浅析袖阀管联合高压旋喷注浆在顶管施工降水中的应用

2015-11-30黄海松段腾腾明道轩

城市道桥与防洪 2015年11期

关键词：袖阀井点顶管

黄海松，段腾腾，明道轩

(1.苏交科集团股份有限公司，江苏南京 210017;2. 武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430023)

浅析袖阀管联合高压旋喷注浆在顶管施工降水中的应用

黄海松1，段腾腾1，明道轩2

(1.苏交科集团股份有限公司，江苏南京 210017;2. 武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430023)

顶管技术作为一种非开挖掘进式管道施工技术，以其不影响地面交通的优势在市政工程中被广泛采用，但人工掘进式顶管技术在实际工程应用中会遇到各类问题。结合某工程实例，根据工程项目的特点，在进行轻型井点降水设计中，采用了袖阀管注浆联合高压旋喷注浆的止水帷幕方法，为雨水管顶管顺利施工提供保障，以期为在类似工程设计与施工提供一定的参考价值。

市政工程;人工顶管施工;轻型井点降水;袖阀管注浆;高压旋喷注浆

0 引言

随着城市建设步伐的加快，各种市政管线在地下纵横交错、层叠密布，地面上的市政建筑也越来越多，城区内开挖施工导致道路质量变差、破坏环境、施工成本高，同时给人们的工作生活、社会经济带来极大的影响。在此背景下，顶管技术以其非开挖掘进式管道铺设的优势在城市排水管网建设中得到广泛采用。

然而人工掘进式顶管技术具有作坑尺寸较小，结构工求不高，造价较低等特点，在实际工程应用中难免遇到作业坑坍塌、涌水等问题。本文建立在国内既有的研究成果[1-5]及某交叉口环形改造工程的基础上，结合工程项目的特点，采用袖阀管注浆联合高压旋喷注浆的止水帷幕方法，进行轻型井点降水设计，为雨水管顶管顺利施工提供保障，以期为在类似工程提供一定的技术参考价值。

1 工程概况

某环形交叉口改造工程中，由于雨水管铺设采用人工掘进式顶管，管材为DRC，Y-8为顶管接收井，Y-5为顶管工作井，其中，Y-5顶管工作井至Y-8顶管接收井为一根DN1200钢筋混凝土管，Y-5顶管工作井至Y-6检查井为两根DN1200钢筋混凝土管，具体详见雨水管线平面布置图。在施工过程中，顶管由Y-5工作井预留洞口开始Y-6检查井顶进，在第一节2 m管顶进时，管顶土体快速坍塌涌入管内，此时管内渗水增大，顶管封管暂停。

图1 雨水管线平面布置图

根据该改造工程地质勘察(详细)报告土层揭示，第一层素填土(Q4ml):灰黄色，以黏性土为主，局部具少量碎石、混凝土块及植物根系等，湿，松散。场区普遍分布，平均厚度1.46 m;层底平均标高9.34 m;层底平均埋深1.46 m。地基承载力基本容许值[fa0]为75 kPa，桩周土侧阻力特征值qsi为5 kPa。

第二层淤泥质粉质黏土(Q4al):灰色，局部为淤泥质黏土，层理明显，具云母碎屑，夹粉土薄层，切面稍光滑，干强度中等，韧性中低等，高压缩性，流塑。场区普遍分布，平均厚度5.58 m;层底标高: 3.52～4.11 m，平均3.76 m;层底埋深:6.70～7.30 m，平均7.04 m。地基承载力基本容许值[fa0]为70 kPa，桩周土侧阻力特征值qsi为6 kPa。

第三层残积土(Q2el):黄褐色，原岩结构已基本破坏，具氧化铁斑纹，局部见原岩碎屑，中低压缩性，中密。场区普遍分布，平均厚度0.52 m;层底平均标高3.24 m;层底平均埋深7.56 m。地基承载力基本容许值[fa0]为220 kPa，桩周土侧阻力特征值qsi为18 kPa。

第四层强风化泥质粉砂岩(KP):紫红色，风化强烈呈砂土状，手捏易碎，遇水易软化，为极软岩，破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，取芯率较低。该层未穿透。

表1 物理力学参数表

2 问题分析

参考勘察详细报告，结合现场情况，初步得出管道位置为第二层淤泥质粉质黏土层，场区地下水类型主要为孔隙潜水，稳定水位埋深平均值为1.4 m，水质无腐蚀性。

(1)地质勘察报告

不难发现，本工程的岩土工程报告(详勘)滞后于施工图设计，否则作为有经验的施工方，在未降水措施下不会选用人工掘进式顶管施工方案，即施工方针对工程特点、环境条件，应采取适宜的作业方法、施工机具等措施确保顶管安全施工。同时勘察报告未揭示顶管处雨水线位的土层地质情况，仅是对环形交叉口处的地质工程条件进行钻探，但其结果不能反映顶管处雨水线位土层的真实地质状况。

(2)专项施工方案编制与论证

根据《危险性较大的分项分部工程安全管理办法》[6]知，顶管施工技术纳入需要专家论证的工程范围。通过认真准备施工前的专项施工方案及专家论证，基本上可以提前发现在设计与施工过程中可能存在的问题，以便杜绝或减小施工过程中出现的安全问题。

(3)顶管工艺

顶管工艺的选择，往往考虑场地周边环境、工程地质条件、技术可行、经济合理等几方面。如图2，人工掘进式顶管施工有着土方开挖量少(指工作坑和接收坑)，对交通影响小;建设公害少、文明施工程度高;工期短;在覆土深度大的情况下较为经济等优势。但也有着劳动强度大，施工安全性差，易造成地面下沉，效率较低，需全面降水等缺点。

