甌江區(qū)域頂管進(jìn)洞關(guān)鍵技術(shù)

周 偉

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司

1 引言

甌江（我國(guó)強(qiáng)海潮區(qū)之一）潮差大，頂管進(jìn)洞口土層為淤泥粉砂層土，土層含高承壓水，同時(shí)由于頂管接收井為拉伸鋼板樁圍護(hù)形成，漏水嚴(yán)重；頂管在此條件下進(jìn)洞存在很大的施工風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)施工管理及技術(shù)要求非常高。因此，為保證頂管在此類不利條件下順利進(jìn)洞，提出了洞口回填沙袋增加覆土厚度、高壓旋噴加固、設(shè)置穿墻套管、澆筑前導(dǎo)墻、頂管施工過程控制等組成的頂管工具頭進(jìn)洞關(guān)鍵技術(shù)，并成功應(yīng)用于工程實(shí)踐。

2 背景工程概述

2.1 總體工程簡(jiǎn)介

本工程位于溫州濱江商務(wù)區(qū)桃花島片區(qū)；污水處理廠排江管改道工程自頂管井穿越甌江路和防洪大堤，頂向甌江中間接收井。工程頂管出洞時(shí)由于沒有采取相應(yīng)的止水措施，導(dǎo)致洞口大量漏水漏沙，地面出現(xiàn)塌方；由于塌方工具頭內(nèi)涌入大量水泥塊及石塊導(dǎo)致無法轉(zhuǎn)動(dòng)；經(jīng)采取一系列措施后，將工具頭倒拔出來，改換工具頭后頂管順利出洞，并頂至甌江接收井外側(cè)。

2.2 接收井概況

接收井位于甌江中心，采用拉森鋼板樁圍護(hù)（井壁漏水點(diǎn)較多且井壁外覆土較淺）。頂管工具頭頂進(jìn)至接收井外側(cè)時(shí)，需切割較大范圍的鋼板樁進(jìn)洞。但在對(duì)接收井洞圈中心進(jìn)行開洞觀察時(shí)，開洞后水壓力極大且產(chǎn)生流沙，說明頂管工具頭無法在現(xiàn)有條件下順利進(jìn)洞。

2.3 水文地質(zhì)條件

工程附近潮汐屬半日潮，一晝夜兩潮，潮高不等現(xiàn)象明顯，潮差大，是我國(guó)強(qiáng)海潮區(qū)之一。在暴雨、臺(tái)風(fēng)和天文大潮同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生特大高潮位，對(duì)海堤的破壞也最大。頂管處地質(zhì)情況從+4.30m～0.49m 為填土層；0.49m～-1.72m 為含砂淤泥層；-1.72m～-13.80m為含淤泥粉砂層；-13.80m～-26.52m為淤泥層；-26.52m以下為含淤泥粉砂層。

3 頂管進(jìn)洞存在的問題

3.1 接收井外側(cè)土層流失嚴(yán)重，頂管管道覆土淺

本工程接收井建成時(shí)間已長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月，甌江一晝夜兩潮、潮差大、漲落潮時(shí)流速快，對(duì)接收井長(zhǎng)期沖刷，導(dǎo)致接收井外側(cè)土體流失嚴(yán)重。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)井壁外土層標(biāo)高在-7.9～-5.7m之間比原設(shè)計(jì)標(biāo)高-4.8m 有較大幅度的改變。同時(shí)高壓旋噴樁加固對(duì)砂性土的擾動(dòng)，使土體在潮汐的作用下大量流失，造成正在施工的高壓旋噴樁成型困難及河床底標(biāo)高進(jìn)一步降低，可能使頂管工具頭上浮和影響洞口加固止水效果，影響進(jìn)洞安全。

3.2 接收井洞口區(qū)域已形成固有漏水通道

甌江潮差大，接收井涉及土層有含砂淤泥層、淤泥粉砂層，淤泥粉砂層土含高承壓水；接收井洞口處開洞觀察時(shí)，水壓力極大且產(chǎn)生流沙；說明高壓旋噴樁加固質(zhì)量不到位（接收井加固區(qū)進(jìn)行水平取芯，取芯直徑110mm，深度1.5m～2.0m，經(jīng)檢測(cè)不合格）；洞口加固區(qū)已形成漏水通道；同時(shí)甌江水深達(dá)5m（低潮位）～10m（高潮位），頂管在進(jìn)洞時(shí)，鋼板樁切割后若產(chǎn)生流沙、管涌現(xiàn)象，在高承壓水和甌江水壓力的作用下，漏水通道極易與甌江貫通，將導(dǎo)致整個(gè)接收井被甌江淹沒。

