顶管工程施工中的止水与防渗漏技术

杨明勇，孙前金

（中交二航局第三工程有限公司，江苏 镇江 212000）

1 工程概况

此项目在马来西亚的吉隆坡市，属于当地市一级政府施政污水管网改造并新建工程的一小部分。此工程中的业主单位是马来西亚政府下属的绿色工艺和能源环保部和水务部下设的污水处理服务部。中交二航局第三工程有限公司是此工程中的分包商，并中标P2标段，主要负责D43标南区的顶管施工。

D34标段的南区中涉及约21.8km的排水管线，其中包括约18km长的顶管、271座顶管接收井和工作井、3.8km长的开挖埋管、268座钢筋混凝土人孔以及其他与改造和新建管网有关联的配套工程。

2 工程难点

①在此市政新建改造工程中，本标段的工程量最大，顶管的线路最长，投入的人力和物力最多，同时也拥有相对较长的工期。

②此标段中地下水含量非常丰富且水位较高，对于整个施工过程中的防水措施要求相对较高。

③涉及到繁多的管径种类，本标段当中共涉及10种管径，设备配备的种类较多，各方面的成本投入相对较大。

④本标段拥有复杂且多变的地质状况，顶管需要穿过的土层不仅涉及软土层，还有很多种类的岩石层。所以，高配置的顶管设备才能更好地对各种地质条件进行很好的适应。

⑤本标段的顶管还需要穿过大型立交桥、桥梁、河流以及市政的其他管线，所以需要对施工措施进行严密安排。

3 接收井和工作井的防渗抗水

3.1 钢板桩法

钢板桩对接拟采用二节钢板桩为一组对接时，要确保每一组钢板桩的宽度相等，且锁口位置保持平行和平直，没有任何扭曲，钢板桩没有出现突变和弯曲。在开始焊接工作前，需要用砂轮机将坡口两侧20mm宽、角焊缝在焊接宽度方向两侧20mm宽以及焊接坡口位置内的水分、泥土、氧化物等清理干净。在进行沉桩作业时，要保证钢板桩处于平直的状态，没有扭曲、倾斜等现象出现，同时还要保证施工的精度和板桩镶接的密实程度，避免出现渗水。对碎石层进行铺筑时，需要先确定井底内部没有翻浆、流沙和积水。碎石层的铺筑要保证平整，厚度保持在20cm左右，如果不放心铺筑层的平整度，可使用水平仪进行测量和抄平。在最低处用直径300×500mm的钢管作集水坑，钢管一段用钢板封死，从距开口端100mm处到封口端在管上均匀钻直径10mm的孔。安装钢管时，开口端向上，露出碎石层10mm，放入潜水泵抽水，待水位降至碎石层表面以下，可以开始浇筑地板混凝土，在浇筑过程中要专人看管潜水泵，保证水面不会高于碎石层表面，一直到混凝土初凝，表面能站人后才能停水泵。

3.2 预制沉井法

①按照测量放出的沉井的位置，挖掘第一层的沉井土方的深度为600mm，挖掘完成后对第一层的预制沉井进行安装。对第一层的沉井做刃脚处理，然后再进行井壁的切割做钢刃脚或者斜口刃脚的结构形式，其中刃脚的设计高度为30cm，踏面宽15cm。图1是预制沉井的平面图。②当安装完第一层沉井后，需要继续向下挖土，下沉第一层沉井到比第一层设计标准高度略低的位置，放置由空调保温管制成的密封圈，然后将第二层预制沉井安装完成，两节之间用钢板通过钢板和膨胀螺丝固定连接，连接钢板尺寸为200×500×10mm，圆周方向≥4处连接。③继续向下挖掘第二层沉井的土方，然后重复第一步和第二步，直到达到沉井的设计标高。④对底板和混凝土基础进行施工。

图1 预制沉井的平面图

4 管线顶进过程中的防渗漏和止水

4.1 顶管出洞

第一节管子和顶管机从工作井当中破出洞口钢板桩的封门后进入到土体之中，然后再到开始正常预顶管之前的整个过程就是所谓的顶管出洞，一般而言，顶管出洞是顶管中最为关键的工序，当然也是最容易出现问题和发生事故的工序[1]。

