巖石、流砂地段頂管施工技術探索

摘要：擬建污水沉井及頂管位處巖石、流砂地段，在地勘與現場實際不符的情況下，本文結合工程實際，探索該地段地質條件下的施工、安全、技術措施，為后期施工提供借鑒與參考。

關鍵詞：巖石、流砂地段;泥水平衡;頂管;支護措施

1工程概況

本工程共有6座污水沉井，分別為3座接收井（W198、W200、W202）和3座工作井（W197、W199、W201）。其中W197、W201、W202污水沉井頂管周邊為農田，地勢較開闊;W198、W199、W200污水沉井頂管分別緊鄰小區和電力鐵塔基礎。鄰近的小區房屋為7層磚混結構，條形基礎，沉井距房屋最近距離12m，頂管距房屋最近距離7.67m。電力鐵塔為110kv電力鐵塔，混凝土擴大基礎，沉井距鐵塔基礎最近距離7.51m。頂管距鐵塔基礎最近距離4.8m。沉井平均下沉深度11m，頂管深度約10m，本工程頂管之間主要位于1-2地質層中，該地質層主要為淤泥質粉質粘土：灰色，軟塑-流塑，高孔隙比，高壓縮性，局部混粉砂。推薦地基土承載力基本容許值[fao]=80kPa。

頂管直徑有D2000和D2600，均采用泥水平衡法施工。其平面布置詳見圖1。

2 W198-W199段頂管施工

2.1 施工情況

W198-W199段頂管為D2000，長84m，設5‰縱坡，2天頂進24m后，頂管壓力突然增大，之后頂進速度驟減，再次頂進約2m，現場暫停頂進，查找問題，結合本工程W197沉井下沉遇有強風化泥巖，預判頂管前方出現巖層。本工程鄰標也出現類似情況。最后項目部決定繼續頂進，在巖、土交融斷面繼續頂進34m后，頂管機頭重新進入淤泥質土中，繼續頂進至距離沉井約4m時，發現鄰近的小區地面道路開始塌陷。塌陷位置為距離W198沉井邊4m-58m管道正上方（向W199方向），寬度范圍約5m，平均深度0.8m。

2.2 原因初步分析

按照地勘報告頂管所經地層主要為流塑-軟塑狀粉質粘土（局部淤泥質粉質粘土），但現場實際地層情況與地勘報告差異較大，初步原因分析頂管遇有強風化巖停止頂進后，泥水平衡頂管后方油頂壓力不足并有短暫的停止加壓，造成頂管機頭內外壓力失去平衡，在地下動水壓力作用下，該土顆粒即隨水流動形成流砂進入管道內，導致管體外土層被掏空、管道失去承載力，發生本段管道上方34m長的沉陷、頂面路面塌陷。

同時，巖石段頂管施工周期較長，該段頂管管節之間有流砂填充，使管節之間縫隙沒有充分密貼，繼續頂進時，本段頂管隨頂管機頭繼續向前穿越，重新處于流砂地段，繼續漏水流砂。

綜上所述，使得塌陷位置為距離W198沉井邊4m-58m（向W199方向）。

2.3 應急處理

為防止地面沉降繼續發展造成影響擴大，項目部及時在頂管周圍產生沉降區域進行了注水泥漿加固。水泥漿水泥摻量40%，內摻膨潤土，摻量3%，膨潤土先采用攪拌桶制成泥漿;同時采用外摻劑水玻璃經行雙液噴漿，水玻璃摻量7%，內管水泥漿壓力30MPa，外管水玻璃壓力2MPa。

3 W199-W200段頂管施工

W198-W199段頂管施工結束后，后續將進行的W199-W200段頂管施工，同樣毗鄰小區側，地質情況通過W198-W199段頂管施工情況預判可能還會出現。由于地勘與現場實際差異較大，頂管能否順利安全完成，有待研究和重新考慮方案。

3.1 W199-W200段頂管支護方案分析及選擇

在原施工圖設計中，W199-W200段頂管距離附近小區較近，在小區側設計采用單排φ800mm鉆孔樁支護，樁間空隙較大，且鉆孔樁與沉井間沒有封閉。根據W198-W199頂管施工所遇情況分析，W199-W200段頂管施工，也極有可能出現漏水漏砂，甚至引起小區地面沉陷。

本段頂管施工前，需對小區側采取支護措施，防止小區樓房沉降。項目部擬定了另兩個支護方案：

方案一：小區側在鉆孔樁支護的基礎上，再采取單排高壓旋噴樁φ600@400止水。

方案二：小區側采用15m長拉森鋼板樁支護與止水，部分位置配合高壓旋噴樁全封閉。

經過分析論證，方案一，施工周期長，施工費用大;方案二，施工周期短、施工費用小，但頂管期間的風險較方案一高。兩種方案討論后，推薦方案一，上報相關參見單位同意后組織了實施。

3.2 W199-W200段頂管實施情況

（1）在W199-W200頂管外側采用15m長拉森鋼板樁進行保護，拉森鋼板樁距離樓房距離最近約為5.45m，頂管管中距離樓房距離最近約為7.65m，鋼板樁距離頂管外壁為1m。詳見圖2。

（2）為防止鋼板樁插打振動對周邊房屋的影響，鋼板樁打設前采取了引孔措施，同時鋼板樁身刷涂減阻劑，防止拔除時阻力過大，導致振動較大，影響房屋安全。

（3）對鋼板樁與兩沉井相接處，各施打3根φ60cm高壓旋噴樁封頭樁。

（4） 旋噴樁養護三天后，該段頂管始發，3日后順利完成了頂管頂進。

（5）頂管完成后，對鋼板樁拔除，并及時對空隙進行水泥漿回灌處理。

（6）對小區樓房及周邊布設的10個沉降觀測點不間斷觀測，觀測由8月1日沉井下沉時開始，至頂管結束后一個月的10月7日。8～9月份沉井期間、8～10月份累計變化的觀測數據見圖3。

根據監測數據顯示，最大沉降量為4mm，保證了施工期間附近居民小區的安全穩定。

4 小結

本工程多種不良地質情況綜合影響下的頂管施工難度、安全隱患極大，有效的預判及預控措施顯得尤為關鍵，但以此作為平臺，探索該地段地質條件下的施工、安全、技術，為后期施工提供借鑒與參考。

（1）巖石地段一般不適合施做頂管。因為該處施工費用投入極大，需要設計單位充分調查現場情況，前期地勘位置不準確時，應在實施前補充勘探，發現問題應及時調整管道路線。

（2）流砂地段的沉井周邊止水帷幕及頂管管口地基加固樁一定要做好。頂管管口存在漏水漏砂現象，在頂管施工時同樣如此，同時，周邊更有小區、重載道路綜合影響，安全壓力極大，這就需要在后期做大量的修補止漏工作。

（3）地質預報（或物探）與施工經費投入是施工安全的保障。本案例中小區側的鋼板樁支護的雖也是成功的，但在施工經費及施工工期充足的情況下，可考慮采用高壓旋噴樁徹底固化，此方案則更加安全，這在本項目的W197-W198段頂管（其穿越既有重載道路，在地層中穿越巖層，進入流砂層，再至沉井。在頂管施工前，對該段頂管中心兩側3.5m范圍采取了高壓旋噴樁徹底固化方案，固化高度為路面至頂管底5m，起到了支護與止水的雙重作用。）得到了很好的印證，但在本文中不再體現。

（作者單位：江蘇雷威建設工程有限公司）

作者簡介：王友，199005，本科，工程師，南京市中山北路333號，13155288871。