豎錨支撐與高壓旋噴復合技術在頂管工程中的應用

鄧學錚，楊慶，樂建

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豎錨支撐與高壓旋噴復合技術在頂管工程中的應用

鄧學錚，楊慶，樂建

（成都興蜀勘察基礎工程公司，成都 610072）

以成都市第二污水處理廠廠外污水干管下穿成龍路頂管施工為例，基于場地工程地質、水文地質條件，系統分析了頂管施工誘發地面塌陷原因，提出了以豎錨支撐+高壓旋噴為主的復合加固方案。經現場頂管施工驗證：通過高壓旋噴注漿加固可有效提高砂卵石地層的密實度、整體性和穩定性，并降低其滲透性；而豎錨支撐加固可快速減小已塌陷區地下管線的變形，適用于塌陷段管線搶險施工。

頂管施工；豎錨支撐；高壓旋噴；應用

近年來隨著我國城鎮化進程的加快，全國各級城市大規模新建、改擴建各類地下管線，而頂管施工工藝因其具有施工方法較簡單、成本較低、非開挖不影響地面交通等優點廣泛運用于地下管線的施工[1~3]；但當頂管施工場地遭遇易塌陷松散地層、地下水位埋藏淺且富集等不利因素時，頂管施工易于引起地面沉降，甚至地面塌陷，進而危及地面建構筑、行人、現狀管網的安全[4~5]。

以成都市第二污水處理廠廠外污水干管下穿成龍路頂管施工為例，基于場地工程地質、水文地質條件，系統分析了頂管誘發地面塌陷原因，提出了以豎錨支撐+高壓旋噴為主的復合加固方案，經現場頂管施工驗證，確保了塌陷區現狀管線安全和后續頂管的順利實施。實踐證明，在易塌陷松散地層中頂管施工，采用豎錨支撐+高壓旋噴為主的復合加固方案是有效的。

1 概況

1.1 工程概況

擬建成都市第二污水處理廠廠外污水干管主管管徑內徑2 200mm，外徑2 640mm，下穿成龍路時，污水干管平均埋深約12.0m，底部嵌入基巖深0.8m；擬采用頂管法施工，頂管節管長2.5m，下穿成龍路頂管總長56m，縱向坡度1‰。根據現場管線探測，成龍路沿線現狀市政管線發育，主要分布有電力淺溝、電纜、天然氣管、自來水管等，管線埋深0.5~2.6m不等[6]，其分布及與擬建污水干管相對位置關系如圖1。

1.2 場地工程地質條件

場地各巖土層主要物理力學指標建議值表

巖土層名稱重度（KN/m3）承載力特征值（Kpa）內摩擦角（度）內聚力（Kpa）壓縮模量（MPa）變形模量（MPa） 人工填土18.57010102.5 粉土18.512010103.5 細砂19.011012 5.0 稍密卵石21.030025 25.020.0 中密卵石22.060035 35.030.0 密實卵石23.090045 45.040.0 全風化泥巖20.0200403080.0 強風化泥巖21.0300505015.0

根據巖土工程勘察報告，本場地地處岷江水系一級階地，場地地層主要由第四系全新統人工填土（雜填土）、粉土、細砂、卵石及白堊系上統灌口組泥巖組成，各巖土層特征分述如下：

1）人工填土（雜填土），呈雜色，濕，稍密，主要由建筑垃圾及粘性土混合而成，分布深度0~3.4m，層厚約3.4m。

2）粉土，灰色，稍密，濕-飽和，含鐵錳質氧化物，可見云母細片，發育深度3.4~3.7m，層厚約0.3m。

3）細砂，灰色，松散，濕-飽和，由長石、石英、云母細片及暗色礦物顆粒等組成，發育深度3.7~4.2m，厚約0.5m。

4）卵石，灰色，飽和，稍密-密實，卵石成分主要為巖漿巖、變質巖類巖石，弱風化，多呈亞圓形，一般粒徑2~4cm，充填15%~45%的中砂和礫石，發育深度4.2~10.7m，厚約6.5m。

5）泥巖，紫紅色，泥質結構，塊狀構造；表層厚約0.4m泥巖為全風化層，呈粘土狀，遇水泥化；其下為強風化泥巖層，遇水軟化崩解。

場地地下水主要為賦存于砂卵石層中的孔隙潛水，巖層富水性好，透水性強，滲透系數20m/d，勘察期間測得場地地下水水位埋深1.8~4.7m。

2 地面塌陷特征及原因分析

2.1 地面塌陷特征

2004年7月開始下穿成龍路頂管施工，現場在工作井側沿污水干管軸線施工了3口降水井，降水井距污水干管軸線約8.0m，井深15.0m；在頂進3節長約7.5m時路面出現嚴重塌陷，該范圍內分布的φ220mm天然氣管、φ600mm的自來水供水管，11、22萬伏電力淺溝等均出現不同程度下沉和扭曲變形，其中電力管線（100mm鐵管）和11、22萬伏電力淺溝變形最為嚴重，混凝土溝槽傾斜高差達150mm，蓋板裂縫寬20mm，管線底部懸空達1.0m。

