高壓旋噴注漿在地下管道漏水處理中的應用

常永興 張紅旗 程萬寧

(中冶集團武漢勘察研究院有限公司，湖北 武漢 430080)

0 引言

武漢80萬t/年乙烯項目第一循環水場某地下大型管道兩根平行管子在試水時均出現不同程度漏水，管道直徑2 000 mm，管子中心距離地面5.5 m，漏水區域水平方向距離管道閥門井約5 m。發現漏水后，管道修復人員將管道水閥關掉，然后將管道內的水抽出后發現，漏水區域有大量的泥土沙子涌入管內，且一直有水不斷的滲入管道內。根據推測，在管道試水過程中，高壓水通過漏水點向外漏水，管道外圍土體已經充滿水，在管道抽水后管道外圍水又反向滲入管道內，同時攜帶大量的泥土沙子。由于管道內滲水已經帶入大量泥沙，所以預測管道外圍已經有大量的空洞出現。

推測漏水事故發生的原因有兩點:

1)地下管道焊接接頭有缺陷，在不利的因素誘導下造成的破壞;

2)由于該段地下管道一端插入閥門井中，一端為天然地基，在試水過程中加入荷載之后造成兩端不均勻沉降后管道產生內力造成破壞。

根據現場情況，要對管道漏水進行修復，首先必須對管道地基進行加固，保證在管道通水后給管道提供足夠的承載力，然后對漏水點進行焊接補漏，由于電焊作業需要干燥的作業面，所以需要采取措施保證電焊焊接作業面干燥。

1 修復方案比選

1.1 大開挖

通過大開挖，將漏水管道挖出來，然后將管道修復作業面風干，滿足電焊作業條件之后開始對漏水點焊接補漏，然后層層碾壓回填。根據現場情況，由于管道西側2 m為冷卻塔，東側3 m為循環水過濾裝置罐，直接大開挖容易導致臨近建筑物基礎不均勻沉降變形，方案排除。

1.2 鋼板樁支護后開挖

通過在東西兩側建筑物邊打鋼板樁支護后大開挖進行管道修復，可有效減小大開挖對臨近建筑物基礎造成的不均勻沉降，但是，由于鋼板樁剛度不夠，在打完鋼板樁開挖之后，鋼板樁頂部會有少量位移，對附近建筑物的影響不可忽略，考慮到附近建筑物的重要性，該方案排除。

1.3 打鉆孔灌注支護樁后開挖

打鉆孔灌注支護樁，然后頂部加冠梁和斜撐對基坑進行支護后開挖，支護剛度可滿足要求，不會對周圍建筑物造成破壞。但是，由于鉆孔灌注樁施工周期長，施工完成后需28 d以后才能達到設計強度。考慮到本項目為搶險工程，工期要求緊張，不適宜采用本方案。

1.4 打降水井降水后從管道內焊接補漏

通過降水，使管道內不再有水滲出，為漏水點焊接提供干燥作業面，然后人進入管道內部對漏水點進行焊接。在現場漏水區域均勻布設6口降水井，根據現場試驗，在打完三口井之后就進行抽水，發現抽出水中含有大量的泥沙，抽水后地面出現了塌陷，根據現場情況推測，由于管道周圍有空洞且空洞內均充滿水，在抽水的時候又將泥沙帶出，導致地面塌陷，對附近建筑物造成不利影響，該方案終止。

1.5 高壓旋噴注漿對漏水管道周圍土體進行加固并止水

使用高壓旋噴注漿工藝對管道底部一定深度的土體進行加固，并將管道周圍空洞填充密實，達到管道在運行過程中的承載力要求，同時，高壓旋噴注漿使水泥漿對管道形成包裹，起到一定的止水作用，給電焊作業提供了條件。該方案在實施過程中不會對臨近的建筑物造成不利影響，并且工期短，可操作性強，認定方案可行。

2 高壓旋噴注漿加固施工

2.1 高壓旋噴注漿施工方案的確定

1)根據現場情況，采用φ800@700的雙重管高壓旋噴樁對水管底部及側壁進行加固，共6排，水灰比1∶2，水泥用量220 kg/m，水泥漿中摻入3%的水玻璃，提高其抗滲性，高壓泥漿泵壓力設計值20 MPa～25 MPa。投入設備表見表1。

