頂管水下進洞施工技術在流砂地層中的應用

唐俊華，李學衛

（1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司,上海市 200092；2.上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市 200023）

0 引言

頂管施工技術作為一種非開挖施工技術，具有環保、占地少，能夠穿越道路、河流等優點，在城市管網建設中應用廣泛。隨著頂管應用范圍的擴大，頂管施工過程中不可避免地面臨著新課題。本文就南京市洪武路污水主干管工程特定的施工工況，面臨頂管進洞困難的局面，提出了水下進洞解決方案，有效地保護了周邊的環境安全，使頂管順利進洞。

1 工程概況

洪武路污水主干管工程1標位于南京市洪武路，起于雞鵝巷，終于程閣老巷，該區域交通繁忙、人口集中、管線密集，為南京最繁華商業圈所在地。

頂管穿越土層層次多，分布不均，性狀存在較大差異。工程沿線水量豐富、水位高（埋深為地面下1.4～2.6 m），場地地下水類型為潛水。含水層由人工填土層和新近沉積的軟弱黏性土和砂性土組成。

工作井（接收井）采用NKSP-Ⅳ型拉森鋼板樁作為擋土結構，結合1排800 mm高壓旋噴樁進行止水，井內采用800 mm高壓旋噴樁進行坑內土體加固，逆作法工藝施工。管道采用泥水平衡頂管法施工。

2 水下進洞施工背景

進行水下進洞的井位為W19#井，該井位于洪武路與羊皮巷十字路口北側，據地勘資料揭示，W19#井位處工程地質自地面由上至下依次為4.3 m雜填土+3.5 m粉土+1.7 m粉質黏土夾粉土+10.5 m粉砂。粉土層富水性好、透水性強、水量豐富，極易產生流砂；粉質黏土夾粉土層富水性好、透水性強、水量豐富，易產生流砂；粉砂層富水性好、透水性強、水量豐富，易產生流砂。W19#接收井挖深11.27 m，地面標高9.83 m，管內底標高0.03 m，管道穿越粉質黏土夾粉土層和粉砂層。井壁外2 m的東西側道路開放運行中，周邊地下管線密集，商業建筑群集中，距正在施工中的蘇寧廣場深基坑只有15 m。

W19#井為W21-W19、W16-W19頂管共用接收井，這兩段頂管管道內徑均為1 800 mm。按照施工安排，W21-W19頂管首先進洞，待頂管機頭在W19#井接收好后再接收W16-W19段頂管機頭。由于客觀原因造成了兩臺頂管機都接近W19#井，等待進洞。

待W21-W19頂管機頭靠近W19#井南側拉森鋼板樁，準備拔樁時，洞口處鋼板樁未能拔除，鑿洞門磚墻上探孔后泥沙噴涌，最后決定安排W16-W19段頂管先進洞。拔除W19#井北側拉森鋼板樁過程中，北側洞門處磚墻突然倒塌，造成洞門外側大量流砂涌入井內。為了保證交通、管線安全，保證能夠安全地接收頂管機頭，立即采取回灌水措施，保持井內外水土壓力平衡，控制流砂的進一步發生，減小地面沉降。

3 水下進洞施工方案

頂管水下進洞施工技術是指為防止頂管在進洞過程中地下水土從開放的洞圈中大量涌出，利用接收井內外水土壓力平衡可控制滲漏的機理，主動或被動地用水將接收井回灌，而后在水土壓力平衡的情況下再將頂管推進到接收井的施工工藝。

借鑒以往水下施工方法和經驗，比較多種水中進洞方法的優劣，根據水文地質、現場的交通、管線等實際情況，該次水下進洞按照“回水壓倉、割除板樁、頂管推進、注漿加固、吊裝機頭”的思路進行。

主要步驟如下：

（1）迅速將接收井回灌滿水；

（2）采用抽泥法清理接收井內泥沙等垃圾；

（3）水下割除洞圈處拉森鋼板樁；

（4）頂管頂進，機頭水下進洞；

（5）在洞圈與管節間隙處水下填充磚塊、雙快水泥，預埋注漿管；

（6）水平、豎向壓注雙液漿（水泥漿和水玻璃）；

（7）接收井內抽水，清除泥沙，將機頭與管節的連接解除，吊出機頭，水中進洞完成。

4 水中進洞方案實施要點

4.1 選派專業的水下作業施工隊伍

該工程水下進洞的關鍵步驟全部由水下作業完成，加之W21-W19頂管也急需進洞，如果W16-W19頂管水下進洞實施得不連貫，用時較長，則增加了W21-W19頂管進洞的風險，很有可能造成管道和機頭“抱死”，因此W16-W19頂管水下進洞方案能否順利實施密切關系著W21-W19頂管能否順利進洞。選派專業的、有成熟施工經驗的水下作業隊伍成了水下進洞成功的關鍵。

