北京富水砂卵石地層電力豎井鉆孔漂浮沉管施工工法研究

何齊海

（中鐵二局工程有限公司 四川 成都 610032）

北京富水砂卵石地層電力豎井鉆孔漂浮沉管施工工法研究

何齊海

（中鐵二局工程有限公司 四川 成都 610032）

通過本電力井工程實踐，詳細介紹了北京富水砂卵石地層電力豎井鉆孔漂浮沉管施工工法研究，明確了該施工工法的適用范圍，詳細總結了該施工工法的工藝原理、主要施工工藝流程、施工步驟及施工控制要點，對今后類似條件下的電力豎井施工有很好的借鑒作用。

電力；豎井；鉆孔漂浮沉管；施工工法

1 本工法適用范圍說明

（1）適用于電力、熱力、污水等施工豎井、檢查井等的工法，當地下水巨豐富、且常規地下水處理措施失效或成本太高時使用此施工工法可節約工期和成本。

（2）本施工實例成孔直徑2.2m、外管外徑1800mm，根據實際需要采用反循環回旋成孔鉆機可成孔4.2m，甚至更大直徑的井室。

2 工程概述

（1）概況

團結湖220千伏送電工程（第三標段）工程4#中間檢查井需與盾構豎井接口，4#中間檢查井中心里程2+083.384，井對應盾構環號為327-332環。

本中間檢查井深度31.162m，共分為7層，主體結構為現澆鋼筋混凝土結構，地下一層至四層結構凈空尺寸為 6.4m*4m，初支采用倒掛井壁法開挖，初支厚度為350mm，主體結構為現澆鋼筋混凝土結構，厚度700mm。

（2）地質情況

0-0.7 m城市道路面層，0.7-3.5m素填土，3.5-12.5m粘土，12.5-15.3m粉細砂，15.3-15.8m粘土，15.8-16.5m粉細砂，16.5-18m圓礫層，18-23m卵石（最大6cm），23-26m粘土，26-35m粉細砂。

（3）地下水情況

基坑開挖到19m深度時，位于圓礫卵石層中，地下水巨豐富，每天抽水逾5000立方米，經過20天降水，地下水位無明顯下降，需進行工法變更。

3 工法變更

上部已采用倒掛井壁法開挖及初支的部分底板厚度為 600mm，側墻厚度500mm，三層結構，兩層中板厚度為200mm，頂板厚度為400mm，中板和頂板上設置人孔。詳細的結構設計如下圖所示：

結構剖面圖

C-C剖面圖

4 工藝原理

本施工工法用于電力隧道中間檢查井永久結構，結構類型為雙層預制鋼筋混凝土管，外管外徑1800mm、壁厚150mm，內管外徑960mm、壁厚80mm，兩層管之間現澆鋼筋混凝土結構。由于地層為富水圓礫砂卵石地層，常規地下水處理措施不能達到良好的效果，采用沖擊鉆孔后漂浮沉管，防止坍塌。

5 施工工藝流程及施工步驟

5.1 施工工藝流程

鉆孔漂浮沉管施工工藝流程圖

5.2 主要施工步驟及工序施工方法

5.2.1 對管片進行型鋼支撐加固

對盾構隧道內327#～332#共6環盾構管片采用工25b型鋼支架支頂，型鋼支架須與盾構管片頂緊。

5.2.2 鉆進成孔

5.2.2.1 孔口鋼護筒

由于本中間檢查井基坑已開挖到19m深度，孔口為圓礫砂卵石地層，不具有穩定性，考慮地下水具有承壓性，泥漿護壁系統必須埋設鋼護筒，鋼護筒直徑2220mm，壁厚10mm，埋入2m；保證護壁泥漿的壓力足以抵抗水壓，護筒高度達到地面。

5.2.2.2 制備泥漿

本工程鉆孔最大深度達9m左右，各道工序施工時間長，在槽孔長時間暴露中容易引起沉渣增厚和孔段失穩等問題，因此本工程要適當提高泥漿的粘度和比重，以增加泥漿懸浮沉渣能力，降低沉渣厚度，并保證孔壁穩定。由于本工程與樁基的要求有所不同，只要能保證預制混凝土管能沉到預定深度，泥漿濃度無限制，按照膨潤土泥漿的試驗，本工程護壁泥漿濃度1.33kg/L。

