在特殊地質(zhì)情況下頂管施工技術(shù)淺談

【摘要】伴隨著頂管技術(shù)在市政工程管網(wǎng)工程建設(shè)中廣泛運用，頂管穿越遇到的地質(zhì)、地下水及地面環(huán)境等情況越來越復(fù)雜，文章結(jié)合個人設(shè)計和施工服務(wù)中遇到的情況，通過將頂管施工技術(shù)與各種地基加固技術(shù)進行有效結(jié)合，均順利、安全解決了在特殊地質(zhì)情況下的頂管問題。

【關(guān)鍵詞】明挖敷設(shè)；暗挖敷設(shè)；頂管；注漿加固；水泥攪拌樁；高壓噴射注漿

1、概況

目前城市管網(wǎng)的敷設(shè)有兩種方式：一是明挖，另一種暗挖。頂管作為最常用的一種暗挖敷設(shè)技術(shù)，我國自1953年開始采用頂管法施工以來，經(jīng)過幾十年的工程實踐，頂管技術(shù)已比較成熟。

頂管優(yōu)點：a）、占地面積少，可節(jié)約用地；b）、減少沿線的拆遷工程量；c）、地面活動不受影響，可保持交通運輸暢通無阻；d）、不破壞現(xiàn)有的管線和構(gòu)筑物，不影響其正常使用；e）、施工噪音低，減少對沿線環(huán)境的破環(huán)。

頂管分類：按頂管位于地下水位以上、下可將頂管機分為：敞口類頂管機和平衡功能類型的頂管機兩大類

而敞口類頂管機又可依據(jù)土質(zhì)情況可細分為：

a）、機械式頂管機——采用機械掘進的頂管機，可用于巖層、硬土層和整體穩(wěn)定性較好的土層。

b）、擠土式頂管機——依靠頂力擠壓出土的頂管機，可用于流塑性土層。

c）、人工挖掘頂管機——這是一種最簡單的頂管機，其工作面一目了然，采用手持工具開挖的，排障容易，可用于地基強度較高的土層。

平衡類頂管機可細分為：

a）、土壓平衡式頂管機——通過調(diào)節(jié)出泥艙的土壓力穩(wěn)定開挖面，棄土可從出泥艙排出的頂管機，可用于淤泥和流塑性粘性土。

b）、泥水平衡式頂管機——通過調(diào)節(jié)出泥艙的泥水壓力穩(wěn)定開挖面，棄土以泥水方式排放出的頂管機，可用于粉質(zhì)土和滲透系數(shù)較小的砂性土。

c）、氣壓平衡式頂管機——通過調(diào)節(jié)出泥艙的氣壓力穩(wěn)定開挖面，棄土以泥水方式排放出的頂管機，可用于有地下障礙物的復(fù)雜土層。

注：頂管機選型參數(shù)表可參考《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》（CECS 246 ：2008）。

2、頂管技術(shù)在特殊地質(zhì)情況下的應(yīng)用

對于頂管在穩(wěn)定土層中穿行，目前現(xiàn)有相關(guān)的頂管技術(shù)規(guī)程有十分詳細的介紹，不作為本文關(guān)注的重點。本文將重點談?wù)勗诟鞣N特殊地質(zhì)情況下頂管技術(shù)的應(yīng)用。

情況一：頂管在N小于5的淤泥或淤泥質(zhì)土層頂進，可否需要全段對其進行加固？或者僅在進、出洞口段加固，中間段可以不加固，是否可行？

根據(jù)地下管道施工規(guī)范中，對地基都有一定的要求，對軟土地基都要求進行軟基處理。但對于頂管施工而言，一般都使用天然地基，而不對地基進行加固處理。但若是頂管碰到軟土地基，特別是淤泥土層，其對頂管的影響以及是否需要進行軟基處理的技術(shù)界定已經(jīng)成為一個急需解決對問題。

因為單從承載力分析考慮：砼管在空管時的基底壓力較小，甚至小于在水中的懸浮承載力10kPa。但在管道頂完后和以后使用中管道都會泡水，所以在工程計算時應(yīng)采用砼管的含水基底壓力。現(xiàn)以泥水平衡頂管機來說（以AVN1350機頭（德國海瑞克設(shè)備）為例計算砼管含水基底壓力和機頭基底壓力。

