大粒徑砂卵石地層人工頂管施工關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

（中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，四川溫江 611130）

0.引言

本文以成都市新都區(qū)新繁鎮(zhèn)南一支五斗等45段黑臭水體治理（二期）為實例，在工程實踐中不斷開展科技創(chuàng)新，通過在施工中反復(fù)研究、改進，最終形成了《大粒徑砂卵石地層人工頂管施工關(guān)鍵技術(shù)》。人工頂管施工地表鉆孔預(yù)固結(jié)施工技術(shù)是針對頂管施工過程遇大粒徑砂卵石地層、軟弱破碎帶等，掌子面穩(wěn)定性差，易塌方地段，提前在地表進行鉆孔注漿加固的方法與技術(shù)，此預(yù)加固技術(shù)可做到最大限度地發(fā)揮了穩(wěn)固地層的作用，可以解決松散地層塌方問題，在類似地層中使用該工藝，具有安全可靠、經(jīng)濟性好、操作性強、施工效率高等特點。同時加快了施工進度，確保了整體質(zhì)量，節(jié)約了工程投資，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.工程概況

1.1 工程簡介

本工程為南一支五斗等45段重度黑臭水體綜合治理（二期），在尾段24#—47#薛清路區(qū)域，頂管累計工程量783m。頂管施工井最大間距56m，埋深6.03m～6.96m，最小覆土3.24m，采用合格的頂管專用鋼承口承插管，管徑d800，Ⅲ級管。工作井及接收井采用逆作法做混凝土結(jié)構(gòu)井，管道及工作井均位于砂卵石層上，基礎(chǔ)承載力滿足要求。

1.2 場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

勘察揭示場地地表為第四系全新統(tǒng)填土層(Q4ml)、耕土層(Q4pd)，以下為第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4al)，基底為白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）砂泥巖。自上而下分述如下：素填土、粉質(zhì)黏土、粉土、砂卵石層。線路段內(nèi)的地表水主要源于雨水和溝渠水，現(xiàn)場調(diào)查頂管施工線路右側(cè)是南一支六斗溝渠，渠底寬3.0m，深約2.0m，全段為漿砌塊石結(jié)構(gòu)，目前處于過流運行狀態(tài)，對頂管施工降水有一定影響。緊靠溝渠右側(cè)為民印村居住區(qū)范圍、名貴苗木種植園，左側(cè)為密集房屋居住區(qū)。因場地環(huán)境受限，為了不影響交通，降水井布置在薛清路上靠溝渠側(cè)，施工期間24h不間斷降水，保證頂管施工安全問題。勘察時為地下水平水期，初見水位在砂、卵石層中及上部，實測地下水靜止水位埋深為3.0m～3.5m，絕對標(biāo)高在528.30m～528.80m。本區(qū)地下水位年變幅2.0m～3.0m左右。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，該區(qū)豐水期為6～9月份，枯水期為1～3月，其余月份為平水期。含水層的滲透性，據(jù)我公司在新都地區(qū)施工和收集的供水、降水井抽水試驗資料，含水層滲透系數(shù)（K）取20m/d～25m/d。

2.現(xiàn)狀調(diào)查

在人工頂管施工過程中發(fā)現(xiàn)掌子面塌方情況嚴(yán)重，其中在24#—25#頂進至23m上部塌方高度1.5m～1.8m，縱向塌方部分近4.0m，26#—25#頂進至28m上部塌方1.2m～1.4m，縱向塌方部分將近3.0m。脫空分布范圍在靠近降水井處最明顯平均達1.2m以上，一般地質(zhì)情況掌子面脫空仍然有0.6m左右，實際施工揭示該地段掌子面地層砂層厚且卵石粒徑較大，最大粒徑近0.6m(如圖1所示)，自穩(wěn)定性差，在人工掘進掏土過程中極容易引起塌方，嚴(yán)重塌方直接影響掌子面人工掏土工人安全以及自來水管道安全[1]。

圖1 大粒徑砂卵石地層

3.原因分析

（1）砂卵石粒徑較大，級配不良，含砂量少，相互粘聚力減小，極不穩(wěn)定，人工頂管施工使下部懸空，自然大面積塌落。

（2）臨近現(xiàn)狀溝渠，地下水豐富，大粒徑砂卵石地層透水性強，施工階段位于汛期，大大增加了施工難度。

（3）場地環(huán)境特殊，一側(cè)緊靠溝渠，另一側(cè)是大棚范圍，降水作業(yè)靠近工作面，會攜帶大量的砂礫層，影響砂卵石地層級配，導(dǎo)致不穩(wěn)定。

4.施工技術(shù)應(yīng)用

4.1 原理

（1）“地表預(yù)固結(jié)加固”。在軸線掌子面地表鉆孔進行固結(jié)灌漿加固地層，采用縱向間距為1m，固結(jié)灌漿孔沿頂管軸線兩側(cè)各0.3m梅花形布置，孔距縱向間距1.0m，深度為頂管段地面高程至管頂上高程0.2m處。