5.2.2.3 鉆進成孔

由于成孔直徑較大，并且地層為砂卵石地層，分兩次成孔：第一次采用1500mm鉆頭，在成孔的同時將砂卵石地層向周邊擠密；第二次采用改造擴大的 2000mm鉆頭成孔。

分兩次成孔能達到如下效果：

（1）成孔過程中未進行泥漿循環，成孔過程中未造成地層流失。相反的是，第一次成孔只能將圓礫砂卵石向周圍擠密，改變了地層骨架，使得粗顆粒更緊密，細顆粒的流動通道減小，護壁泥漿更容易形成泥殼；

（2）由于2000mm直徑的沖擊鉆頭使用較少，本工程鉆孔采用1500mm鉆頭改造而成，鉆頭的焊接質量、重量等均存在不足，如果采用一次成孔，一方面可能無法有效成孔；另一方面將加大對地層的擾動，即使成孔完成，也可能塌孔。

5.2.2.4 檢孔及清孔

（1）鉆孔深度達到設計標高后,應對孔深、孔徑進行檢查，符合設計要求后方可清孔。

（2）清孔方法應根據設計要求與現場實際情況采取掏渣的方法進行清孔，孔后泥漿指標和沉渣厚度應滿足下放鋼護筒深度要求。

（3）為保護洞內管片步受破壞，不得用加深鉆孔深度的方式代替清孔。

5.3.2.5 全孔安裝鋼護筒

2200 mm孔完成后立即全孔范圍安裝直徑2020mm，壁厚t=10mm螺旋焊鋼管。

5.3 漂浮沉管及固井施工

5.3.1 沉管裝置

在沉管施工前先將混凝土管運輸至施工場地指定擺放位置，在豎井井底搭設平臺上安裝沉管下放裝置。沉管下放裝置具體有支撐架、橫撐加鋼筒組成。

5.3.2 井管選擇

（1）本工程沉管有內外兩層管，外襯采用內徑為1500mm、壁厚150mm企口管，內襯采用內徑為800mm、壁厚80mm承插口管。

（2）在沉管過程中為保證施工方便，內襯承插管可直接使用，但外側企口管上下兩管鏈接沉管時鋼絲吊繩與井管無法直接固定。所以必須在每節企口管預制時井管兩端外側必須預埋200mm寬鋼板和φ32鋼筋吊耳，以保證上下兩節井管可靠連接和鋼絲吊繩與井管可靠連接固定。

5.3.3 沉管施工

（1）當井管、井管下放裝置、卷揚機、鋼絲繩等準備齊全之后，進行沉管施工。

（2）在最下層井管底部焊接20mm厚鋼板，并用防水膠將底部鋼板于井管縫隙封堵，形成底部封閉管以便沉管施工時在內加水增加自重，沉管至設計標高。

（3）將井管用25t吊車吊運至護筒內高出護筒300mm后換4根直徑43mm的6×37+1鋼絲繩，破斷拉力139500Kg（起重吊裝常用計算手冊查得），故抗拉強度為975.5MPa，并在下方裝置鋼桶上纏繞4至5圈后連接與卷揚機上。在將吊耳、鋼絲吊繩以及鋼桶纏繞時必須保證鋼絲吊繩軸向受力，不受剪。具體如下圖所示：

沉管施工過程圖

（4）將鋼絲吊繩與下節井管固定好之后，吊車將第二節管吊至第一節管上方，緩慢下降并人工幫扶將上節管插入下節管內。當上節井管完全插入下節井管之后在兩節管接頭環向六個方向用1000mm*200mm*10mm弧形鋼板與井管兩端環向預埋鋼板焊接連接。

（5）當上節井管與下節井管用鋼板焊接連接好后，4臺卷揚機同時同步驟同長度緩慢下放鋼絲吊繩進行沉管。依次通過以上步驟將后續井管相繼沉到設計標高，即盾構隧道管片頂部以上1.5m標高。如果當孔內浮力與井管重力相等無法下沉時向井管內加水增加井管自重繼續下沉至設計標高盾構隧道管片頂部以上1.5m。

5.3.4 固井施工

（1）固井混凝土澆筑

井管沉至設計標高后，在井管外側與孔壁之間空隙四周打設導管從下往上依次后退式澆筑水下混凝土。

（2）注漿固井

拆除護筒，對井管背后3m、井管底部與盾構隧道管片之間范圍進行注漿固井施工。

按照本工程盾構始發井注漿加固經驗、地質情況及地下水情況，原則上常規注漿方案是不可行的，但是鉆孔漂浮沉管工法注漿又是必不可少的一道工序，如何保證注漿的成功至關重要。

