甌江區域頂管進洞關鍵技術

周 偉

上海市基礎工程集團有限公司

1 引言

甌江（我國強海潮區之一）潮差大，頂管進洞口土層為淤泥粉砂層土，土層含高承壓水，同時由于頂管接收井為拉伸鋼板樁圍護形成，漏水嚴重；頂管在此條件下進洞存在很大的施工風險，對施工管理及技術要求非常高。因此，為保證頂管在此類不利條件下順利進洞，提出了洞口回填沙袋增加覆土厚度、高壓旋噴加固、設置穿墻套管、澆筑前導墻、頂管施工過程控制等組成的頂管工具頭進洞關鍵技術，并成功應用于工程實踐。

2 背景工程概述

2.1 總體工程簡介

本工程位于溫州濱江商務區桃花島片區；污水處理廠排江管改道工程自頂管井穿越甌江路和防洪大堤，頂向甌江中間接收井。工程頂管出洞時由于沒有采取相應的止水措施，導致洞口大量漏水漏沙，地面出現塌方；由于塌方工具頭內涌入大量水泥塊及石塊導致無法轉動；經采取一系列措施后，將工具頭倒拔出來，改換工具頭后頂管順利出洞，并頂至甌江接收井外側。

2.2 接收井概況

接收井位于甌江中心，采用拉森鋼板樁圍護（井壁漏水點較多且井壁外覆土較淺）。頂管工具頭頂進至接收井外側時，需切割較大范圍的鋼板樁進洞。但在對接收井洞圈中心進行開洞觀察時，開洞后水壓力極大且產生流沙，說明頂管工具頭無法在現有條件下順利進洞。

2.3 水文地質條件

工程附近潮汐屬半日潮，一晝夜兩潮，潮高不等現象明顯，潮差大，是我國強海潮區之一。在暴雨、臺風和天文大潮同時出現時，會產生特大高潮位，對海堤的破壞也最大。頂管處地質情況從+4.30m～0.49m 為填土層；0.49m～-1.72m 為含砂淤泥層；-1.72m～-13.80m為含淤泥粉砂層；-13.80m～-26.52m為淤泥層；-26.52m以下為含淤泥粉砂層。

3 頂管進洞存在的問題

3.1 接收井外側土層流失嚴重，頂管管道覆土淺

本工程接收井建成時間已長達3個月，甌江一晝夜兩潮、潮差大、漲落潮時流速快，對接收井長期沖刷，導致接收井外側土體流失嚴重。現場實測井壁外土層標高在-7.9～-5.7m之間比原設計標高-4.8m 有較大幅度的改變。同時高壓旋噴樁加固對砂性土的擾動，使土體在潮汐的作用下大量流失，造成正在施工的高壓旋噴樁成型困難及河床底標高進一步降低，可能使頂管工具頭上浮和影響洞口加固止水效果，影響進洞安全。

3.2 接收井洞口區域已形成固有漏水通道

甌江潮差大，接收井涉及土層有含砂淤泥層、淤泥粉砂層，淤泥粉砂層土含高承壓水；接收井洞口處開洞觀察時，水壓力極大且產生流沙；說明高壓旋噴樁加固質量不到位（接收井加固區進行水平取芯，取芯直徑110mm，深度1.5m～2.0m，經檢測不合格）；洞口加固區已形成漏水通道；同時甌江水深達5m（低潮位）～10m（高潮位），頂管在進洞時，鋼板樁切割后若產生流沙、管涌現象，在高承壓水和甌江水壓力的作用下，漏水通道極易與甌江貫通，將導致整個接收井被甌江淹沒。

3.3 接收井無內襯結構，頂管機進洞無法采取有效止水措施

頂管接收井由拉森鋼板樁圍護，采用三道鋼支撐，井內無內襯結構。一般頂管接收井均設穿墻洞；該接收井無內襯無穿墻洞，導致無法安裝止水法蘭等止水裝置；頂管進洞時，切割鋼板樁范圍大于頂管工具頭外徑，工具頭與鋼板樁間縫隙大，洞門若發生涌水、涌沙，無法進行有效的堵漏。

4 針對甌江區域頂管進洞關鍵技術措施

4.1 接收井前方回填沙袋及增加擋板

在接收井洞口加固區距圍護5m處用30mm鋼板（6×6.2m）進行臨時封擋；封堵完畢后在加固區及加固區外側頂管軸線上下游各5m區域拋填沙袋，拋填厚度為2m。增加擋板及回填沙袋，增加頂管軸線的覆土厚度，避免了頂管軸線上方土體受潮汐影響繼續流失；同時高壓旋噴樁加固對砂性土的擾動時避免土體在潮汐的作用下大量流失，確保高壓旋噴樁成型質量。

