透水性強、水量豐富，極易產(chǎn)生流砂；粉質(zhì)黏土夾粉土層富水性好、透水性強、水量豐富，易產(chǎn)生流砂；粉砂層富水性好、透水性強、水量豐富，易產(chǎn)生流砂。W19#接收井挖深11.27 m，地面標高9.83 m，管內(nèi)底標高0.03 m，管道穿越粉質(zhì)黏土夾粉土層和粉砂層。井壁外2 m的東西側(cè)道路開放運行中，周邊地下管線密集，商業(yè)建筑群集中，距正在施工中的蘇寧廣場深基坑只有15 m。

W19#井為W21-W19、W16-W19頂管共用接收井，這兩段頂管管道內(nèi)徑均為1 800 mm。按照施工安排，W21-W19頂管首先進洞，待頂管機頭在W19#井接收好后再接收W16-W19段頂管機頭。由于客觀原因造成了兩臺頂管機都接近W19#井，等待進洞。

待W21-W19頂管機頭靠近W19#井南側(cè)拉森鋼板樁，準備拔樁時，洞口處鋼板樁未能拔除，鑿洞門磚墻上探孔后泥沙噴涌，最后決定安排W16-W19段頂管先進洞。拔除W19#井北側(cè)拉森鋼板樁過程中，北側(cè)洞門處磚墻突然倒塌，造成洞門外側(cè)大量流砂涌入井內(nèi)。為了保證交通、管線安全，保證能夠安全地接收頂管機頭，立即采取回灌水措施，保持井內(nèi)外水土壓力平衡，控制流砂的進一步發(fā)生，減小地面沉降。

3 水下進洞施工方案

頂管水下進洞施工技術(shù)是指為防止頂管在進洞過程中地下水土從開放的洞圈中大量涌出，利用接收井內(nèi)外水土壓力平衡可控制滲漏的機理，主動或被動地用水將接收井回灌，而后在水土壓力平衡的情況下再將頂管推進到接收井的施工工藝。

借鑒以往水下施工方法和經(jīng)驗，比較多種水中進洞方法的優(yōu)劣，根據(jù)水文地質(zhì)、現(xiàn)場的交通、管線等實際情況，該次水下進洞按照“回水壓倉、割除板樁、頂管推進、注漿加固、吊裝機頭”的思路進行。

主要步驟如下：

（1）迅速將接收井回灌滿水；

（2）采用抽泥法清理接收井內(nèi)泥沙等垃圾；

（3）水下割除洞圈處拉森鋼板樁；

（4）頂管頂進，機頭水下進洞；

（5）在洞圈與管節(jié)間隙處水下填充磚塊、雙快水泥，預(yù)埋注漿管；

（6）水平、豎向壓注雙液漿（水泥漿和水玻璃）；

（7）接收井內(nèi)抽水，清除泥沙，將機頭與管節(jié)的連接解除，吊出機頭，水中進洞完成。

4 水中進洞方案實施要點

4.1 選派專業(yè)的水下作業(yè)施工隊伍

該工程水下進洞的關(guān)鍵步驟全部由水下作業(yè)完成，加之W21-W19頂管也急需進洞，如果W16-W19頂管水下進洞實施得不連貫，用時較長，則增加了W21-W19頂管進洞的風(fēng)險，很有可能造成管道和機頭“抱死”，因此W16-W19頂管水下進洞方案能否順利實施密切關(guān)系著W21-W19頂管能否順利進洞。選派專業(yè)的、有成熟施工經(jīng)驗的水下作業(yè)隊伍成了水下進洞成功的關(guān)鍵。

4.2 頂管進洞時防止機頭“磕頭”

接收井底板和頂管管道底標高之間一般存在高差，由于機頭重量分部不均，機頭重心靠前，頂管進洞過程中如果不靠外力平衡機頭的重量，則造成機頭下墜，俗稱“磕頭”。

水下進洞過程中機頭“磕頭”產(chǎn)生的危害是巨大的，會造成與機頭連接的管節(jié)碎裂，形成涌水通道，淹沒機頭，發(fā)生涌水涌砂事故。因此必須防止“磕頭”現(xiàn)象的發(fā)生。一般在頂管工程中防止機頭“磕頭”的措施為在井內(nèi)制作接收基礎(chǔ)或托架。該工程由于接收井內(nèi)有磚塊、泥沙等雜物，選擇了用橫擔(dān)在接收井上的鋼板樁吊住機頭的措施，根據(jù)頂進的坡度、速度，通過手拉葫蘆控制機頭高度，保持動態(tài)平衡，平穩(wěn)地接收機頭，防止下墜，如圖1所示。

