大直径超深长距离湖底岩石顶管遇不均匀地质夹层施工处理

王宝龙

随着我国城市规模的不断扩展，城市的用电量也不断增大，在城区中采用架空高压输电给各城市建设带来诸多不利因素；我国目前各城市地下综合管廊的飞速发展以及非开挖管廊施工工艺的日趋成熟。将架空线路改入地下输送已成全国各城市的发展趋势，采用顶管施工的电力电缆隧道也越来越普遍。受浅地层地质复杂、输出电量电压的不同及电缆回路的影响，电力电缆隧道的截面尺寸也不断增大，顶管机的直径也不断增大，适用地质范围不断扩大。顶管施工占地面积小，在地（水）面以下较深位置施工，对地面及河道影响较小，施工控制可保证地表交通畅通、河道正常通航。在穿越运营线、城市主干道、河流等建筑物时可有效控制沉降、确保地面构造物安全；顶管法隧道施工比同管径的明挖、盾构法适应性强。

一、引言

巢湖大桥电力电缆隧道工程管段总长度为780m，顶管上覆土埋深为29.7m～33.2m，穿越巢湖裕溪河航道380m，顶管层为中风化砂砾层，按照地质报告上层分别为强风化砂砾岩、卵石、砾石层，地质条件非常复杂。根据地质报告顶管机的选型、施工技术及施工中存在的问题及对策进行研究是非常重要的。

二、问题产生原因

按照地质报告及设计文件顶管层位于第⑦层中风化砂砾岩层，岩芯较完整，呈长柱状，属软岩，岩石基本质量等级为IV类，该层在场地内分布普遍。按照要求在本地层施工，施工难度相对来说较小。从现场实际情况也能看出掌子面前端较为完整。但在施工至108节（至始发井约500m位置）湖底下方时，地质发生变化，中风化砂砾岩层标高下降，卵石及砾石层下侵至顶管层，出现约3-5m的涌沙层。由于为减小顶管阻力，使顶管顺利进行，顶管管壁与顶管机形成的孔道每边有2.5cm的缝隙，卵石及砾石层为松散涌沙层，不能形成固结，沙砾将跟随顶管前进，将顶管管壁与顶管机形成的孔道每边有2.5cm的缝隙全部堵死。致使始发端顶力骤增，根据现场实际顶进记录，顶进5根管节顶力就由1600t升至2100t（设计顶力3000t），如继续施工顶力持续增加，可能将对混凝土管节造成损伤，将造成不可挽回的事故。

三、坍塌具体位置确定

图1 纵断面剖面图

由于此坍塌位置正处于巢湖湖底，且为航道中心，采用水面下套管地质勘探难度较大、且费用较高。如采用从管道内壁向外采用超声波探测，根据专家及地勘单位意见，砂砾卵石层与中风化砂砾岩层从波形图中无法辨认，所以做超声波地质探测无实质意义。

经讨论确定方案为在管壁内测通过打试探孔方式，最后经过在管壁外侧钻3个孔，确定地层情况及坍塌范围为106节～108节位置。

图2 顶管俯视图

四、处理方案比选

此坍塌位置正处于巢湖湖底，且为航道中心，所以自水面上端往下处理难度较大，不到万不得已，不采用此种处理方式。

如想使顶管顺利进行，必须将下坍卵石及砾石松散涌沙层进行固结，使之不再坍塌，但如采用注水泥浆后其他固结材料，虽可使涌沙层固结，但也可能使固结材料与混凝土顶管固结，使前端顶管彻底抱死。所以此种方式风险极高，不建议采用。最终确定方案为管道内壁开孔，压入无强度填充物。

五、具体处理方案

1.管壁内侧开孔

通过在管壁内侧打探孔方式确定好坍塌位置，在坍塌位置管壁开孔，开孔具体为坍塌范围管节每节管顶端及两侧使用水钻各开一个2寸圆孔，在管节底端开两个4寸冲砂孔。为不破坏管节整体受力，在满足压泥及冲沙，正常能顶进的情况下，尽量少开孔，孔位置和数量根据塌方沙层的位置可进行调整。注意开孔前，必须先泄压，每个孔必须安装球阀，以控制地下水。

2.高压水冲刷管壁

为保证处理效果，首先采用高压水通过管节顶部及两侧开孔注入，将管壁外侧涌砂通过管壁下端开孔冲出，直至下端出渣孔，无沙砾喷出为止。

3.压入膨润土及黄油

将膨润土参水搅拌，搅拌成泥状，保证坍落度在20-22cm。使用高压压浆机将搅拌好的泥状膨润土通过管壁开孔压入，出气孔安装球阀放气。直至出浆孔有泥状物冒出且压浆机压力表大于2MPa为止。使管壁外侧2.5cm缝隙全部充满无强度膨润土，将涌沙层进行封堵，在通过注浆口注入黄油减少管壁周围摩阻力，此措施直至顶管全部贯通结束。

4.顶进

通过此处理措施顶管顶力不再有明显增加现象，顶力一直保持在2100t（设计3000t）上下浮动，顶管可以正常顶进，压入膨润土及黄油停止，顶管正常顶进。

六、结语

通过理论分析, 结合现场实测数据，本方案用于处理在顶管施工过程中由于出现卵石、砾石层侵入顶管层，致使顶管管壁外侧与顶管管道间2.5cm空隙被坍塌卵石、砾石、涌砂填充，致使管节抱死，顶力骤增且不具备从管壁外侧处理条件等问题。

本方案的原理为在顶管壁内侧开孔，向孔内充入高压水，将管壁周围涌砂冲刷干净，在管壁下端开孔排除，然后注入无强度膨润土，使管壁外侧2.5cm缝隙全部充满无强度膨润土，将涌沙层进行封堵，在通过注浆口注入黄油减少管壁周围摩阻力，此措施直至顶管全部贯通结束。顶管顶进力与工程地质条件和施工状态等因素有直接关系且影响较大，在设计和施工中应在合理预估总顶力的前提下保证工程的安全性和经济性。