止水帷幕及錨噴支護(hù)在管道頂管施工中的應(yīng)用

許 瑜，劉 坤，陳化昀

中國(guó)石油天然氣管道局第三工程公司，河南鄭州 451450

止水帷幕及錨噴支護(hù)在管道頂管施工中的應(yīng)用

許 瑜，劉 坤，陳化昀

中國(guó)石油天然氣管道局第三工程公司，河南鄭州 451450

東北管道工程地處東北地區(qū)遼河沖積平原地段，處在水位高、流沙摻雜卵石且存在滯水層的特殊地段，進(jìn)行道路穿越時(shí)，施工難度極大，且不能確保施工質(zhì)量和施工安全。為有效控制地下水位，排除塌方等不利因素，首次將錨噴支護(hù)及止水帷幕兩項(xiàng)施工措施相結(jié)合，制訂了針對(duì)水位高且地質(zhì)為流沙夾雜卵石地段的施工方案，并在實(shí)際施工中驗(yàn)證了方案的可行性，成功地完成了流沙混合礫石地質(zhì)層的頂管施工。采用此種施工方式，工期短，成本低，風(fēng)險(xiǎn)可控且工程質(zhì)量可得到有效保障。

止水帷幕；錨噴支護(hù)；頂管

1 工程概況

長(zhǎng)輸管道距離長(zhǎng)，所經(jīng)地區(qū)地貌種類多，地質(zhì)條件復(fù)雜。中國(guó)石油天然氣管道局第三工程分公司承建的東北管道工程包含鐵大線安全改造工程第一、二標(biāo)段共長(zhǎng)135.6 km，管徑711 mm；鐵錦輸油管道復(fù)線工程一、二標(biāo)段共長(zhǎng)160.16 km，管徑508 mm；哈爾濱-沈陽(yáng)輸氣管道工程第九、十標(biāo)段共長(zhǎng)87.69 km，管徑711mm；慶鐵四線改造工程第十標(biāo)段長(zhǎng)9.85 km，管徑711 mm；施工中共計(jì)需穿越等級(jí)公路63次。

本次管道穿越處位于遼寧鐵嶺市和新民市區(qū)間，水稻田交錯(cuò)分布。由于所處為遼河沖擊平原，地下水位較高，地質(zhì)條件復(fù)雜，管道埋設(shè)位置正處于砂層，且含有礫石；相距地面3 m處摻雜黏土層，形成滯水層，普通井點(diǎn)降水不能有效排水，達(dá)不到施工條件；另外由于各線路并行敷設(shè)，并行穿越間距較小，常規(guī)的人工頂管易造成大面積塌方，引起道路塌陷，同時(shí)也對(duì)施工安全造成威脅，影響管道安裝的施工進(jìn)度，且拉森鋼板樁在含有卵石的地段無法進(jìn)行打樁作業(yè)。因此，為了有效控制施工位置水位，創(chuàng)造良好的施工條件，經(jīng)過多次技術(shù)論證，確定了一套全新的錨噴支護(hù)結(jié)合止水帷幕穿越方案，在管道施工中應(yīng)用尚屬首例。

采用該方式在高水位礫石加流沙地段頂管施工，目的是有效隔絕頂管位置的地下水，改善土層的穩(wěn)定性，杜絕塌方危險(xiǎn)，縮短施工周期，降低施工投入。

2 止水帷幕和錨噴支護(hù)

止水帷幕是近年來廣泛應(yīng)用于南方水網(wǎng)地段的土建施工工藝，它利用小型鉆機(jī)和雙液注漿機(jī)，將一定比例配比的玻璃水、磷酸、混凝土混合注入土壤，并迅速凝結(jié)，隔斷施工位置的水分進(jìn)入，能有效改善土壤穩(wěn)定性，防止塌方，從而提高施工安全和質(zhì)量系數(shù)。

錨噴支護(hù)是采用錨桿和噴射混凝土支護(hù)的措施，上世紀(jì)60年代以來，已被廣泛應(yīng)用在隧道和礦井巷道施工中。錨桿和噴射混凝土與土層結(jié)構(gòu)共同形成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)，可有效限制土層或巖體變形的自由發(fā)展，調(diào)整應(yīng)力分布，防止土層或巖體松散墜落。它主要用作施工過程中的臨時(shí)支護(hù)。

錨噴支護(hù)及止水帷幕這兩項(xiàng)施工措施都是較為成熟的施工工藝，錨噴支護(hù)工藝通常應(yīng)用在礦井巷道和隧道的施工中，在管道施工中采用這種方式相對(duì)罕見。相對(duì)泥水平衡和小型定向鉆穿越，采用此種方式能有效解決流沙混合礫石土層的頂管施工中地下水控制的難題。并且除錨噴作業(yè)坑施工中需采取降水措施外，后續(xù)的注漿、頂管過程均無需進(jìn)行降水。

