手掘式頂管在蘭州地區(qū)卵礫石地層中的應(yīng)用

杜　俊，賁　柯，羅小虎，席大成

（甘肅中建市政工程勘察設(shè)計研究院，甘肅蘭州730000）

手掘式頂管在蘭州地區(qū)卵礫石地層中的應(yīng)用

杜俊*，賁柯，羅小虎，席大成

（甘肅中建市政工程勘察設(shè)計研究院，甘肅蘭州730000）

介紹了在蘭州地區(qū)手掘式頂管在卵礫石地層中施工的關(guān)鍵技術(shù)（卵礫石地層坍落嚴(yán)重難以頂進），重點討論了在坍落度較大的卵礫石開挖面采用地表鉆孔注漿的輔助措施，改善卵礫石地層開挖面的膠接度，使其在卵礫石地層中可以順利完工。同時，對不同方式布置的注漿孔的效果做了對比分析，為今后蘭州地區(qū)卵礫石地層的手持式頂管作業(yè)的注漿工作有指導(dǎo)性意義。

手掘式頂管；卵礫石地層；鉆孔注漿；對比分析

盡管在我國沿海地區(qū)頂管施工技術(shù)由手掘式發(fā)展到較先進的泥水平衡、土壓力平衡等新技術(shù)，但蘭州地區(qū)的頂管技術(shù)才剛剛起步，受到經(jīng)濟發(fā)展和其他因素的限制，才開始試用手掘式頂管施工技術(shù)。以下是結(jié)合蘭州某污水管道工程實例，重點在坍落度較大的卵礫石開挖面采用地表鉆孔注漿的輔助措施，改善卵礫石地層開挖面的膠接度，使其在卵礫石地層中可以順利完工，供以后在蘭州地區(qū)的類似工程參考指正。

1　工程概況

本工程為蘭州某污水管道的一個標(biāo)段，管道施工地點在城關(guān)區(qū)黃河旁。其中管道為鋼筋混凝土管道D1500。該標(biāo)段是整個管網(wǎng)工程的關(guān)鍵性控制工程。全線管底標(biāo)高東高西低，本標(biāo)段管道長度1.5km，覆土深度3.5～7.8m，基本上本段地下水位均在砂卵石頂進層面以下；如遇地下水位在頂進地層以上首先進行降水工作，以保證頂進工作順利進行。

2　工程地質(zhì)情況

頂管施工經(jīng)過地段主要為黃河古河灘。場地表層為黃土狀粉土，地下水位埋深4.2～10.5m，地下水主要為孔隙潛水。卵礫石為主要的含水層，第三系砂巖為主是其下部隔水層。本段管道地下水位均低于卵石層面。

3　頂管工藝的選擇

根據(jù)管道的埋深，其穿越的主要地層為卵礫石地層，卵礫石地層中的一定的含水量，在施工過程中有可能有漂石出現(xiàn)，同時此施工標(biāo)段上部為晚第三紀(jì)黃土，而且其中一部分為古河堤。綜合以上因素考慮，結(jié)合蘭州市的頂管使用情況和工程經(jīng)濟成本，決定采用手掘式頂管技術(shù)進行施工。

4　頂管施工中的主要技術(shù)措施

4.1工作坑結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程的工作坑使用鋼筋混凝土工作坑，結(jié)合現(xiàn)場情況，工作坑的結(jié)構(gòu)形式如下：工作井平面尺寸為10.0m×6.0m（底部長×寬），深度以設(shè)計管道底面標(biāo)高為依據(jù)。后背墻擬用鋼筋骨架和C30混凝土澆筑而成，再結(jié)合鋼筋混凝土管道的壁厚，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌墊層枕木的厚度及尺寸。工作井的范圍內(nèi)要設(shè)置安全生產(chǎn)警示牌等。

4.2頂進力的計算

頂管頂進力主要為頂管正面與頂管的管道四周的阻力的和，其阻力和為F0，其頂進力公式（經(jīng)驗公式）為：

F0=F1+πDLf

式中：F0——總阻力，kN；

F1——初始阻力，400kN；

D——管道外徑，m，為1.5m；

L——頂進長度，m，各頂進分段距離最大為100m，取值100m；

f——采用注漿時管壁與地層的摩阻系數(shù)，kN/m2，取值經(jīng)驗值6kN/m2。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，求得頂管阻力為3226kN，選用2臺額定頂力2000kN的千斤頂。