图2 建筑物、勘探点与顶管雨水线位图

3 处理方案

基于以上存在的问题及分析，本项目处理方案的设计思路为:为减小或避免因不均匀沉降所导致周边建筑物和路面的破坏，先在一定的范围内形成止水帷幕，再进行降水，即对管顶、管侧以及因沉井下沉时受扰动的沉井外等处土体进行防渗固结处理，然后再进行顶管施工。

根据该工程技术环境(水文、地质、气象等)、工程周边环境(如邻近建筑物密集、地下管线复杂)，渗透系数比较小，采用降水应用最为广泛的轻型井点，止水帷幕之外的人行道区域采用袖阀管注浆，止水帷幕采用高压旋喷注浆。

轻型井点降水是在顶管施工前根据水文地质资料，预先在施工范围埋设一定数量的滤水管，在人工开挖前及开挖过程中利用真空原理，不断抽出地下水，迫使水位降到管底以下，达到土层密实，便于安全施工的目的。

袖阀管注浆是将袖阀式注浆管通过钻孔下入地层，采用分段注浆工艺，使浆液在压力条件下，较均匀地进入地层，以达到浆液在地层中分段可控、均匀扩散的目的，其成熟、先进的注浆工艺，被广泛应用于加固防渗的工程中。

高压喷射注浆法常用于建筑物地基处理中，是加固与改良地基土的一种方法，目的是提高地基强度或用于施工过程充当止水帷幕作用，具有设备振动小、噪音小、对邻近建筑物影响小等施工优点而被广泛采用。

3.1 注浆处理

根据该工程地质情况和场地实际现状(如工作作业面窄、市区、邻近交叉口等)，采用分区进行不同注浆处理方式，即以人行道外侧道路边缘线为界，对其左右侧分别采用不同的注浆固结处理措施(详见图3)。

图3 处置方案平面布置图

(1)袖阀管注浆处理(穿越管线)

人行道边缘线左侧至工作井外边缘处，因各种管线分布较多，探查明确各类管位后尽可能“见缝插针”，采用孔径较小的袖阀管注浆方式，以便封堵非机动车道和人行道管线下的渗水通道。

(2)高压旋喷双液浆注浆处理

人行道边缘线右侧分别沿着人行道外边缘线、φ1.2 m顶管(北侧)外边缘2 m位置、南侧顶管外边缘1 m位置采用单管法高压旋喷注浆方式，形成封闭式的止水帷幕，阻截可能存在的地下水流。

3.2 轻型井点降水

在施工范围内进行轻型井点降水(井点间距为3 m)，将顶管工作范围内的地下水位降至管底以下0.5 m处，然后再进行顶管施工。具体详见图三处置方案平面布置图。

3.3 技术参数

无论旋喷注浆，还是袖阀管，管长均须穿透淤泥质粉质黏土，至残积土(黄褐色)面，尽可能的形成天然隔水帷幕。

3.3.1 袖阀管双液浆(水泥—水玻璃)

钻孔孔径91 mm，成桩直径0.7 m，设计布孔间距0.4 m，帷幕交圈厚度0.5 m，水泥浆水灰比: 1∶1，水泥浆、水玻璃比:1∶1(体积比)，水玻璃浓度: 37～39 Be，注浆压力控制在0.5～1.5 MPa，替身高度控制在30～50 cm，初凝试件60～180 s，终凝时间1～2 h。总桩数130根。

3.3.2 高压旋喷注浆

(1)泵压:30 MPa，气压:0.7 MPa;

(2)水灰比:0.6，要求掺入3%水玻璃，钻杆提速:15 cm/min;

(3)选用普通硅酸盐水泥(42.5号)作为浆体材料，水泥用量不小于250 kg/m，桩径600，搭接长度0.2 m，相邻两桩施工间隔时间不小于48 h。

3.3.3 轻型井点降水

为了总管接近地下水位，现场若有条件，宜挖去表层土0.5 m。根据经验及计算，总管长度L为15 m，降水平均深度S1为4 m，井管长度为6.4 m，直径50 mm，滤管长1 m。井点管外露地面0.2 m，埋入土中5.2 m，附合埋深要求。抽水设备根据所需真空度、扬程及流量参数进行选用。填料须用粗砂，在井点管四周均匀分层填灌，距地表1 m处须用粘土封口，以防漏气。顶管施工完成后，方可拆除井点系统，所留孔洞用砂土填实。在降水过程中，为了避免引起周边建筑物产生不均匀沉降，可采用回灌井点法，即尽可能地确保地下水抽吸平衡。

3.3 试桩

(1)按设计要求对成桩直径、桩体搭接情况及注浆量等进行质量检查，根据地层和桩体质量检查情况，适当调整注浆工艺参数，以确保施工质量。

(2)井点系统安装完毕后，应进行气试抽，以检查系统有无漏气，切忌不能停抽。

3.4 沉降与位移观察

为确保工程的施工安全，在整个工程施工过程中，要求对路面、建筑沉降进行观察、记录、一旦出现异常情况时，必须减慢施工速度或停止施工，待稳定后才能重新施工。

需要注意的是，管线具体位置尚不明确，须事先对地下埋设物及管线网进行全面的、历史的调查，提取档案资料调查地下埋设物及管线的分布情况，杜绝施工期间可能发生的各种隐患显得尤为重要。