3 施工過程

總體施工分四部分：作業(yè)坑降水，作業(yè)坑開挖及錨噴支護(hù)，止水帷幕作業(yè)，人工掘進(jìn)頂管。

3.1 作業(yè)坑降水

頂管作業(yè)坑開挖之前，首先對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行降水，采用在發(fā)送坑中心開挖集水坑明排降水的方式。

3.2 作業(yè)坑開挖及錨噴支護(hù)

降水工序完成后，作業(yè)坑開挖及錨噴支護(hù)同步進(jìn)行。作業(yè)坑開挖嚴(yán)格按照《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》[1]的要求進(jìn)行。

（1）開挖1 m深后，設(shè)置環(huán)梁（寬度為60 cm，厚度為40 cm）一圈。先對(duì)環(huán)梁基礎(chǔ)進(jìn)行整平，測(cè)量標(biāo)高，先澆一層強(qiáng)度等級(jí)為C10的混凝土墊層，厚度10 cm；綁扎環(huán)梁鋼筋，預(yù)留出墻體鋼筋，如土質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，可在環(huán)梁上方400～500 mm處加設(shè)榀梁（內(nèi)由φ20 mm的鋼筋捆扎而成）一圈；現(xiàn)澆環(huán)梁混凝土，環(huán)梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

（2）自上而下分層開挖作業(yè)坑，每層深度2～2.5 m，開挖一層錨噴一層。每層以φ20 mm、長(zhǎng)1.2 m的鋼筋土釘將預(yù)制好的榀梁及環(huán)梁錨固到坑壁上，并在固定處灌注混凝土加固，每層榀梁相隔間距60 cm，層與層之間以φ12 mm的鋼筋間隔50 cm進(jìn)行連接。榀梁連接完成后，在其外側(cè)捆扎鋼網(wǎng)，鋼網(wǎng)綁扎好后，才能噴射混凝土，噴涂厚度≥40 cm。采用速干混凝土自下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，每層噴射混凝土?xí)r應(yīng)分段分片一次進(jìn)行，噴射順序應(yīng)自下而上，以免松散的回彈物料粘污尚未噴射的壁面，同時(shí)還能起到下部噴層對(duì)上部噴層的支托作用，可減少或防止噴層的松脫墜落。同時(shí)應(yīng)注意盡量減少坡面土體的暴露時(shí)間，每層鋼筋綁扎時(shí)應(yīng)使拐角、上下層等處的搭接符合規(guī)范要求，注意鋼筋預(yù)留搭接頭。

（3）開挖過程中注意事項(xiàng)：其一，基底面應(yīng)盡量整平；其二，清除浮泥，防止封底混凝土和基底間滲入有害雜質(zhì)；其三，底腳與封底混凝土接觸面處的泥污應(yīng)予清除；其四，用塊石回填坑底超挖部分；其五，用碎石、粗砂找平。

（4）操作坑封底作業(yè)。底板墊層混凝土強(qiáng)度為C10，厚度為10 cm。底板墊層達(dá)到強(qiáng)度后，即可綁扎底板鋼筋，進(jìn)行底板混凝土澆筑。鋼筋綁扎按常規(guī)進(jìn)行，與井壁預(yù)插鋼筋配合布置，底板預(yù)埋鋼板以便于頂管設(shè)備安裝?；炷翝踩牒?，及時(shí)用插入式振搗器振搗密實(shí)，再用平板振搗器提漿初平，最后人工找平，收面。底板混凝土厚度為30 cm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。底板含兩層鋼筋網(wǎng)片，底層網(wǎng)片和上層網(wǎng)片之間排布四組鋼筋榀梁，并與基礎(chǔ)鋼筋榀梁連接，鋼筋規(guī)格為φ20 mm。錨噴井剖面圖見圖1。

圖1 錨噴井剖面示意

（5）完成上述工作后澆筑頂管后背墻，后背墻墻體混凝土從底板往上澆筑，鋼筋可一次綁扎完成。頂管進(jìn)出洞口的預(yù)埋鋼套環(huán)可在第二次澆筑混凝土?xí)r安裝，并與周圍墻體鋼筋焊接，固定為一體。鋼套環(huán)的中心高程、軸線要與頂管軸線一致，測(cè)量時(shí)在第一次澆筑的墻體上放線，將鋼套環(huán)安裝就位，無差錯(cuò)后才能支鋼模，鋼模的支撐要合理牢固，澆筑混凝土?xí)r不得有漏漿現(xiàn)象。后背墻墻體混凝土澆筑高度應(yīng)滿足頂管施工時(shí)設(shè)備安裝的要求。

在錨噴支護(hù)過程中，止水帷幕的注漿施工與之同步進(jìn)行。因止水帷幕注漿方式采取后退式，使用小型鉆機(jī)橫向鉆進(jìn)時(shí)，是在道路另外一側(cè)進(jìn)行，不影響操作坑內(nèi)錨噴支護(hù)井的安裝，因此，兩種方式的結(jié)合應(yīng)用可有效控制工程的工期、成本、風(fēng)險(xiǎn)及質(zhì)量。

3.3 止水帷幕作業(yè)