圖1 污水干管下穿成龍路沿線現狀管線分布斷面圖

2.2 頂管塌陷原因分析

基于上述地面塌陷特征和場地水文地質、工程地質條件，綜合分析認為本場地頂管施工造成地面塌陷原因有：

1）頂管管頂以上土層主要為松散-稍密的填土、粉土、砂土和稍密-中密的卵石，結構較松散，不具備形成自然拱的能力，即管頂土層自穩能力較弱，易于發生塌陷[7~9]。

2）場地地下水為砂卵石層中的孔隙潛水，富水性、透水性好，且擬建污水干管位于卵石層底部，管底嵌入基巖底部，這一特殊的水文地質條件使得通過降水井難以將場地地下水降至管線底板以下，實際頂管過程中作業面未能完全疏干也映證了這一點，致使后續頂管工作在水下進行，增大了頂管施工時地下水對管周測土體的沖刷擾動作用，進一步降低了管側及管頂土體的穩定性[10~11]。

3）頂管施工時，降水不連續，斷斷續續，動水力因素造成含水層中的細顆粒被抽走，破壞了土體結構，降低了土體的密實度和自穩能力。

3 豎錨支撐加固設計

為滿足已頂管塌陷段地下管線搶救性加固和路基加固的要求，提出了以豎錨支撐+高壓旋噴為主的復合加固方案，即為快速減小塌陷段地下管線的變形確保各類現狀管線的安全和正常使用，優先對塌陷段地下管線采取豎錨支撐加固；其次為保證路基的穩定對頂管上覆路基進行高壓旋噴加固[12]。

3.1 豎錨支撐加固設計

根據塌陷對天然氣管、電力淺溝、雨水管、供水管等現狀管線的影響和破壞程度，采用豎錨+斜撐或鋼絲繩或橫梁的加固方案；其中豎錨采用φ48mm鋼管，深入基巖0.50～1.50m，豎錨管身段按30cm間距呈梅花型布置注漿孔，注漿孔徑φ8mm，考慮到注漿不對已頂管造成影響，豎錨底部3.00m不鉆孔注漿。經水泥漿將豎錨與土體粘結形成復合支護體系，共同支撐地下管線，確保了塌陷段現狀管線安全和正常使用。具體豎錨布設如下：

1）天然氣管、電纜管和供給水管：變形相對較小，但管線底部已局部懸空，設計在管道中心線兩側各施工一至四對豎錨，管底加一橫管（橫梁，采用鋼軌材料），橫管與豎錨連接牢固。

2）電力淺溝：寬1.8m，高1.23m，鋼筋混凝土方溝，內置11萬和22萬伏高壓電線，垮塌已引起電力方溝嚴重變形和開裂，縫寬3~5mm，在管線中心線各施工四對豎錨，管底加橫管（橫梁），橫管與豎錨連接牢固。

各豎錨布置及搶險加固設計圖見圖2。

圖2 塌陷區搶險豎錨支撐平面布置圖

3.2 高壓旋噴加固設計

為保證塌陷段路基穩定和確保后續頂管順利實施，對頂管沿線路基采取高壓旋噴加固處理，以提高頂管周圍土體的密實度、整體性和強度，并降低砂卵石層的滲透性。

根據上述加固要求，本次路基加固設計沿擬建污水干管軸線共布設了9排高壓旋噴樁，旋噴樁直徑D為0.6m，管道兩側高壓旋噴樁加固至基巖，而頂管位置高壓旋噴樁加固至管頂標高，平面均呈三角形布置。其中中間5排高壓旋噴樁主要起加固地基土作用，樁距和排距均按1.0m設計，設計不交圈；而在污水干管軸線兩側外邊界處各增設2排高壓旋噴樁，設計交圈，主要起加固土體和降低滲透性作用，孔距按L=0.866D，排距按S=0.75D，旋噴樁交圈厚度約0.33m，高壓旋噴加固工程平面布置圖見圖3。

3.3 加固效果

通過采取豎錨支撐+高壓旋噴為主的復合加固方案，擬建成都市第二污水處理廠廠外污水干管下穿成龍路頂管塌陷段管線沉降量由之前的5~15mm/d迅速減小為1~3mm/d，并隨著施工作業的結束而趨于停止；且后續頂管段也順利完成了頂進作業，未再出現明顯的塌陷變形。

圖3 高壓旋噴加固工程平面布置圖

4 結論

綜上研究成果，經現場頂管施工驗證，在易塌陷松散地層中頂管施工，采用豎錨支撐+高壓旋噴為主的復合加固方案是有效的；而且豎錨支撐加固技術可快速減小已塌陷區地下管線的變形，更適用于塌陷段管線搶險施工。

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The Application of Vertical Anchor Support and High Pressure Spray Composite Technology to Pipe-jacking Engineering

DENG Xue-zheng YANG Qing LE Jian

（Chengdu Xingsu Reconnaissance Infrastructure Engineering Company, Chengdu 610072）

By the example of construction of pipe-jacking of the sewage trunkunder the Chenglong Road outside the second sewage treatment plant in Chengdu as an example, this paper puts forward vertical anchor support and high pressure spray composite technology for construction of pipe-jacking. The construction practice indicates that this technology mayeffectively improve compactness integrity and stability of pebble strata and reduce their permeability and deformation of underground pipelines.

pipe-jacking construction; surface collapse; vertical anchor support; high pressure swirl grouting; emergency construction

2018-01-30

鄧學錚（1983-），男，山東菏澤人，水工環工程師，主要從事地基基礎、地質災害治理及水、工、環等方面技術、管理工作

[P642.3、5]

A

1006-0995（2018）04-0634-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.04.022