①首次注漿效果不佳

第一次注漿注漿孔直接設置在外管與鋼護筒之間，第一次注漿整過過程中均無壓力。

②第二次注漿

A、保證材料質量，避免材料凍結；

D、改變布孔位置，同時改變漿液種類，先注改性水玻璃漿液，后注水泥-水玻璃雙液漿。

為保證管底破除后，間隙被徹底封堵，經重新對地層進行模擬分析，盾構隧道頂與圓礫砂卵石層之間有約 3m厚的粘土層，漿液在粘土層中有足夠的膠凝時間，并且地下水對漿液的化學反應影響較小，在粘土層注漿采用向周邊擴散擠壓的方式封堵間隙，在護筒外1m圓形輪廓線共布置8個孔，深度為9m～9.5m，孔與孔的間距保持均勻。

E、第二次注漿嚴格檢測水玻璃質量，保證濃度，原液與水泥漿時間控制在20s以內。

F、加大水泥漿濃度，井口往井下注漿，漿液在保證能注入的情況下比重越大越好，最終注入水灰比為0.5。

G、4號中間檢查井對應管片環號為330環，注漿終孔壓力設定為2Mpa，為保證洞內管片安全洞內、始發井口、4號井地面各設1名技術人員，通過對講機進行監控施工。

5.4 人工挖孔施做混凝土護壁至盾構隧道頂部

待C15豆石混凝土達到設計強度后，拆除鋼護筒，清除外襯管內的泥漿、積水等，破除外襯管底結構，繼續向下人工挖孔施做混凝土護壁至盾構隧道頂部。

5.5 安裝兩層管之間鋼筋、預留管道

待護壁混凝土終凝24h之后，拆除護壁模板，在329#、330#盾構管片頂部開孔（孔徑1.5m），沿外襯內壁施做防水層，安裝預留管道所需的DN125mm鍍鋅鋼管，制作安裝兩層襯砌管道之間鋼筋混凝土的鋼筋。

為保證結構施工質量，兩層管之間混凝土在設計基礎上增加單層鋼筋，混凝土采用細石自密實混凝土。

5.6 沿孔口施做加強環梁。

為保證接口的強度、剛度、穩定性和與管片連接的可靠性，在管片上植筋與后澆鋼筋混凝土環梁連接，植筋膠使用進口喜利得牌植筋膠。加固環梁采用植筋方式與管片連接。

5.7 安裝內襯管

內襯管安裝前首先安裝定位鋼筋后，采用汽車吊分節吊裝安裝到位，安裝過程中要嚴格控制管節之間的連接質量。

5.8 防水施工

5.8.1 外包防水

待護壁混凝土終凝24h之后，拆除護壁模板，在329#、330#盾構管片頂部開孔（孔徑1.5m），沿外襯管內壁施做防水層。外包防水采用電力工程慣用的聚乙烯丙綸防水卷材。

5.8.2 施工縫防水施工

根據預制鋼筋混凝土管的管長尺寸，外襯管施工縫有7道，內襯管施工縫有6道。

鉆孔漂浮沉管施工部分總長11.612m，內外兩層管施工縫之和為13道，如何做好此部分防水是關鍵。施工縫位置采用遇水膨脹止水條+遇水膨脹止水膠處理+注漿管注漿處理。

企口管橡膠圈接口應在企口中放置止水橡膠圈，管壁應有足夠的厚度。接口止水橡膠圈宜采用滑動膠圈，其壓縮率可采用30%～45%，環徑系數可采用0.80～0.85。橡膠圈材質的物理力學性能，應符合給水排水管道用橡膠密封圈的有關規定。

6 類似工程施工建議

（1）成孔方式的選擇要根據地層特點認真分析，本工程案例在反循環和沖擊鉆孔兩種方式上進行多次專題討論。

（2）護壁泥漿系統根據鉆孔用途的不同可以有所不同，例如泥漿比重可以比鉆孔灌注樁大，泥漿含砂率、沉渣厚度要求相對混凝土灌注可以放松。

（3）根據工期要求的不同，預制鋼筋混凝土上的預埋件可預埋、可采用植筋方式后加。

（4）上道工序不施工完成并經驗收合格，下道工序不施工，嚴格工序管理。

TU75

B

1007-6344（2017）02-0216-02

何齊海（1984年6月-），男，四川成都，工程師，學士學位，畢業于2008年6月，蘭州交通大學，土木工程，主要從事市政地下工程施工與研究。