岩石、流砂地段顶管施工技术探索

摘要：拟建污水沉井及顶管位处岩石、流砂地段，在地勘与现场实际不符的情况下，本文结合工程实际，探索该地段地质条件下的施工、安全、技术措施，为后期施工提供借鉴与参考。

关键词：岩石、流砂地段;泥水平衡;顶管;支护措施

1工程概况

本工程共有6座污水沉井，分别为3座接收井（W198、W200、W202）和3座工作井（W197、W199、W201）。其中W197、W201、W202污水沉井顶管周边为农田，地势较开阔;W198、W199、W200污水沉井顶管分别紧邻小区和电力铁塔基础。邻近的小区房屋为7层砖混结构，条形基础，沉井距房屋最近距离12m，顶管距房屋最近距离7.67m。电力铁塔为110kv电力铁塔，混凝土扩大基础，沉井距铁塔基础最近距离7.51m。顶管距铁塔基础最近距离4.8m。沉井平均下沉深度11m，顶管深度约10m，本工程顶管之间主要位于1-2地质层中，该地质层主要为淤泥质粉质粘土：灰色，软塑-流塑，高孔隙比，高压缩性，局部混粉砂。推荐地基土承载力基本容许值[fao]=80kPa。

顶管直径有D2000和D2600，均采用泥水平衡法施工。其平面布置详见图1。

2 W198-W199段顶管施工

2.1 施工情况

W198-W199段顶管为D2000，长84m，设5‰纵坡，2天顶进24m后，顶管压力突然增大，之后顶进速度骤减，再次顶进约2m，现场暂停顶进，查找问题，结合本工程W197沉井下沉遇有强风化泥岩，预判顶管前方出现岩层。本工程邻标也出现类似情况。最后项目部决定继续顶进，在岩、土交融断面继续顶进34m后，顶管机头重新进入淤泥质土中，继续顶进至距离沉井约4m时，发现邻近的小区地面道路开始塌陷。塌陷位置为距离W198沉井边4m-58m管道正上方（向W199方向），宽度范围约5m，平均深度0.8m。

2.2 原因初步分析

按照地勘报告顶管所经地层主要为流塑-软塑状粉质粘土（局部淤泥质粉质粘土），但现场实际地层情况与地勘报告差异较大，初步原因分析顶管遇有强风化岩停止顶进后，泥水平衡顶管后方油顶压力不足并有短暂的停止加压，造成顶管机头内外压力失去平衡，在地下动水压力作用下，该土颗粒即随水流动形成流砂进入管道内，导致管體外土层被掏空、管道失去承载力，发生本段管道上方34m长的沉陷、顶面路面塌陷。

同时，岩石段顶管施工周期较长，该段顶管管节之间有流砂填充，使管节之间缝隙没有充分密贴，继续顶进时，本段顶管随顶管机头继续向前穿越，重新处于流砂地段，继续漏水流砂。

综上所述，使得塌陷位置为距离W198沉井边4m-58m（向W199方向）。

2.3 应急处理

为防止地面沉降继续发展造成影响扩大，项目部及时在顶管周围产生沉降区域进行了注水泥浆加固。水泥浆水泥掺量40%，内掺膨润土，掺量3%，膨润土先采用搅拌桶制成泥浆;同时采用外掺剂水玻璃经行双液喷浆，水玻璃掺量7%，内管水泥浆压力30MPa，外管水玻璃压力2MPa。

3 W199-W200段顶管施工

W198-W199段顶管施工结束后，后续将进行的W199-W200段顶管施工，同样毗邻小区侧，地质情况通过W198-W199段顶管施工情况预判可能还会出现。由于地勘与现场实际差异较大，顶管能否顺利安全完成，有待研究和重新考虑方案。

3.1 W199-W200段顶管支护方案分析及选择

在原施工图设计中，W199-W200段顶管距离附近小区较近，在小区侧设计采用单排φ800mm钻孔桩支护，桩间空隙较大，且钻孔桩与沉井间没有封闭。根据W198-W199顶管施工所遇情况分析，W199-W200段顶管施工，也极有可能出现漏水漏砂，甚至引起小区地面沉陷。

本段顶管施工前，需对小区侧采取支护措施，防止小区楼房沉降。项目部拟定了另两个支护方案：

方案一：小区侧在钻孔桩支护的基础上，再采取单排高压旋喷桩φ600@400止水。

方案二：小区侧采用15m长拉森钢板桩支护与止水，部分位置配合高压旋喷桩全封闭。

经过分析论证，方案一，施工周期长，施工费用大;方案二，施工周期短、施工费用小，但顶管期间的风险较方案一高。两种方案讨论后，推荐方案一，上报相关参见单位同意后组织了实施。

3.2 W199-W200段顶管实施情况

（1）在W199-W200顶管外侧采用15m长拉森钢板桩进行保护，拉森钢板桩距离楼房距离最近约为5.45m，顶管管中距离楼房距离最近约为7.65m，钢板桩距离顶管外壁为1m。详见图2。

（2）为防止钢板桩插打振动对周边房屋的影响，钢板桩打设前采取了引孔措施，同时钢板桩身刷涂减阻剂，防止拔除时阻力过大，导致振动较大，影响房屋安全。

（3）对钢板桩与两沉井相接处，各施打3根φ60cm高压旋喷桩封头桩。

（4） 旋喷桩养护三天后，该段顶管始发，3日后顺利完成了顶管顶进。

（5）顶管完成后，对钢板桩拔除，并及时对空隙进行水泥浆回灌处理。

（6）对小区楼房及周边布设的10个沉降观测点不间断观测，观测由8月1日沉井下沉时开始，至顶管结束后一个月的10月7日。8～9月份沉井期间、8～10月份累计变化的观测数据见图3。

根据监测数据显示，最大沉降量为4mm，保证了施工期间附近居民小区的安全稳定。

4 小结

本工程多种不良地质情况综合影响下的顶管施工难度、安全隐患极大，有效的预判及预控措施显得尤为关键，但以此作为平台，探索该地段地质条件下的施工、安全、技术，为后期施工提供借鉴与参考。

（1）岩石地段一般不适合施做顶管。因为该处施工费用投入极大，需要设计单位充分调查现场情况，前期地勘位置不准确时，应在实施前补充勘探，发现问题应及时调整管道路线。

（2）流砂地段的沉井周边止水帷幕及顶管管口地基加固桩一定要做好。顶管管口存在漏水漏砂现象，在顶管施工时同样如此，同时，周边更有小区、重载道路综合影响，安全压力极大，这就需要在后期做大量的修补止漏工作。

（3）地质预报（或物探）与施工经费投入是施工安全的保障。本案例中小区侧的钢板桩支护的虽也是成功的，但在施工经费及施工工期充足的情况下，可考虑采用高压旋喷桩彻底固化，此方案则更加安全，这在本项目的W197-W198段顶管（其穿越既有重载道路，在地层中穿越岩层，进入流砂层，再至沉井。在顶管施工前，对该段顶管中心两侧3.5m范围采取了高压旋喷桩彻底固化方案，固化高度为路面至顶管底5m，起到了支护与止水的双重作用。）得到了很好的印证，但在本文中不再体现。

（作者单位：江苏雷威建设工程有限公司）

作者简介：王友，199005，本科，工程师，南京市中山北路333号，13155288871。