圖1 頂管水下進洞示意圖

4.3 封堵洞圈與管節(jié)間隙，雙向壓注雙液漿加固洞圈周圍土體

洞圈與管節(jié)的間隙是頂管進洞過程中的薄弱環(huán)節(jié)，是接收井相對封閉的環(huán)境與外界水土接觸的唯一通道，機頭進洞后應(yīng)立即封堵薄弱環(huán)節(jié)。

該次水下進洞采用雙快水泥砌筑磚塊的方法，地面上拌合好砂漿后，送至水下，由潛水員迅速砌筑完成，在砌筑好的磚墻外側(cè)用雙快水泥抹面，防止?jié)B水。同時在洞圈四周預(yù)留4根1 m長帶球閥的注漿管，在洞圈處水平壓注雙液漿?？紤]到接收井北側(cè)洞圈磚墻倒塌后發(fā)生涌水涌砂現(xiàn)象，在接收井北側(cè)3 m處豎向打入3根注漿管，外側(cè)注漿管深度到管道底標高下0.5 m，中間注漿管深度到管道頂標高上0.3 m。隨注隨拔，直至管道頂標高上1 m。雙向壓注雙液漿加固管道周邊土體，形成有一定強度的復(fù)合加固體，包裹管道，隔絕地下水通道，同時利用深井降水降低地下水位，防止涌水涌砂事故，保證周邊環(huán)境安全。雙液漿的強度及凝結(jié)時間可以通過做試樣掌握，該處用的水泥漿水灰比為0.8∶1，水玻璃濃度為30°Bé，水泥漿與水玻璃比為1∶0.5。壓漿泵壓力控制在2～2.5 MPa。

4.4 采取“拉風(fēng)箱”措施防管道抱死

從10月29日W21-W19段頂管到達接收井南側(cè)，到接收W16-W19段頂管機頭，再到11月16日水下割除接收井南側(cè)鋼板樁，共用時19 d。另外W21-W19段頂管道較長，長度為220 m，如不采取措施，管道很有可能不能頂進，造成更多的工期和費用損失。為此，每隔2 h通過壓漿環(huán)管向管節(jié)外壁壓注一定數(shù)量的觸變泥漿，采用多點對稱壓注使泥漿均勻填充在管節(jié)外壁和周圍土體間的空隙，使所注泥漿在管道外壁形成均勻的泥漿套，來減少管節(jié)與土體間摩阻力，起到降低頂進阻力的效果。壓漿時根據(jù)需要及時補漿，壓漿泵輸出壓力控制在0.4～0.5 MPa。同時來回伸縮千斤頂，擾動管道周邊土體，防止粉土及粉砂吸附在管道外側(cè)，造成頂進困難。

4.5 抽取井內(nèi)回灌水時密切觀察洞圈處狀況

如前所述，W19#井處管道埋置于流砂地層中，抽取井內(nèi)水時，井內(nèi)外水土壓力差逐漸形成，有產(chǎn)生流砂的外因。由于水下封堵洞圈與管節(jié)間隙，潛水員看不到具體情況，只能憑下水前交底和用手摸索進行操作，有可能封堵后仍有滲水通道。在抽取井內(nèi)水時，特別是水位下降到洞圈附近時，觀察水位是否平穩(wěn)下降、洞圈附近水質(zhì)是否渾濁、是否有層流或紊流現(xiàn)象，如發(fā)生異常情況，及時回灌水，重新封堵，以防滲水通道越流越大，產(chǎn)生危害。

5 結(jié)語

結(jié)合南京洪武路污水主干管工程1標實際情況，頂管水下進洞施工技術(shù)得以應(yīng)用，實踐證明該技術(shù)有效地規(guī)避了高水位、流砂層中進洞時常見的工程事故，提出了一種新的進洞施工技術(shù)。特別是在水文地質(zhì)條件復(fù)雜、施工環(huán)境苛刻、沉降控制要求嚴格的情況下，水下進洞施工技術(shù)可以作為一種有效的解決措施加以考慮。

[1]郝明亮，鄔根發(fā).盾構(gòu)法隧道軟土地層盾構(gòu)水下進洞施工技術(shù)的應(yīng)用[J].建筑知識，2010（S2）：87-89，96.

[2]張斌.盾構(gòu)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的進出洞施工技術(shù)[J].隧道建設(shè),2009，29（3）：305-309.

[3]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004.