復雜地質環境穿越黃河長距離頂管質量控制

摘 要：針對黃河下地下水豐富、地質情況復雜情況下頂管過程中容易出現姿態偏移、管道及進出口處漏水等質量通病，并對遇到問題分析原因，采取相應措施，最終解決姿態偏移、管道及進出口處漏水等質量通病，滿足了工程施工要求。

關鍵詞：復雜地質環境；穿越黃河；長距離；頂管；質量控制

1 工程概況

1.1 工程簡介

該項目設計位置選擇在蘭州市城關區中立橋以東約315米處，管線南端位于體育公園黃河風情線東北側綠地內，穿越南側護堤、黃河底、經黃河北側河漫灘，止于黃河北側中心灘防洪堤，頂管法施工南側連接線由607#路次高壓管道接入，北側連接線連接到現狀北濱河路DN400次高壓管道，由城關黃河大橋西側的截斷閥井沿北濱河路南側向東至會展中心南側綠化帶。

頂管地下頂進長度337米，勘探期水面寬160米。設計C50鋼筋混凝土頂管內直徑1650毫米，管壁厚165毫米，直線水平設計。頂管管位標高為1490.0-1495.0之間。管道最大埋深約19.8米左右，最小埋深約9.8米左右。

1.2 工程地質

經查閱巖土工程勘察報告（2010-勘-63），該工程高河谷處地下水位20米左右，低河谷處地下水2-5米。勘察報告揭示，頂管管位大部分穿越中風化砂質泥巖，少部分穿越強風化泥質砂巖，中間有泥巖斷裂帶，夾層為砂卵石。黃河河床由千百年來河水的沖刷堆砌而成，地質極為復雜。

2 存在的質量問題

由于在黃河下施工，地下水豐富，地質情況復雜，頂管工程容易出現姿態偏移、管節及洞口處漏水等質量問題。

3 引起質量問題的因素

引起質量問題經現場調查分析主要有以下3點原因：

3.1 橡膠法蘭密封不嚴

對橡膠法蘭進行檢查，發現橡膠法蘭與管道不能嚴密接觸，存在0.5-1mm縫隙地下水從管道外壁滲流至工作井內。

3.2 糾偏不及時糾偏幅度過大

對糾偏過程進行檢查，發現糾偏過程存在糾偏不及時糾偏幅度過大情況，最大糾偏量達70mm。

3.3 土體特性不均勻

通過螺旋輸送機出土土體土質情況分析，土質為部分為中風化砂質泥巖，少部分穿越強風化泥質砂巖，中間有泥巖斷裂帶，夾層為砂卵石。

4 控制的對策與措施

4.1 對橡膠法蘭進行安裝改良

洞口止水裝置由一道更改為二道，盤根止水裝置能夠通過螺栓進行壓緊，止水裝置由鋼法蘭、橡膠止水法蘭、中間法蘭和鋼壓板組成。其中橡膠止水法蘭采用鋼絲編織橡膠法蘭，鋼壓板上設置腰型空，可以徑向收縮。具體構造如下圖：

4.2 采取“勤測勤糾”原則

4.2.1 及時糾偏

制定嚴格的放樣復核制度，并做好原始記錄。頂進前必須遵守嚴格的放樣復測制度，堅持三級復測：施工組測量員→項目管理部→監理工程師，確保測量萬無一失。布設在工作井后方的儀座必須避免頂進時移位和變形，必須定時復測并及時調整。頂進糾偏必須勤測量、多微調，糾偏角度應保持在10′～20′不得大于1°。并設置偏差警戒線。初始推進階段，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進速度，另一方面要不斷調整油缸編組和機頭糾偏。開始頂進前必須制定坡度計劃，對每一米、每節管的位置、標高事先計算，確保頂進時正確，以最終符合設計要求。

4.2.2 建立管外壁完整的泥漿套

工具管后開始每隔2米設一道共三道注漿環，以后每隔6米設一道注漿環，每個中繼站前后兩節管均設補漿環，注漿環做法見圖二。由注漿總管至每道注漿環的支管必須設一球閥，每個注漿孔加設一道球閥。在正常頂進時，只對第一注漿環的四個注漿孔注漿，其余注漿閥門關閉。補漿時，從工作井開始向機具方向，逐道注漿環進行補漿，在每道注漿環補漿時，依次開啟四個閥門進行補漿，每補完一個孔即關閉球閥，然后打開下一個。開啟注漿孔閥門時，一手握住注漿軟管，開啟后即可感覺到注漿流動，大約1分鐘即可完成，根據手感判定。在100米范圍內，每頂進2米，補漿一次。在100米以后每頂進8米補一次漿。補漿必須在頂進的同時進行。注漿環斷面見下圖：

4.3 保證開挖面壓力平衡

4.3.1 機頭添加提高塑性添加材料

在開挖面注入膨潤土，改良開挖面土體，使泥土的流塑性和抗滲性提高，滿足挖掘面穩定。

4.3.2 合理控制出土量

合理控制頂進速度，控制出土量，如果螺旋輸送機出土量不變，頂進速度與壓力成正比，使頂管機在頂進過程中與其所處土層的土壓力和地下水壓力在平衡狀態，排土量與頂管機刀盤破碎下來的土的體積處于平衡狀態，達到管道姿態穩定的目的。

5 工程實施效果

在施工過程中通過嚴格的過程控制，頂管施工按計劃順利實施。經過對橡膠止水裝置改進，提高了洞口的抗滲性能，施工后未出現洞口滲漏情況。經過及時糾偏和建立管外壁完整的泥漿套，穩定了管道姿態，滿足軸線偏移≤30mm，使原來由于管道姿態偏移造成的膠圈變形的而漏水漏漿情況不再發生。經過機頭添加提高塑性添加材料和合理控制出土量，保證了管道姿態穩定。

作者簡介：張繼唐（1981-），男，工程師，學士學位，市政工程。