4.2 高壓旋噴樁洞口緊密加固

為保證頂管工具頭順利進洞，接收井加固區的質量必須得到保證，且應消除已有的漏水通道。在原加固體范圍上再進行緊密加固；對土體進行改良，提高土體自立性、承載力及洞口止水效果。在接收井洞口外利用現有鋼板樁，搭設施工平臺進行高壓旋噴樁施工；為保證在原加固體上旋噴樁施工質量，原加固區采用引孔機對原加固體進行破碎施工；采用密布引孔法，引孔孔徑為100mm。

（1）高壓旋噴樁技術參數設計：①高壓旋噴樁直徑為Φ600，甌江潮差大且加固地層含高承壓水；加固不到位極易形成漏水通道；為保證加固密實，嚴格控制樁身搭接不小于300mm。②高壓旋噴加固時對砂性土的擾動，土體在水流作用下大量流失，高壓旋噴樁成型困難；因此在加固區增加擋板及回填沙袋的同時，水泥漿液中添加三乙醇胺早強劑（摻量為水泥用量的0.5‰～1‰），進行漿液配比試驗，以便旋噴樁快速成型。③采用強度等級不低于42.5 級普通硅酸鹽水泥（有條件的可采用52.5 級提高早期強度），水泥摻入量不小于25%；漿液水灰比為0.7～1.0，水泥土加固體的28天無側限抗壓強度不低于1.0Mpa。

（2）加固完成后對加固體進行取芯，檢測其加固效果，確保不漏水，必要時進行復打。

4.3 設置穿墻套管、澆筑前導墻及安裝止水法蘭等裝置

在切除鋼板樁后，若發生涌水涌沙現象，洞口周邊無有效支撐，就不能采取有效的止水措施；因此在洞口安裝穿墻套管，穿墻套管與頂管機之間形成有限空間，更加方便堵漏；且穿墻套管外側還可安裝止水法蘭等裝置。

（1）安裝穿墻套管。頂管機外徑為DN2400，頂管機進洞時需切割鋼板樁，綜合考慮設計穿墻套管直徑為DN2800，采用16mm 的鋼板制作；在穿墻套管前方內襯焊接一圈300×350 的3mm 鐵片，該鐵板主要起擋土板的作用，防止頂管進洞時，突然發生涌水涌沙；該擋土板可將沙堵住，爭取堵水的時間；鐵片后安裝6寸軟皮管，起緩沖作用；后面采用8塊5mm的環向鐵板將軟皮管擠壓固定；每塊環向鐵板后采用2 塊8cm×8cm 三角板固定；加工完成后加設八字撐，確保其運輸過程中不變形；運至現場后在接收井內側安裝穿墻套管。

（2）穿墻套管安裝好后，在其周圍澆筑寬約50cm、C35 強度的鋼筋混凝土內襯墻，增加穿墻套管和接收井的整體性；穿墻套管上預留注漿管道，應急情況下壓注聚氨酯或雙液漿，進行洞口堵漏；當頂進結束后也可通過此管路壓入水泥漿填充空隙。

（3）在套管外側安裝止水法蘭；采用止水效果良好的改進型穿墻止水法蘭結構，該結構設計有橡膠圈+牛油盤根止水，并增設擋土板，盤根止水磨損后可進行更換。

4.4 頂管工具頭進洞土壓控制

在工具管距離接收井壁15m左右時，對頂管軸線進行復測，保證工具管順直進入接收井。適當降低工具管正面土壓力，減少頂管對接收井及穿墻管的影響。頂管工具頭進入加固區按加固區頂進要求進行施工，以出土為主，在工具頭距鋼板樁30cm時，停止切削加固土，工具頭泥水倉內回壓膨潤土泥漿，壓力控制在0.12MPa～0.15MPa。

4.5 切割鋼板樁及頂管進洞

（1）頂管前部預留三個注漿孔，頂管頂至加固區時在工具頭內三個壓漿孔向外壓聚氨酯、水泥漿，防止加固區有漏水通道，可及時進行注漿封閉漏水通道；（2）抽空工具頭泥水倉內的泥漿，觀察頭部是否有漏泥沙情況。若有滲漏則繼續壓水泥漿或聚氨酯；（3）在預留穿墻套管內中心位置割斷2 塊長度1m 鋼板樁，清除加固體殘留物，尋找工具頭中心。按工具頭直徑2400+30mm～40mm 進行放樣，切割鋼板樁及時清理其至工作區域外；（4）根據工具頭中心位置與穿墻管位置關系放樣切割臨時止水鋼板及卡碼；（5）工具頭在當天水位最低潮時，進行推進，當工具頭筒體出穿墻洞口200mm時，暫停推進，在工具頭與穿墻洞口之間纏繞臨時止水（棉花胎和2吋皮龍），固定止水鋼板后，工具頭繼續推進。

5 結束語

通過采用洞口回填沙袋增加覆土厚度、高壓旋噴加固、設置穿墻套管、澆筑前導墻、安裝止水法蘭、頂管施工過程控制等組成的頂管進洞施工關鍵技術，安全順利的完成了頂管進洞施工；本工程的順利實施，較好地解決了頂管在江中復雜條件下進洞的施工技術難題，為頂管在類似施工環境下順利進洞提供了新的技術參考。