瓯江区域顶管进洞关键技术

2020-03-01周伟

绿色环保建材 2020年4期

周伟

上海市基础工程集团有限公司

1 引言

瓯江（我国强海潮区之一）潮差大，顶管进洞口土层为淤泥粉砂层土，土层含高承压水，同时由于顶管接收井为拉伸钢板桩围护形成，漏水严重；顶管在此条件下进洞存在很大的施工风险，对施工管理及技术要求非常高。因此，为保证顶管在此类不利条件下顺利进洞，提出了洞口回填沙袋增加覆土厚度、高压旋喷加固、设置穿墙套管、浇筑前导墙、顶管施工过程控制等组成的顶管工具头进洞关键技术，并成功应用于工程实践。

2 背景工程概述

2.1 总体工程简介

本工程位于温州滨江商务区桃花岛片区；污水处理厂排江管改道工程自顶管井穿越瓯江路和防洪大堤，顶向瓯江中间接收井。工程顶管出洞时由于没有采取相应的止水措施，导致洞口大量漏水漏沙，地面出现塌方；由于塌方工具头内涌入大量水泥块及石块导致无法转动；经采取一系列措施后，将工具头倒拔出来，改换工具头后顶管顺利出洞，并顶至瓯江接收井外侧。

2.2 接收井概况

接收井位于瓯江中心，采用拉森钢板桩围护（井壁漏水点较多且井壁外覆土较浅）。顶管工具头顶进至接收井外侧时，需切割较大范围的钢板桩进洞。但在对接收井洞圈中心进行开洞观察时，开洞后水压力极大且产生流沙，说明顶管工具头无法在现有条件下顺利进洞。

2.3 水文地质条件

工程附近潮汐属半日潮，一昼夜两潮，潮高不等现象明显，潮差大，是我国强海潮区之一。在暴雨、台风和天文大潮同时出现时，会产生特大高潮位，对海堤的破坏也最大。顶管处地质情况从+4.30m～0.49m 为填土层；0.49m～-1.72m 为含砂淤泥层；-1.72m～-13.80m为含淤泥粉砂层；-13.80m～-26.52m为淤泥层；-26.52m以下为含淤泥粉砂层。

3 顶管进洞存在的问题

3.1 接收井外侧土层流失严重，顶管管道覆土浅

本工程接收井建成时间已长达3个月，瓯江一昼夜两潮、潮差大、涨落潮时流速快，对接收井长期冲刷，导致接收井外侧土体流失严重。现场实测井壁外土层标高在-7.9～-5.7m之间比原设计标高-4.8m 有较大幅度的改变。同时高压旋喷桩加固对砂性土的扰动，使土体在潮汐的作用下大量流失，造成正在施工的高压旋喷桩成型困难及河床底标高进一步降低，可能使顶管工具头上浮和影响洞口加固止水效果，影响进洞安全。

3.2 接收井洞口区域已形成固有漏水通道

瓯江潮差大，接收井涉及土层有含砂淤泥层、淤泥粉砂层，淤泥粉砂层土含高承压水；接收井洞口处开洞观察时，水压力极大且产生流沙；说明高压旋喷桩加固质量不到位（接收井加固区进行水平取芯，取芯直径110mm，深度1.5m～2.0m，经检测不合格）；洞口加固区已形成漏水通道；同时瓯江水深达5m（低潮位）～10m（高潮位），顶管在进洞时，钢板桩切割后若产生流沙、管涌现象，在高承压水和瓯江水压力的作用下，漏水通道极易与瓯江贯通，将导致整个接收井被瓯江淹没。

3.3 接收井无内衬结构，顶管机进洞无法采取有效止水措施

顶管接收井由拉森钢板桩围护，采用三道钢支撑，井内无内衬结构。一般顶管接收井均设穿墙洞；该接收井无内衬无穿墙洞，导致无法安装止水法兰等止水装置；顶管进洞时，切割钢板桩范围大于顶管工具头外径，工具头与钢板桩间缝隙大，洞门若发生涌水、涌沙，无法进行有效的堵漏。

4 针对瓯江区域顶管进洞关键技术措施

4.1 接收井前方回填沙袋及增加挡板

在接收井洞口加固区距围护5m处用30mm钢板（6×6.2m）进行临时封挡；封堵完毕后在加固区及加固区外侧顶管轴线上下游各5m区域抛填沙袋，抛填厚度为2m。增加挡板及回填沙袋，增加顶管轴线的覆土厚度，避免了顶管轴线上方土体受潮汐影响继续流失；同时高压旋喷桩加固对砂性土的扰动时避免土体在潮汐的作用下大量流失，确保高压旋喷桩成型质量。