表1 投入設備表

圖1 高壓旋噴注漿平面布置圖

2)管道底部采用低壓水泥漿注漿加固，注漿壓力2 MPa～3 MPa，在注漿點停留噴漿管在管道底部5 min～8 min，一邊旋轉，一邊注漿。

3)高壓旋噴樁的施工順序為:先施工貼近水管的四排，后施工遠離水管的兩排，施工深度在水管底以上的范圍內應減小噴漿壓力。

4)注漿施工前應從管道內將管道漏水區域簡單封堵，避免在高壓旋噴注漿過程中高壓水泥漿通過漏水點進入管道內。高壓旋噴注漿平面布置圖及剖面圖見圖1，圖2。

圖2 高壓旋噴注漿剖面圖

2.2 高壓旋噴注漿的施工工藝

1)鉆機就位。移動旋噴樁機到指定樁位，將鉆頭對準孔位中心，同時整平鉆機，放置平穩、水平，鉆桿的垂直度偏差不大于1% ～1.5%。就位后，首先進行低壓(0.5 MPa)射水試驗，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

2)制備水泥漿。樁機移位時，即開始按設計確定的配合比拌制水泥漿。首先將水加入桶中，再將水泥和外摻劑倒入，開動攪拌機攪拌10 min～20 min，而后擰開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網(孔徑為0.8 mm)，過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進第二道過濾網(孔徑為0.8 mm)，第二道過濾后流入漿液桶中，待壓漿時備用。

3)當采用旋噴注漿管進行鉆孔作業時，鉆孔和插管兩道工序可合二為一。當第一階段貫入土中時，可借助噴射管本身的噴射或震動貫入。其過程為:啟動鉆機，同時開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液，使鉆桿沿導向架震動、射流成孔下沉，直到樁底設計標高，觀察工作電流不應大于額定值。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可用較小壓力(0.5 MPa～1.0 MPa)邊下管邊噴漿。

4)提升噴漿管、攪拌。噴漿管下沉到達設計深度后，停止鉆進，旋轉不停，高壓泥漿泵壓力增到施工設計值(20 MPa～25 MPa)，坐底噴漿30 s后，邊噴漿，邊旋轉，同時提升鉆桿。在達到設計深度后，接通空壓管，開動高壓泥漿泵、空壓機和鉆機進行旋轉，并用儀表控制水泥漿壓力在20 MPa～25 MPa、風量在1 m3/min～2 m3/min，一邊旋噴一邊提升，直至達到預期的加固高度后停止。

5)樁頭部分處理。當旋噴管提升接近樁頂時，應從樁頂以下1.0 m開始，慢速提升旋噴，旋噴數秒，再向上慢速提升0.5 m，直至樁頂停漿面。

6)若遇礫石地層，為保證樁徑，可重復噴漿、攪拌;按上述4)～5)步驟重復噴漿、攪拌，直至噴漿管提升至停漿面，關閉高壓泥漿泵、空壓機，停止水泥漿、風的輸送，將旋噴漿管旋轉提升出地面，關閉鉆機。

7)清洗。向漿液罐中注入適量清水，開啟高壓泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿，直至基本干凈，并將粘附在旋噴管頭上的土清洗干凈。

8)移位。移動樁機進行下一根樁的施工。

9)補漿。噴射注漿作業完成后，由于漿液的析水作用，一般均有不同程度的收縮，使固結體頂部出現凹穴，要及時用水灰比為1.0的水泥漿補灌。

2.3 高壓旋噴注漿注意事項

由于高壓旋噴樁位距離地下管道很近，在施工過程中，測量人員密切配合，嚴格復核樁位，以防鉆孔打到地下管道上造成二次破壞。鉆機操作人員在操作鉆機鉆進過程中也要謹慎，打到障礙物后要判斷是否為地下管道。在高壓旋噴注漿過程中安排專人通過閥門井中的人孔進入管道內進行監控，以防加固過程中地下管道被頂起。

3 處理效果分析

通過6 d的施工，現場已經按照設計方案施工完成。高壓旋噴注漿區域地面被抬高約20 cm～30 cm，推測地下空洞已經被水泥漿填實，承載力可以滿足地下管道運行過程中的使用要求。進入地下管道內觀察，從管道外向管道內的滲水明顯消失。安排工人將管道內通過漏水點滲入的水和泥沙清理干凈，用鼓風機將焊接作業面吹干，滿足電焊作業條件，該處理方案達到了預期效果。

4 結語

在石化工程建設中，大直徑地下管道很多，由于埋設管道的地面多數均有建筑物，在建設和使用過程中如果管道出現故障需要修復，明挖作業一般不具有可操作性。在一定的條件下，高壓旋噴注漿可作為一個不錯的處理方案，一方面可以對管道地基進行加固，一方面還可以起到止水作用，為地下人工修復作業提供條件。

[1] 李方政.高壓旋噴技術在地鐵車站深基坑防水工程中的應用[J].公路交通科技，2003，20(1):21－23.

[2] 牛 虹.高壓旋噴法的施工特性及設備[J].工業建筑，2002，32(10):52－55.

[3] 肖雪茹.高壓旋噴注漿法加固土質地基機理研究[J].水利技術監督，2007，15(6):52－54.