3.3.1 作業(yè)材料的選擇

由于隧道施工區(qū)段內(nèi)大部分土質(zhì)為粉質(zhì)黏土且軟化嚴(yán)重，同時(shí)，由于本段下穿市政公路及眾多管道，注漿施工必須保證注漿效果，不能漏水及沉降，以保證地表建（構(gòu)）筑物的安全。因此，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿漿液。注漿加固止水范圍為開挖輪廓線外2 m。

3.3.2 作業(yè)方式

止水帷幕施工即將一定比例的混合漿注入施工土層中，強(qiáng)行將土層縫隙中的地下水隔離在作業(yè)區(qū)域以外，形成止?jié){墻。

首先，將小型鉆孔設(shè)備TXU-75A型煤礦坑道鉆機(jī)就位，使其放置在出土點(diǎn)位置，準(zhǔn)備從出土點(diǎn)處向入土點(diǎn)方向進(jìn)行橫向鉆進(jìn)，鉆進(jìn)前需將注漿機(jī)導(dǎo)管固定在鉆機(jī)上，由鉆機(jī)一并帶入。

其次，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況要求，鉆進(jìn)時(shí)先用大口徑鉆頭鉆進(jìn)3 m，導(dǎo)管采用D 70 mm× 5 mm、長(zhǎng)3 m的熱軋無縫鋼管，導(dǎo)管埋設(shè)牢固，鉆口采用止?jié){塞作為止?jié){措施。由于導(dǎo)管直接影響深孔鉆進(jìn)方向，因此，對(duì)導(dǎo)管的鉆孔及安裝精度必須加強(qiáng)控制，每個(gè)導(dǎo)管鉆孔及安裝時(shí)由技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量鉆桿方向及角度。

最后，在導(dǎo)管安裝完畢后，用φ50 mm鉆頭由外環(huán)開始鉆孔，鉆孔時(shí)先完成“一序孔”，每個(gè)孔位鉆至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度后，在鉆機(jī)回拖時(shí)開始注漿，注漿采用后退式注漿工藝，分段注漿，每段注漿長(zhǎng)度根據(jù)圍巖情況控制，長(zhǎng)度不大于3 m。后退式注漿工藝示意見圖2。

3.3.3 作業(yè)效果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土層結(jié)構(gòu)，經(jīng)多次調(diào)整混合漿的水泥和玻璃水的配比，固化后止水墻達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度，起到了止水效果的同時(shí)也滿足了支撐路基的作用，達(dá)到了保障施工安全、質(zhì)量的預(yù)期效果。改善后的水田地層見圖3。

圖2 后退式注漿工藝示意

圖3 改善后的水田地層

3.4 人工掘進(jìn)頂管施工

由于注漿采用后退式分段注漿工藝，每段注漿長(zhǎng)度根據(jù)圍巖情況控制，長(zhǎng)度不大于3 m，因此，在完成第一段注漿工藝后，人工掘進(jìn)頂管施工即可進(jìn)行，后續(xù)段落注漿及人工掘進(jìn)頂管施工可同步進(jìn)行，人工掘進(jìn)頂管施工按照《頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管》[2]的要求進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

因鐵嶺和新民地區(qū)屬?zèng)_積平原，流沙混合礫石土層較多，因此在后續(xù)的施工中，將根據(jù)穿越點(diǎn)的地質(zhì)情況繼續(xù)推廣應(yīng)用。將止水帷幕結(jié)合錨噴支護(hù)方式在管道工程建設(shè)中應(yīng)用，可以有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高頂管施工質(zhì)量，減少施工成本，解決高水位流沙加卵石地質(zhì)段頂管施工的技術(shù)難題，促進(jìn)管道工程建設(shè)的發(fā)展。

[1]GB 50424-2007，油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范[S].

[2]JC/T 640-2010，頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管[S].

Application of waterproof curtain and bolt-shotcrete support in pipe jacking construction

XU Yu，LIU Kun，CHEN Huayun

No.3 Construction Company of China Petroleum Pipeline Bureau，Zhengzhou 451450，China

Northeast Pipeline Project is located in Liaohe alluvial plain of Northeast China，where the groundwater level is high，the quicksand is mixed with pebbles，and there is an aquitard layer.Construction of pipeline crossing road is extremely difficult，and cannot ensure the construction quality and safety.In order to effectively control the groundwater level and eliminate landslides and other unfavorable factors，the combined technique of waterproof curtain and bolt-shotcrete support is firstly applied.In the actual construction，the feasibility of the technique is verified.The pipe jacking construction is achieved in the geological condition of quicksand mixed with gravels.This technique shortens construction period，reduces cost，and enables risk to be controllable and engineering quality to be effectively guaranteed.

waterproof curtain；bolt-shotcrete support；pipe jacking

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.011

許 瑜（1975-），男，江蘇南京人，工程師，2006年畢業(yè)于河北石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院，現(xiàn)從事石油天然氣管道工程項(xiàng)目管理工作。Email：278141010@qq.com

2016-10-13；

2016-12-15