大型沉管預制場止水系統關鍵技術的應用

張立光 ，張友畢 ，王國成

（1.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083；2.天津市水下隧道建設與運維技術企業重點實驗室，天津 300461；3.大連市建設工程質量與安全監督服務中心，遼寧 大連 116033）

0 引言

大連灣海底隧道建設工程沉管預制場止水系統為本工程施工關鍵點之一。沉管預制場塢壁+臨時圍堰形成止水閉合，其中塢壁止水采用咬合式樁+帷幕灌漿，臨時圍堰采用鋼板樁+旋噴樁+帷幕灌漿，且均在不同的地質中分別進行施工，它們的止水閉合情況直接影響著工程止水質量，是沉管預制場止水系統最關鍵的工序。

1 工藝流程及原理

1.1 咬合樁

本工程咬合樁分為兩種功能，一種是作為止水樁，采用全素咬合樁，I 序樁為塑性混凝土，II序樁為C20 混凝土；另一種是支護兼止水樁，采用葷素咬合樁，I 序樁為塑性混凝土，II 序樁為C35 混凝土葷樁。

施工工藝包括導向槽布置、鉆機就位、護筒下放、地面監測、孔內監測、混凝土灌注[1-2]。首節護筒垂直度達到0.2%以內，其余節護筒垂直度達到0.3%以內，在地面距離護筒中心5 m 圓周內，設置2 個觀測點，這2 個觀測點與圓心連線形成的半徑相互垂直。發現有偏差，及時調節護筒垂直度。

1.2 帷幕灌漿

帷幕灌漿包括孔位布置、鉆孔、沖洗孔、壓水試驗、灌漿壓力確定、灌漿、灌漿孔封孔[3-5]。

每段在灌漿前，需對先導孔進行壓水試驗，通過壓水試驗，了解地層的滲透情況，為灌漿施工參數提供參考。灌漿結束標準為在規定的壓力下，吸漿率小于1 L/min 時，延續灌注30 min 結束灌漿[6]。

1.3 旋噴樁

旋噴樁采用二重管法施工。

鉆機就位：鉆機平置于牢固堅實的地方，基本就位后，調平安穩，將鉆桿軸線對準樁位，用水平尺和定位錘球校準樁機。

鉆機鉆進：采用直接打管鉆進，防止噴嘴被堵塞，鉆機邊射水邊鉆進，鉆頭需鉆進至巖面以下，以保證噴嘴在巖面進行噴漿。

旋噴提升噴漿：噴管打入孔底后，啟動高壓注漿泵送漿，啟動空壓機送風，通過在管底部側面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴射出高壓漿液和空氣，用二種介質的噴射流來沖擊切割土體。

2 施工關鍵技術應用

2.1 咬合樁施工

1）導墻施工的質量控制

導墻施工是鉆孔咬合樁施工的第一步，主要目的在于保證咬合樁定位的精準性，確保鉆孔平穩。施工前應根據施工設計和鉆機尺寸的要求，在樁頂設計混凝土導墻，導墻上定位孔直徑比樁大20 mm，孔口定位誤差允許值：q=±10 mm。

平整場地、根據設計圖紙測放樁位、樁位放樣線符合要求后人工進行導槽開挖，然后將中心線引入溝槽下，確保導墻中心線無誤，并控制模板施工（見圖1）。導槽施工結束后依次進行鋼筋綁扎、模板施工、混凝土澆筑施工。混凝土澆筑完12 h 內覆蓋并進行養護，為避免導墻受壓變形，禁止在導墻上放置重物。

圖1 導向槽施工Fig.1 Guide groove construction

2）單樁施工的質量控制

導墻施工完畢之后，導墻中心誤差定位不超過20 mm，強度達到要求后，定位排樁中心，將套管鉆機抱管器中心對準導墻孔位中心。對位之后安裝第1 節套管（長度6～8 m），邊取土邊下壓套管，施工中要準確計算套管入土深度，確保入土深度至少比設計孔深大20 cm。為了保證樁底有足夠的咬合量，還須檢測成孔垂直度，主要有地面監測和測環檢查這2 種方式。地面監測是對位于地面以上的套管外壁進行垂直度檢查，可以在地面選擇2 個相互垂直的方向，用線錘或測斜儀進行校核，并使用互相垂直的2 臺經緯儀復核，發現偏差及時糾正。每節套管壓完之后，要注意暫停施工，用測環對孔內垂直度進行檢查，檢測合格后安裝第2 節套管繼續施工。

咬合樁樁長 10～20 m，1 000 mm@250 mm 進行布置。施工過程中咬合樁施工垂直度控制在2/1 000 以內，成孔后咬合樁垂直度均可控制在3/1 000 以內。

