大直徑超深長距離湖底巖石頂管遇不均勻地質(zhì)夾層施工處理

王寶龍

隨著我國城市規(guī)模的不斷擴展，城市的用電量也不斷增大，在城區(qū)中采用架空高壓輸電給各城市建設(shè)帶來諸多不利因素；我國目前各城市地下綜合管廊的飛速發(fā)展以及非開挖管廊施工工藝的日趨成熟。將架空線路改入地下輸送已成全國各城市的發(fā)展趨勢，采用頂管施工的電力電纜隧道也越來越普遍。受淺地層地質(zhì)復(fù)雜、輸出電量電壓的不同及電纜回路的影響，電力電纜隧道的截面尺寸也不斷增大，頂管機的直徑也不斷增大，適用地質(zhì)范圍不斷擴大。頂管施工占地面積小，在地（水）面以下較深位置施工，對地面及河道影響較小，施工控制可保證地表交通暢通、河道正常通航。在穿越運營線、城市主干道、河流等建筑物時可有效控制沉降、確保地面構(gòu)造物安全；頂管法隧道施工比同管徑的明挖、盾構(gòu)法適應(yīng)性強。

一、引言

巢湖大橋電力電纜隧道工程管段總長度為780m，頂管上覆土埋深為29.7m～33.2m，穿越巢湖裕溪河航道380m，頂管層為中風(fēng)化砂礫層，按照地質(zhì)報告上層分別為強風(fēng)化砂礫巖、卵石、礫石層，地質(zhì)條件非常復(fù)雜。根據(jù)地質(zhì)報告頂管機的選型、施工技術(shù)及施工中存在的問題及對策進行研究是非常重要的。

二、問題產(chǎn)生原因

按照地質(zhì)報告及設(shè)計文件頂管層位于第⑦層中風(fēng)化砂礫巖層，巖芯較完整，呈長柱狀，屬軟巖，巖石基本質(zhì)量等級為IV類，該層在場地內(nèi)分布普遍。按照要求在本地層施工，施工難度相對來說較小。從現(xiàn)場實際情況也能看出掌子面前端較為完整。但在施工至108節(jié)（至始發(fā)井約500m位置）湖底下方時，地質(zhì)發(fā)生變化，中風(fēng)化砂礫巖層標高下降，卵石及礫石層下侵至頂管層，出現(xiàn)約3-5m的涌沙層。由于為減小頂管阻力，使頂管順利進行，頂管管壁與頂管機形成的孔道每邊有2.5cm的縫隙，卵石及礫石層為松散涌沙層，不能形成固結(jié)，沙礫將跟隨頂管前進，將頂管管壁與頂管機形成的孔道每邊有2.5cm的縫隙全部堵死。致使始發(fā)端頂力驟增，根據(jù)現(xiàn)場實際頂進記錄，頂進5根管節(jié)頂力就由1600t升至2100t（設(shè)計頂力3000t），如繼續(xù)施工頂力持續(xù)增加，可能將對混凝土管節(jié)造成損傷，將造成不可挽回的事故。

三、坍塌具體位置確定

圖1 縱斷面剖面圖

由于此坍塌位置正處于巢湖湖底，且為航道中心，采用水面下套管地質(zhì)勘探難度較大、且費用較高。如采用從管道內(nèi)壁向外采用超聲波探測，根據(jù)專家及地勘單位意見，砂礫卵石層與中風(fēng)化砂礫巖層從波形圖中無法辨認，所以做超聲波地質(zhì)探測無實質(zhì)意義。

經(jīng)討論確定方案為在管壁內(nèi)測通過打試探孔方式，最后經(jīng)過在管壁外側(cè)鉆3個孔，確定地層情況及坍塌范圍為106節(jié)～108節(jié)位置。

圖2 頂管俯視圖

四、處理方案比選

此坍塌位置正處于巢湖湖底，且為航道中心，所以自水面上端往下處理難度較大，不到萬不得已，不采用此種處理方式。

如想使頂管順利進行，必須將下坍卵石及礫石松散涌沙層進行固結(jié)，使之不再坍塌，但如采用注水泥漿后其他固結(jié)材料，雖可使涌沙層固結(jié)，但也可能使固結(jié)材料與混凝土頂管固結(jié)，使前端頂管徹底抱死。所以此種方式風(fēng)險極高，不建議采用。最終確定方案為管道內(nèi)壁開孔，壓入無強度填充物。

五、具體處理方案

1.管壁內(nèi)側(cè)開孔

通過在管壁內(nèi)側(cè)打探孔方式確定好坍塌位置，在坍塌位置管壁開孔，開孔具體為坍塌范圍管節(jié)每節(jié)管頂端及兩側(cè)使用水鉆各開一個2寸圓孔，在管節(jié)底端開兩個4寸沖砂孔。為不破壞管節(jié)整體受力，在滿足壓泥及沖沙，正常能頂進的情況下，盡量少開孔，孔位置和數(shù)量根據(jù)塌方沙層的位置可進行調(diào)整。注意開孔前，必須先泄壓，每個孔必須安裝球閥，以控制地下水。

2.高壓水沖刷管壁

為保證處理效果，首先采用高壓水通過管節(jié)頂部及兩側(cè)開孔注入，將管壁外側(cè)涌砂通過管壁下端開孔沖出，直至下端出渣孔，無沙礫噴出為止。

3.壓入膨潤土及黃油

將膨潤土參水攪拌，攪拌成泥狀，保證坍落度在20-22cm。使用高壓壓漿機將攪拌好的泥狀膨潤土通過管壁開孔壓入，出氣孔安裝球閥放氣。直至出漿孔有泥狀物冒出且壓漿機壓力表大于2MPa為止。使管壁外側(cè)2.5cm縫隙全部充滿無強度膨潤土，將涌沙層進行封堵，在通過注漿口注入黃油減少管壁周圍摩阻力，此措施直至頂管全部貫通結(jié)束。

4.頂進

通過此處理措施頂管頂力不再有明顯增加現(xiàn)象，頂力一直保持在2100t（設(shè)計3000t）上下浮動，頂管可以正常頂進，壓入膨潤土及黃油停止，頂管正常頂進。

六、結(jié)語

通過理論分析, 結(jié)合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，本方案用于處理在頂管施工過程中由于出現(xiàn)卵石、礫石層侵入頂管層，致使頂管管壁外側(cè)與頂管管道間2.5cm空隙被坍塌卵石、礫石、涌砂填充，致使管節(jié)抱死，頂力驟增且不具備從管壁外側(cè)處理條件等問題。

本方案的原理為在頂管壁內(nèi)側(cè)開孔，向孔內(nèi)充入高壓水，將管壁周圍涌砂沖刷干凈，在管壁下端開孔排除，然后注入無強度膨潤土，使管壁外側(cè)2.5cm縫隙全部充滿無強度膨潤土，將涌沙層進行封堵，在通過注漿口注入黃油減少管壁周圍摩阻力，此措施直至頂管全部貫通結(jié)束。頂管頂進力與工程地質(zhì)條件和施工狀態(tài)等因素有直接關(guān)系且影響較大，在設(shè)計和施工中應(yīng)在合理預(yù)估總頂力的前提下保證工程的安全性和經(jīng)濟性。