4.2 高压旋喷桩洞口紧密加固

为保证顶管工具头顺利进洞，接收井加固区的质量必须得到保证，且应消除已有的漏水通道。在原加固体范围上再进行紧密加固；对土体进行改良，提高土体自立性、承载力及洞口止水效果。在接收井洞口外利用现有钢板桩，搭设施工平台进行高压旋喷桩施工；为保证在原加固体上旋喷桩施工质量，原加固区采用引孔机对原加固体进行破碎施工；采用密布引孔法，引孔孔径为100mm。

（1）高压旋喷桩技术参数设计：①高压旋喷桩直径为Φ600，瓯江潮差大且加固地层含高承压水；加固不到位极易形成漏水通道；为保证加固密实，严格控制桩身搭接不小于300mm。②高压旋喷加固时对砂性土的扰动，土体在水流作用下大量流失，高压旋喷桩成型困难；因此在加固区增加挡板及回填沙袋的同时，水泥浆液中添加三乙醇胺早强剂（掺量为水泥用量的0.5‰～1‰），进行浆液配比试验，以便旋喷桩快速成型。③采用强度等级不低于42.5 级普通硅酸盐水泥（有条件的可采用52.5 级提高早期强度），水泥掺入量不小于25%；浆液水灰比为0.7～1.0，水泥土加固体的28天无侧限抗压强度不低于1.0Mpa。

（2）加固完成后对加固体进行取芯，检测其加固效果，确保不漏水，必要时进行复打。

4.3 设置穿墙套管、浇筑前导墙及安装止水法兰等装置

在切除钢板桩后，若发生涌水涌沙现象，洞口周边无有效支撑，就不能采取有效的止水措施；因此在洞口安装穿墙套管，穿墙套管与顶管机之间形成有限空间，更加方便堵漏；且穿墙套管外侧还可安装止水法兰等装置。

（1）安装穿墙套管。顶管机外径为DN2400，顶管机进洞时需切割钢板桩，综合考虑设计穿墙套管直径为DN2800，采用16mm 的钢板制作；在穿墙套管前方内衬焊接一圈300×350 的3mm 铁片，该铁板主要起挡土板的作用，防止顶管进洞时，突然发生涌水涌沙；该挡土板可将沙堵住，争取堵水的时间；铁片后安装6寸软皮管，起缓冲作用；后面采用8块5mm的环向铁板将软皮管挤压固定；每块环向铁板后采用2 块8cm×8cm 三角板固定；加工完成后加设八字撑，确保其运输过程中不变形；运至现场后在接收井内侧安装穿墙套管。

（2）穿墙套管安装好后，在其周围浇筑宽约50cm、C35 强度的钢筋混凝土内衬墙，增加穿墙套管和接收井的整体性；穿墙套管上预留注浆管道，应急情况下压注聚氨酯或双液浆，进行洞口堵漏；当顶进结束后也可通过此管路压入水泥浆填充空隙。

（3）在套管外侧安装止水法兰；采用止水效果良好的改进型穿墙止水法兰结构，该结构设计有橡胶圈+牛油盘根止水，并增设挡土板，盘根止水磨损后可进行更换。

4.4 顶管工具头进洞土压控制

在工具管距离接收井壁15m左右时，对顶管轴线进行复测，保证工具管顺直进入接收井。适当降低工具管正面土压力，减少顶管对接收井及穿墙管的影响。顶管工具头进入加固区按加固区顶进要求进行施工，以出土为主，在工具头距钢板桩30cm时，停止切削加固土，工具头泥水仓内回压膨润土泥浆，压力控制在0.12MPa～0.15MPa。

4.5 切割钢板桩及顶管进洞

（1）顶管前部预留三个注浆孔，顶管顶至加固区时在工具头内三个压浆孔向外压聚氨酯、水泥浆，防止加固区有漏水通道，可及时进行注浆封闭漏水通道；（2）抽空工具头泥水仓内的泥浆，观察头部是否有漏泥沙情况。若有渗漏则继续压水泥浆或聚氨酯；（3）在预留穿墙套管内中心位置割断2 块长度1m 钢板桩，清除加固体残留物，寻找工具头中心。按工具头直径2400+30mm～40mm 进行放样，切割钢板桩及时清理其至工作区域外；（4）根据工具头中心位置与穿墙管位置关系放样切割临时止水钢板及卡码；（5）工具头在当天水位最低潮时，进行推进，当工具头筒体出穿墙洞口200mm时，暂停推进，在工具头与穿墙洞口之间缠绕临时止水（棉花胎和2吋皮龙），固定止水钢板后，工具头继续推进。