4.2 頂管進洞時防止機頭“磕頭”

接收井底板和頂管管道底標高之間一般存在高差，由于機頭重量分部不均，機頭重心靠前，頂管進洞過程中如果不靠外力平衡機頭的重量，則造成機頭下墜，俗稱“磕頭”。

水下進洞過程中機頭“磕頭”產生的危害是巨大的，會造成與機頭連接的管節碎裂，形成涌水通道，淹沒機頭，發生涌水涌砂事故。因此必須防止“磕頭”現象的發生。一般在頂管工程中防止機頭“磕頭”的措施為在井內制作接收基礎或托架。該工程由于接收井內有磚塊、泥沙等雜物，選擇了用橫擔在接收井上的鋼板樁吊住機頭的措施，根據頂進的坡度、速度，通過手拉葫蘆控制機頭高度，保持動態平衡，平穩地接收機頭，防止下墜，如圖1所示。

圖1 頂管水下進洞示意圖

4.3 封堵洞圈與管節間隙，雙向壓注雙液漿加固洞圈周圍土體

洞圈與管節的間隙是頂管進洞過程中的薄弱環節，是接收井相對封閉的環境與外界水土接觸的唯一通道，機頭進洞后應立即封堵薄弱環節。

該次水下進洞采用雙快水泥砌筑磚塊的方法，地面上拌合好砂漿后，送至水下，由潛水員迅速砌筑完成，在砌筑好的磚墻外側用雙快水泥抹面，防止滲水。同時在洞圈四周預留4根1 m長帶球閥的注漿管，在洞圈處水平壓注雙液漿。考慮到接收井北側洞圈磚墻倒塌后發生涌水涌砂現象，在接收井北側3 m處豎向打入3根注漿管，外側注漿管深度到管道底標高下0.5 m，中間注漿管深度到管道頂標高上0.3 m。隨注隨拔，直至管道頂標高上1 m。雙向壓注雙液漿加固管道周邊土體，形成有一定強度的復合加固體，包裹管道，隔絕地下水通道，同時利用深井降水降低地下水位，防止涌水涌砂事故，保證周邊環境安全。雙液漿的強度及凝結時間可以通過做試樣掌握，該處用的水泥漿水灰比為0.8∶1，水玻璃濃度為30°Bé，水泥漿與水玻璃比為1∶0.5。壓漿泵壓力控制在2～2.5 MPa。

4.4 采取“拉風箱”措施防管道抱死

從10月29日W21-W19段頂管到達接收井南側，到接收W16-W19段頂管機頭，再到11月16日水下割除接收井南側鋼板樁，共用時19 d。另外W21-W19段頂管道較長，長度為220 m，如不采取措施，管道很有可能不能頂進，造成更多的工期和費用損失。為此，每隔2 h通過壓漿環管向管節外壁壓注一定數量的觸變泥漿，采用多點對稱壓注使泥漿均勻填充在管節外壁和周圍土體間的空隙，使所注泥漿在管道外壁形成均勻的泥漿套，來減少管節與土體間摩阻力，起到降低頂進阻力的效果。壓漿時根據需要及時補漿，壓漿泵輸出壓力控制在0.4～0.5 MPa。同時來回伸縮千斤頂，擾動管道周邊土體，防止粉土及粉砂吸附在管道外側，造成頂進困難。

4.5 抽取井內回灌水時密切觀察洞圈處狀況

如前所述，W19#井處管道埋置于流砂地層中，抽取井內水時，井內外水土壓力差逐漸形成，有產生流砂的外因。由于水下封堵洞圈與管節間隙，潛水員看不到具體情況，只能憑下水前交底和用手摸索進行操作，有可能封堵后仍有滲水通道。在抽取井內水時，特別是水位下降到洞圈附近時，觀察水位是否平穩下降、洞圈附近水質是否渾濁、是否有層流或紊流現象，如發生異常情況，及時回灌水，重新封堵，以防滲水通道越流越大，產生危害。

5 結語

結合南京洪武路污水主干管工程1標實際情況，頂管水下進洞施工技術得以應用，實踐證明該技術有效地規避了高水位、流砂層中進洞時常見的工程事故，提出了一種新的進洞施工技術。特別是在水文地質條件復雜、施工環境苛刻、沉降控制要求嚴格的情況下，水下進洞施工技術可以作為一種有效的解決措施加以考慮。

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