4.3卵礫石地層塌落的鉆孔注漿處理

在頂管頂進到40m處，卵礫石的坍塌嚴(yán)重使頂進工作無法正常進行，所以為了保證工程的順利完成，本段地層準(zhǔn)備運用XY-180型鉆機，采用130型號的鉆桿，使用鉆孔注漿對手掘式頂管施工的上方地層進行注漿加固和土層改良。

4.3.1工藝流程

鉆孔孔位放樣—鉆機就位—下管鉆進至設(shè)計地層深度—注漿作業(yè)—噴射注漿—鉆機進入下一個鉆孔準(zhǔn)備施工。

4.3.2施工方法

（1）鉆孔施工前應(yīng)該確認孔位，鉆機到位。然后進行對位校正，鉆進時如果遇到障礙物，要選擇適當(dāng)?shù)你@井液和鉆頭，對障礙物進行處理。不允許擅自改變鉆孔位置，遇特殊情況應(yīng)及時報告甲方和設(shè)計方負責(zé)人員。

（2）鉆孔至設(shè)計深度時，開始噴射漿液，冒漿后開始提升鉆桿，噴射至地面-0.3m時處提升鉆桿，直至鉆孔頂部有凸起結(jié)束注漿。

（3）漿液水灰比1∶1。

（4）注漿壓力應(yīng)該控制在22MPa左右，對于提鉆和注漿速度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工情況及時調(diào)整。

4.3.3注漿質(zhì)量指標(biāo)

注漿巖芯對比：在注漿區(qū)域24h后，用全孔取芯法進行取樣，由于砂卵礫石和水泥漿包糊，部分芯樣完整性較好，整體芯樣密實，漿液滲透飽滿、充填效果較好。取巖芯后，取出一塊較完整的巖樣進行抗壓試驗，漿液固結(jié)強度達到0.12MPa以上。

4.4鉆孔注漿孔的布置

對于本段卵礫石地層的鉆孔注漿加固，鉆孔的布置對地層的加固效果有相當(dāng)大的影響。注漿孔的布置選用了3種布孔方式：環(huán)狀布孔、梅花式布孔、行列式布孔，3種布孔方式的孔間距和孔數(shù)都基本相等。

5　施工成效

在相同注漿面積3種布孔間距和孔數(shù)都基本相等情況下，現(xiàn)場記錄的卵礫石坍落量數(shù)據(jù)為依據(jù)，繪制了布孔注漿方式與卵礫石坍落量的關(guān)系曲線圖（見圖1），可見環(huán)狀布孔注漿效果效果較好。實際施工過程中也反映了這一事實。因此在后續(xù)施工中，只要保證以后在卵礫石中使用環(huán)狀布孔方式進行注漿，就可以減少卵礫石坍落量，對手掘式頂管的施工的順利進行提供了良好的幫助。

圖1　布孔注漿方式與卵礫石坍落量的關(guān)系曲線圖

6　總結(jié)和建議

（1）目前手掘式頂管施工，無論是設(shè)備還是工藝都有了較大的改進，再配合輔助措施（例如：鉆孔注漿處理、注漿潤滑處理等），使其能在更多類型的復(fù)雜地層條件下使用。

（2）在手掘式頂管施工中，復(fù)雜地層的挖掘面很容易發(fā)生坍塌。因而需采用超前鉆孔注漿處理等措施進行加固處理。

（3）鉆孔注漿處理是本次工程中的一個重要環(huán)節(jié)，不僅注漿巖芯對比環(huán)節(jié)較為重要，可以檢驗砂卵礫石注漿效果，而且利用環(huán)狀布孔鉆孔注漿處理，最大程度上減少卵礫石地層的坍塌量，大幅提高頂進速度，節(jié)約成本等。

（4）為今后蘭州地區(qū)手掘式頂管在坍塌度較大的砂卵礫石地層中的使用給出指導(dǎo)性作用。

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TU941

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1004-5716（2016）04-0037-02

2015-03-23

2015-03-25

杜俊（1981-），男（漢族），湖北仙桃人，注冊巖土工程師、高級工程師，現(xiàn)從事巖土工程勘察、設(shè)計、檢測等技術(shù)工作。