砼管含水基底壓力

Pg=（G砼管+G含水）/砼管基底面積=（4600+4800）/（1.6×3）=18.5kPa

由于機頭為偏心，故機頭的最大基底壓力為（在刀盤處）

Pj=G機頭（1+6e）/機頭基底面積=10×（1+0.35）/4.8=28Kpa

從上述計算可知，頂管的地基承載力應(yīng)該很容易滿足，一般淤泥承載力大都是30～60Kpa，那是否就不需要進行加固呢？但大量的類似工程實踐經(jīng)驗和教訓(xùn)告訴我們[1]：頂管在淤泥及淤泥質(zhì)土等軟土層頂進過程中，常出現(xiàn)機頭在離到達接收井附近（有時甚至距離長達20m之遠），持續(xù)下沉并且向上糾偏失效的現(xiàn)象，即使能實現(xiàn)機頭順利進入接受井，但管道累計下沉遠超排水管道標高允許值誤差值。而且，施工完畢后的管道仍然會出現(xiàn)大幅度的自然沉降、并且可能發(fā)生管節(jié)錯位的風(fēng)險。因此，對于進、出洞口段加固是十分必要的，這可以理解為了施工精度的有保障，減少頂管施工過程中糾偏失效情況的發(fā)生。至于進、出洞口段加固長度宜取多少應(yīng)根據(jù)各工程實際情況、及類似地段工程經(jīng)驗等綜合考慮，最安全的處理方法是采用全頂管段地基加固。

對于淤泥或淤泥質(zhì)土軟土地基加固選型方法具體可參見情況二。

情況二：頂管在不穩(wěn)定土層（主要包括新填土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性松散、易坍塌的土層）穿越，采用何種加固方法才能確保頂管施工的順利進行？具體需要根據(jù)場地空間大小、地面上是否滿足（允許）加固機械設(shè)備施工、地下水位等條件，選用a）、注漿加固法、b）、水泥攪拌樁法、c）、高壓噴射注漿法等。

a）、注漿加固法

壓力注漿法的原理是：壓力注漿法加固圖層是通過一定的壓力將可固化的化學(xué)漿液或水泥漿液注入地層土的裂縫或空隙，以改善地層的物理力學(xué)性質(zhì)。

在采用壓力注漿方法加固污水管頂部和底部進行有壓注漿，使水泥漿液與土體膠結(jié)，提高土體的力學(xué)強度，避免在頂管掘進過程中發(fā)生坍塌，確保頂管能順利進行。

b）、水泥攪拌樁法

水泥土攪拌法分為漿液深層攪拌法（濕法）和粉體噴攪法（干法）。

水泥攪拌法適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、飽和黃土、素填土以及無流動地下水的飽和松散砂土、大于70%或地下水的pH值小于4時不宜采用干法。

水泥攪拌法是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基。水泥攪拌法處理地基可增加地基承載力、減小沉降差、提高邊坡穩(wěn)定性及擋水等。水泥攪拌法處理后的地基承載力提高1～1.5倍。

c）、高壓噴射注漿

高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、砂土（特別在中粗砂層）、人工填土和碎石土地基。當(dāng)?shù)鼗泻休^多的大粒徑塊石、大量植物根莖或較高的有機質(zhì)時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果確定其適用性。對地下水流速度過大、噴射漿液無法在注漿套管周圍凝固等情況不宜采用。高壓旋噴樁的處理深度較大，目前最大處理深度已超過30m。

由于高壓噴射注漿價格為同規(guī)格水泥攪拌樁的4～5倍，因此采用高壓旋噴樁處理管道地基的地基處理施工工藝，只適用于水泥攪拌機鉆進的困難、水泥攪拌樁（機械）施工空間不足或環(huán)境條件（有高壓線、高架橋底等）不具備時的管道工程。

情況三：頂管在強、中風(fēng)化巖穿越。

強、中風(fēng)化巖條件下如果地下水含量較高就只能采用巖盤頂管機了。該機型的刀頭類似于牙輪鉆，可以在巖石中頂進，也是一種全土質(zhì)的機型，但該機種的造價很高，而且目前在國內(nèi)是一項空白。

3、結(jié) 論

通過將頂管技術(shù)與各種地基加固技術(shù)的有效結(jié)合，可解決實際工程中頂管穿越各類復(fù)雜土層的問題。本文多為本人設(shè)計和施工服務(wù)中遇到的情況，仍為個人的經(jīng)驗之談，望各位專家、同仁批評指正。

參考文獻：

[1] 黎智恒，楊東明. 軟土地基對頂管施工的影響

[2] 李勁松，劉正雄，高俊合，黃銳文，陳德貴. 長距離泥水平衡頂管施工工法深圳市市政工程總公司

[3] 劉俊紅. 地下排水工程的頂管施工技術(shù) . 鐵道運營技術(shù) Vol.9 No.3 July，2003

[4] 王國英. 注漿加固在頂管施工的應(yīng)用

[5] 陳海龍，劉華軍，徐磊. 淺談高壓噴射注漿在軟土地層頂管施工中的應(yīng)用