巖石、流砂地段頂管施工技術(shù)探索

摘要：擬建污水沉井及頂管位處巖石、流砂地段，在地勘與現(xiàn)場實際不符的情況下，本文結(jié)合工程實際，探索該地段地質(zhì)條件下的施工、安全、技術(shù)措施，為后期施工提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：巖石、流砂地段;泥水平衡;頂管;支護措施

1工程概況

本工程共有6座污水沉井，分別為3座接收井（W198、W200、W202）和3座工作井（W197、W199、W201）。其中W197、W201、W202污水沉井頂管周邊為農(nóng)田，地勢較開闊;W198、W199、W200污水沉井頂管分別緊鄰小區(qū)和電力鐵塔基礎(chǔ)。鄰近的小區(qū)房屋為7層磚混結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，沉井距房屋最近距離12m，頂管距房屋最近距離7.67m。電力鐵塔為110kv電力鐵塔，混凝土擴大基礎(chǔ)，沉井距鐵塔基礎(chǔ)最近距離7.51m。頂管距鐵塔基礎(chǔ)最近距離4.8m。沉井平均下沉深度11m，頂管深度約10m，本工程頂管之間主要位于1-2地質(zhì)層中，該地質(zhì)層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，軟塑-流塑，高孔隙比，高壓縮性，局部混粉砂。推薦地基土承載力基本容許值[fao]=80kPa。

頂管直徑有D2000和D2600，均采用泥水平衡法施工。其平面布置詳見圖1。

2 W198-W199段頂管施工

2.1 施工情況

W198-W199段頂管為D2000，長84m，設(shè)5‰縱坡，2天頂進24m后，頂管壓力突然增大，之后頂進速度驟減，再次頂進約2m，現(xiàn)場暫停頂進，查找問題，結(jié)合本工程W197沉井下沉遇有強風化泥巖，預(yù)判頂管前方出現(xiàn)巖層。本工程鄰標也出現(xiàn)類似情況。最后項目部決定繼續(xù)頂進，在巖、土交融斷面繼續(xù)頂進34m后，頂管機頭重新進入淤泥質(zhì)土中，繼續(xù)頂進至距離沉井約4m時，發(fā)現(xiàn)鄰近的小區(qū)地面道路開始塌陷。塌陷位置為距離W198沉井邊4m-58m管道正上方（向W199方向），寬度范圍約5m，平均深度0.8m。

2.2 原因初步分析

按照地勘報告頂管所經(jīng)地層主要為流塑-軟塑狀粉質(zhì)粘土（局部淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土），但現(xiàn)場實際地層情況與地勘報告差異較大，初步原因分析頂管遇有強風化巖停止頂進后，泥水平衡頂管后方油頂壓力不足并有短暫的停止加壓，造成頂管機頭內(nèi)外壓力失去平衡，在地下動水壓力作用下，該土顆粒即隨水流動形成流砂進入管道內(nèi)，導致管體外土層被掏空、管道失去承載力，發(fā)生本段管道上方34m長的沉陷、頂面路面塌陷。

同時，巖石段頂管施工周期較長，該段頂管管節(jié)之間有流砂填充，使管節(jié)之間縫隙沒有充分密貼，繼續(xù)頂進時，本段頂管隨頂管機頭繼續(xù)向前穿越，重新處于流砂地段，繼續(xù)漏水流砂。

綜上所述，使得塌陷位置為距離W198沉井邊4m-58m（向W199方向）。

2.3 應(yīng)急處理

為防止地面沉降繼續(xù)發(fā)展造成影響擴大，項目部及時在頂管周圍產(chǎn)生沉降區(qū)域進行了注水泥漿加固。水泥漿水泥摻量40%，內(nèi)摻膨潤土，摻量3%，膨潤土先采用攪拌桶制成泥漿;同時采用外摻劑水玻璃經(jīng)行雙液噴漿，水玻璃摻量7%，內(nèi)管水泥漿壓力30MPa，外管水玻璃壓力2MPa。

3 W199-W200段頂管施工

W198-W199段頂管施工結(jié)束后，后續(xù)將進行的W199-W200段頂管施工，同樣毗鄰小區(qū)側(cè)，地質(zhì)情況通過W198-W199段頂管施工情況預(yù)判可能還會出現(xiàn)。由于地勘與現(xiàn)場實際差異較大，頂管能否順利安全完成，有待研究和重新考慮方案。