3.3 接收井無內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，頂管機(jī)進(jìn)洞無法采取有效止水措施

頂管接收井由拉森鋼板樁圍護(hù)，采用三道鋼支撐，井內(nèi)無內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。一般頂管接收井均設(shè)穿墻洞；該接收井無內(nèi)襯無穿墻洞，導(dǎo)致無法安裝止水法蘭等止水裝置；頂管進(jìn)洞時(shí)，切割鋼板樁范圍大于頂管工具頭外徑，工具頭與鋼板樁間縫隙大，洞門若發(fā)生涌水、涌沙，無法進(jìn)行有效的堵漏。

4 針對(duì)甌江區(qū)域頂管進(jìn)洞關(guān)鍵技術(shù)措施

4.1 接收井前方回填沙袋及增加擋板

在接收井洞口加固區(qū)距圍護(hù)5m處用30mm鋼板（6×6.2m）進(jìn)行臨時(shí)封擋；封堵完畢后在加固區(qū)及加固區(qū)外側(cè)頂管軸線上下游各5m區(qū)域拋填沙袋，拋填厚度為2m。增加擋板及回填沙袋，增加頂管軸線的覆土厚度，避免了頂管軸線上方土體受潮汐影響繼續(xù)流失；同時(shí)高壓旋噴樁加固對(duì)砂性土的擾動(dòng)時(shí)避免土體在潮汐的作用下大量流失，確保高壓旋噴樁成型質(zhì)量。

4.2 高壓旋噴樁洞口緊密加固

為保證頂管工具頭順利進(jìn)洞，接收井加固區(qū)的質(zhì)量必須得到保證，且應(yīng)消除已有的漏水通道。在原加固體范圍上再進(jìn)行緊密加固；對(duì)土體進(jìn)行改良，提高土體自立性、承載力及洞口止水效果。在接收井洞口外利用現(xiàn)有鋼板樁，搭設(shè)施工平臺(tái)進(jìn)行高壓旋噴樁施工；為保證在原加固體上旋噴樁施工質(zhì)量，原加固區(qū)采用引孔機(jī)對(duì)原加固體進(jìn)行破碎施工；采用密布引孔法，引孔孔徑為100mm。

（1）高壓旋噴樁技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)：①高壓旋噴樁直徑為Φ600，甌江潮差大且加固地層含高承壓水；加固不到位極易形成漏水通道；為保證加固密實(shí)，嚴(yán)格控制樁身搭接不小于300mm。②高壓旋噴加固時(shí)對(duì)砂性土的擾動(dòng)，土體在水流作用下大量流失，高壓旋噴樁成型困難；因此在加固區(qū)增加擋板及回填沙袋的同時(shí)，水泥漿液中添加三乙醇胺早強(qiáng)劑（摻量為水泥用量的0.5‰～1‰），進(jìn)行漿液配比試驗(yàn)，以便旋噴樁快速成型。③采用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥（有條件的可采用52.5 級(jí)提高早期強(qiáng)度），水泥摻入量不小于25%；漿液水灰比為0.7～1.0，水泥土加固體的28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于1.0Mpa。

（2）加固完成后對(duì)加固體進(jìn)行取芯，檢測(cè)其加固效果，確保不漏水，必要時(shí)進(jìn)行復(fù)打。

4.3 設(shè)置穿墻套管、澆筑前導(dǎo)墻及安裝止水法蘭等裝置

在切除鋼板樁后，若發(fā)生涌水涌沙現(xiàn)象，洞口周邊無有效支撐，就不能采取有效的止水措施；因此在洞口安裝穿墻套管，穿墻套管與頂管機(jī)之間形成有限空間，更加方便堵漏；且穿墻套管外側(cè)還可安裝止水法蘭等裝置。