（2）因為砂卵石地層降水井施工容易造成砂層被抽出，導(dǎo)致降水井周圍地層級配發(fā)生變化，造成地層不穩(wěn)定，本工法在降水井周邊預(yù)加固處理在周圍布置5個注漿孔進行預(yù)固結(jié)灌漿，排距0.3m，孔距1.0m（如圖2所示）[2-3]。

圖2 降水井預(yù)固結(jié)孔位平面圖

4.2 施工工藝

施工準(zhǔn)備→測量放線→鉆孔（掌子面固結(jié)鉆孔、降水井固結(jié)鉆孔）→注漿管安裝→孔口封堵→注漿加固→人工頂管。

4.3 注意事項

4.3.1 鉆孔機械及機具

灌漿鉆孔主要采用阿特拉斯D7地質(zhì)鉆機。

4.3.2 鉆孔孔位、孔向和深度

（1）鉆孔大小φ90mm，孔位與規(guī)定位置的偏差不得大于10cm。

（2）鉆孔深度。從地表鉆孔至距頂管管頂0.2m，鉆孔過程安排專人進行控制，防止破壞管道。

（3）鉆孔順序。灌漿孔的施工應(yīng)按灌漿程序，分序進行。進行鉆孔作業(yè)時，所有鉆孔應(yīng)統(tǒng)一編號，并注明各孔的施工次序。先鉆I序孔，待灌漿6h后后再鉆II序孔。

（4）鉆機安裝應(yīng)平整穩(wěn)固，鉆孔方向應(yīng)按要求確定，鉆孔時必須保證孔向準(zhǔn)確。

4.3.3 注漿管下設(shè)

成孔后進行孔口吹掃，測量孔深，滿足要求后下設(shè)口徑φ50mmPVC注漿管。

4.3.4 孔口封堵

PVC管下設(shè)完成后，及時進行孔口封堵，選用水泥漿進行密封，深度0.5m，填充密實。

4.3.5 注漿加固

（1）預(yù)固結(jié)采用控制性灌漿1:1開灌，灌漿采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，出廠時間不得超過3個月，用NB-1型泥漿比重計控制漿液濃度。

（2）外加劑。在灌漿過程中，遇用特殊情況，可在水泥漿液中摻入早強劑、速凝劑、減水劑、穩(wěn)定劑等批準(zhǔn)的其它外加劑，各種外加劑的質(zhì)量符合DL/T5148和DL/T5100的規(guī)定。

（3）灌漿分序。灌漿應(yīng)按分序加密的原則進行。每排孔分序進行施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

（4）灌漿壓力。壓力0.1MPa，施工時注意觀察壓漿機上的壓力表讀數(shù)防止壓力不穩(wěn)定造成路面開裂或者抬高；當(dāng)出現(xiàn)灌漿壓力或者耗漿量突然增大時，應(yīng)立即查明原因，及時采取相應(yīng)的措施，并報告監(jiān)理工程師。

（5）灌漿機具配置。灌漿泵、立式雙桶儲漿攪拌機等。

（6）灌漿管路連接。按灌漿孔段選定的灌漿方式進行純壓式灌漿管路連接。

（7）灌漿壓力控制。壓力表安裝在灌漿泵和進漿管（循環(huán)式灌漿時安裝在回漿管上）靠近孔口部位，灌漿壓力以孔口回漿管上的表壓力為準(zhǔn)，讀取中值。

（8）封孔。每個灌漿孔全孔灌漿結(jié)束后，及時報請監(jiān)理人進行驗收，驗收合格的灌漿孔才能進行封孔。灌漿孔封孔應(yīng)采用“全孔灌漿封孔法”。

5.效果分析

通過在頂管軸線上地表、降水井附近進行合理布孔，采用水泥漿液進行灌漿加固，有效改善了砂卵石之間的粘聚力，同時有效地改善了砂卵石層的滲透性，施工降排水過程攜帶的砂礫極少，地層塌方得到有效控制，通過現(xiàn)場檢查掌子面最大脫空約0.08m（如表1所示），滿足現(xiàn)場施工[4]。

表1 地表注漿加固效果檢查表

6.結(jié)語

（1）成都地區(qū)具有典型的砂卵石地層，部分地區(qū)卵石粒徑較大、砂層厚，在人工頂管施工前勘察工作很重要，必須全面了解作業(yè)面所處的地理環(huán)境、水文、地質(zhì)條件，必要時施工前做試驗段掌握施工參數(shù)，制定對策，對后期施工有重大意義。

（2）在成都市新都區(qū)新繁鎮(zhèn)南一支五斗等45段黑臭水體治理（二期）尾段WB24-WB47井段783m頂管施工過程中，對于大粒徑砂卵石地層的人工頂管施工，在采用“地面軸線注漿+降水井附近加固注漿”，通過地表預(yù)固結(jié)起到很好的加固穩(wěn)定作用，大大減少了泥掌子面坍塌的可能性，不僅保證了人身安全，同時控制了地面沉降，節(jié)約成本，提高效率。