3.1 W199-W200段頂管支護方案分析及選擇

在原施工圖設(shè)計中，W199-W200段頂管距離附近小區(qū)較近，在小區(qū)側(cè)設(shè)計采用單排φ800mm鉆孔樁支護，樁間空隙較大，且鉆孔樁與沉井間沒有封閉。根據(jù)W198-W199頂管施工所遇情況分析，W199-W200段頂管施工，也極有可能出現(xiàn)漏水漏砂，甚至引起小區(qū)地面沉陷。

本段頂管施工前，需對小區(qū)側(cè)采取支護措施，防止小區(qū)樓房沉降。項目部擬定了另兩個支護方案：

方案一：小區(qū)側(cè)在鉆孔樁支護的基礎(chǔ)上，再采取單排高壓旋噴樁φ600@400止水。

方案二：小區(qū)側(cè)采用15m長拉森鋼板樁支護與止水，部分位置配合高壓旋噴樁全封閉。

經(jīng)過分析論證，方案一，施工周期長，施工費用大;方案二，施工周期短、施工費用小，但頂管期間的風險較方案一高。兩種方案討論后，推薦方案一，上報相關(guān)參見單位同意后組織了實施。

3.2 W199-W200段頂管實施情況

（1）在W199-W200頂管外側(cè)采用15m長拉森鋼板樁進行保護，拉森鋼板樁距離樓房距離最近約為5.45m，頂管管中距離樓房距離最近約為7.65m，鋼板樁距離頂管外壁為1m。詳見圖2。

（2）為防止鋼板樁插打振動對周邊房屋的影響，鋼板樁打設(shè)前采取了引孔措施，同時鋼板樁身刷涂減阻劑，防止拔除時阻力過大，導致振動較大，影響房屋安全。

（3）對鋼板樁與兩沉井相接處，各施打3根φ60cm高壓旋噴樁封頭樁。

（4） 旋噴樁養(yǎng)護三天后，該段頂管始發(fā)，3日后順利完成了頂管頂進。

（5）頂管完成后，對鋼板樁拔除，并及時對空隙進行水泥漿回灌處理。

（6）對小區(qū)樓房及周邊布設(shè)的10個沉降觀測點不間斷觀測，觀測由8月1日沉井下沉時開始，至頂管結(jié)束后一個月的10月7日。8～9月份沉井期間、8～10月份累計變化的觀測數(shù)據(jù)見圖3。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，最大沉降量為4mm，保證了施工期間附近居民小區(qū)的安全穩(wěn)定。

4 小結(jié)

本工程多種不良地質(zhì)情況綜合影響下的頂管施工難度、安全隱患極大，有效的預(yù)判及預(yù)控措施顯得尤為關(guān)鍵，但以此作為平臺，探索該地段地質(zhì)條件下的施工、安全、技術(shù)，為后期施工提供借鑒與參考。

（1）巖石地段一般不適合施做頂管。因為該處施工費用投入極大，需要設(shè)計單位充分調(diào)查現(xiàn)場情況，前期地勘位置不準確時，應(yīng)在實施前補充勘探，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時調(diào)整管道路線。

（2）流砂地段的沉井周邊止水帷幕及頂管管口地基加固樁一定要做好。頂管管口存在漏水漏砂現(xiàn)象，在頂管施工時同樣如此，同時，周邊更有小區(qū)、重載道路綜合影響，安全壓力極大，這就需要在后期做大量的修補止漏工作。

（3）地質(zhì)預(yù)報（或物探）與施工經(jīng)費投入是施工安全的保障。本案例中小區(qū)側(cè)的鋼板樁支護的雖也是成功的，但在施工經(jīng)費及施工工期充足的情況下，可考慮采用高壓旋噴樁徹底固化，此方案則更加安全，這在本項目的W197-W198段頂管（其穿越既有重載道路，在地層中穿越巖層，進入流砂層，再至沉井。在頂管施工前，對該段頂管中心兩側(cè)3.5m范圍采取了高壓旋噴樁徹底固化方案，固化高度為路面至頂管底5m，起到了支護與止水的雙重作用。）得到了很好的印證，但在本文中不再體現(xiàn)。

（作者單位：江蘇雷威建設(shè)工程有限公司）

作者簡介：王友，199005，本科，工程師，南京市中山北路333號，13155288871。