如果地下水的含量在本工程的顶管未出洞之前就比较多，则必须采取相关的措施阻止地下水的渗透，所以，在顶管机出洞前就需要将出口器安装在洞口的内壁上，且要保证出口器的内径＞管节外径的钢法兰，同时还需要＜管节外径的橡胶密封圈，如果有必要，还需要通过注浆作业对土体进行有效的加固。图2是顶管机出洞口的整体结构简图[2]。

图2 顶管机出洞口的整体结构简图

4.2 顶管进洞

完成一段管道的顶进后，顶管机破进洞口的钢板桩封门进入到接收井中，并且做好进洞口和顶管机的后一节管密封连接的整个过程就是所谓的顶管进洞。

①处理管道内部没有渗水的办法。当顶管机需要进洞时，若土体内部没有渗水，就需要在顶管机到达洞口外侧时将钢板桩拔起或者将钢板桩迅速切除，以便顶管机的机头能快速顺利进入到接收井当中，且需要做好机头的接收工作。

②处理管道内部有渗水的办法。在顶管机开始进洞前需要现对洞口外部的土体进行注浆加固，而且要留出足够的空间用于固化，如果有必要，还需要设置橡胶止水圈或法兰。当顶管机成功进入到经过加固的土体并顺利到达洞口的外侧时，需要将一部分钢板桩拔起或直接将钢板桩割除，这样能保证机头顺利钻出，以便让顶管机更快地顶入到接收井中。

4.3 掘进和出土

在顶管顶进的过程中，泥水仓一直是处于充满泥水的状态，且其中的泥水会循环流动，并在运动的过程中保持平衡。泥水在离开泥水仓时会夹带刀盘切削下来的土体，通过排泥管、井区旁通、机内旁通阀，然后借助排泥泵将其顺利送到地面的泥箱当中。需要在泥箱的顶端凿一个高度比水箱略高的泄水口，经过充分的沉淀，浓泥水的表面层会变得稍微清澈，而部分颗粒则会沉积到泥箱的底部，这样便于上部分浓度相对较小的清泥水通过泄水口流入到水箱当中，从而继续参与到循环中。

在施工的过程中需要对泥水的浓度变化进行实时监控。针对此工程中的土质，要保证循环泥水中的泥浆浓度保持平衡，这样有利于泥水在工程的挖掘面上形成一层泥膜，如此不但能避免泥水的渗漏，还能阻止地下水向泥水仓内进行渗透。在施工过程中，如遇到泥水浓度变小，可以通过将适量膨润土泥浆或粘土加入泥水中的方式来增大泥水的浓度。若泥水浓度太大，则会对循环的效果产生一定的影响，此时就需要加入适量的清水进行稀释。

4.4 管节接头处漏浆

从以前此类工程中顶管项目的施工经验来看，在管节接头处很少会出现渗漏的现象，而膨润土压浆孔的位置则是出现渗漏较多的地方，且在施工过程中是无法避免的，一旦出现渗漏，可通过专用的止水钢环进行止水。图3是止水钢环的结构示意图。

通常情况下，专用的止水钢环由3片120°的圆弧钢环构成，外部贴有用于止水的橡胶片，各钢环之间通过螺杆进行连接，圆环的直径会随着螺母的拧紧程度而逐渐增大，这样就能充分保证止水钢环外部的橡胶片和管缝紧密贴合，从而阻止泥浆的渗入，当然，还需要在顶管结束时再对其进行永久性的止水处理。

5 结语

综上所述，在此项目中，顶管工程的钢管直径相对较大，而且中砂层是此工程中最主要的穿越地层，地下水较丰盈，施工难度相对较大。在对接收井、工作井、管线顶进进行施工的过程中，采取积极有效的防渗漏和止水措施，这样才能在最大程度上保证工程施工高效有序开展。本工程中涉及到的防渗漏和止水措施可以为同行业其他类似工程的开展提供参考和借鉴。