（1）安裝穿墻套管。頂管機(jī)外徑為DN2400，頂管機(jī)進(jìn)洞時(shí)需切割鋼板樁，綜合考慮設(shè)計(jì)穿墻套管直徑為DN2800，采用16mm 的鋼板制作；在穿墻套管前方內(nèi)襯焊接一圈300×350 的3mm 鐵片，該鐵板主要起擋土板的作用，防止頂管進(jìn)洞時(shí)，突然發(fā)生涌水涌沙；該擋土板可將沙堵住，爭(zhēng)取堵水的時(shí)間；鐵片后安裝6寸軟皮管，起緩沖作用；后面采用8塊5mm的環(huán)向鐵板將軟皮管擠壓固定；每塊環(huán)向鐵板后采用2 塊8cm×8cm 三角板固定；加工完成后加設(shè)八字撐，確保其運(yùn)輸過程中不變形；運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后在接收井內(nèi)側(cè)安裝穿墻套管。

（2）穿墻套管安裝好后，在其周圍澆筑寬約50cm、C35 強(qiáng)度的鋼筋混凝土內(nèi)襯墻，增加穿墻套管和接收井的整體性；穿墻套管上預(yù)留注漿管道，應(yīng)急情況下壓注聚氨酯或雙液漿，進(jìn)行洞口堵漏；當(dāng)頂進(jìn)結(jié)束后也可通過此管路壓入水泥漿填充空隙。

（3）在套管外側(cè)安裝止水法蘭；采用止水效果良好的改進(jìn)型穿墻止水法蘭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有橡膠圈+牛油盤根止水，并增設(shè)擋土板，盤根止水磨損后可進(jìn)行更換。

4.4 頂管工具頭進(jìn)洞土壓控制

在工具管距離接收井壁15m左右時(shí)，對(duì)頂管軸線進(jìn)行復(fù)測(cè)，保證工具管順直進(jìn)入接收井。適當(dāng)降低工具管正面土壓力，減少頂管對(duì)接收井及穿墻管的影響。頂管工具頭進(jìn)入加固區(qū)按加固區(qū)頂進(jìn)要求進(jìn)行施工，以出土為主，在工具頭距鋼板樁30cm時(shí)，停止切削加固土，工具頭泥水倉(cāng)內(nèi)回壓膨潤(rùn)土泥漿，壓力控制在0.12MPa～0.15MPa。

4.5 切割鋼板樁及頂管進(jìn)洞

（1）頂管前部預(yù)留三個(gè)注漿孔，頂管頂至加固區(qū)時(shí)在工具頭內(nèi)三個(gè)壓漿孔向外壓聚氨酯、水泥漿，防止加固區(qū)有漏水通道，可及時(shí)進(jìn)行注漿封閉漏水通道；（2）抽空工具頭泥水倉(cāng)內(nèi)的泥漿，觀察頭部是否有漏泥沙情況。若有滲漏則繼續(xù)壓水泥漿或聚氨酯；（3）在預(yù)留穿墻套管內(nèi)中心位置割斷2 塊長(zhǎng)度1m 鋼板樁，清除加固體殘留物，尋找工具頭中心。按工具頭直徑2400+30mm～40mm 進(jìn)行放樣，切割鋼板樁及時(shí)清理其至工作區(qū)域外；（4）根據(jù)工具頭中心位置與穿墻管位置關(guān)系放樣切割臨時(shí)止水鋼板及卡碼；（5）工具頭在當(dāng)天水位最低潮時(shí)，進(jìn)行推進(jìn)，當(dāng)工具頭筒體出穿墻洞口200mm時(shí)，暫停推進(jìn)，在工具頭與穿墻洞口之間纏繞臨時(shí)止水（棉花胎和2吋皮龍），固定止水鋼板后，工具頭繼續(xù)推進(jìn)。

5 結(jié)束語

通過采用洞口回填沙袋增加覆土厚度、高壓旋噴加固、設(shè)置穿墻套管、澆筑前導(dǎo)墻、安裝止水法蘭、頂管施工過程控制等組成的頂管進(jìn)洞施工關(guān)鍵技術(shù)，安全順利的完成了頂管進(jìn)洞施工；本工程的順利實(shí)施，較好地解決了頂管在江中復(fù)雜條件下進(jìn)洞的施工技術(shù)難題，為頂管在類似施工環(huán)境下順利進(jìn)洞提供了新的技術(shù)參考。