2.2 止水帷幕施工

因現場地質條件復雜，溶巖裂縫發育，止水帷幕現場施工中遇到較多特殊情況，為保證施工質量，現場針對不同地質情況采取了不同的施工方法進行處理。

1） 串漿

如灌漿過程中發生串漿，立即阻塞串漿孔，待灌漿孔灌漿結束后。再對串漿孔進行掃孔、沖洗，而后繼續鉆進或灌漿。如注入率不大，且串漿孔具備灌漿條件，使用2 臺灌漿泵，同時灌注這2 個孔位。

2）冒漿、漏漿

灌漿過程發現冒漿、漏漿時，根據現場實際情況采用低壓、濃漿、間歇、待凝等方法處理。

3）灌漿因故中斷

①應盡快恢復灌漿，否則應立即沖洗鉆孔，再恢復灌漿。若無法沖洗或沖洗無效，則應進行掃孔，再恢復灌漿。

②恢復灌漿時，應使用開灌比級的水泥漿進行灌注，如注入率與中斷前相近，即可采用中斷前水泥漿的比級繼續灌注；如注入率較中斷前減小較多，應逐級加濃漿液繼續灌注；如注入率較中斷前減小很多，且在短時間內停止吸漿，則應采取補救措施。

4）鉆孔過程中孔口涌水

灌漿前記錄好涌水壓力和涌水流量，根據實際涌水情況進行判斷，采取自上而下分段灌漿，同時提高灌漿壓力，灌注濃漿，待凝，然后再進行灌漿施工。

5）溶洞、灌漿段注入量大而難以結束

①溶洞內無充填物時，根據溶洞大小和地下水活動程度，可泵入高流態混凝土或水泥砂漿，或投入級配骨料再灌注水泥砂漿、混合漿液、膏狀漿液，或進行模袋灌漿等。

②洞內有充填物時，根據充填物類型、特征以及充填程度，可采用高壓灌漿。

灌漿孔段遇特殊情況時，無論采用何種措施進行處理，應做好現場記錄，其復灌前均應進行掃孔，復灌后應達到規定的結束條件。

2.3 旋噴樁

圍堰止水采用鋼板樁+旋噴樁+帷幕管灌漿施工工藝，圍堰為海內回填料，受海水潮位變化的影響，旋噴樁施工過程中成樁難度較大，為保證成樁效果，水泥漿中增加水玻璃，加快水泥漿的凝固，保證成樁質量。

圍堰止水部位回填石料要求較高，施工時應嚴格按設計要求控制石料規格，最大粒徑不大于10 cm，同時因巖面的起伏導致頂部鋼板樁底標高不統一，導致旋噴樁施工時標高變化較大，鋼板樁標高不同區域旋噴樁應保證搭接長度，施工時應嚴格控制旋噴樁的提升速度等相關施工要求，確保旋噴成樁范圍，避免旋噴樁與鋼板樁間存在漏水點[7-8]。

3 應用效果

本次止水體系的銜接、轉換及止水效果均滿足現場使用及設計要求，在塢口止水及圍堰止水施工完成后，進行內部注水，對塢口止水效果進行檢驗，同時在不同位置設置監測點，通過注水試驗監測，塢口止水效果滿足施工要求。

沉管預制場內止水體系咬合樁主要為塑性混凝土，樁體檢測滿足要求。塑性混凝土樁體滲透性檢測情況：塑性混凝土滲透系數2.12×10-7cm/s，咬合塊的塑性混凝土滲透系數為1.38×10-7cm/s。塑性混凝土劈裂抗拉強度0.44 MPa，彈性模量461 MPa，重度20.9 kN/m3，均滿足設計要求。

為提高施工效率，在現有設備配置情況下，止水咬合樁I 序樁采用塑性混凝土施工，改軟咬合為硬咬合，I 序樁施工完成7 d 后再進行Ⅱ序樁施工，此時塑性混凝土已凝固，無需考慮管涌，護筒不再需要入巖，提高了單樁施工效率，且塑性混凝土強度僅為1～3 MPa，采用搓管機也能切割I 序樁，使得Ⅱ序樁施工不再依賴全回轉鉆機。

目前大連灣海底隧道沉管預制場已應用，同時已完成多次沉管的出塢及關閉，運轉正常，使用效果良好。

4 結語

大連灣海底隧道建設工程沉管預制場止水系統咬合樁、帷幕灌漿及旋噴樁三大單元的結合，作為止水系統的應用，根據施工地址情況及結構建筑的特征，進一步驗證了止水系統的可靠性，確定了不同地質情況的不同工藝及參數，對后續類似工程施工具有一定的借鑒作用。