錨桿支撐加固技術在頂管工程中的應用

樂 建

(成都興蜀勘察基礎工程公司，四川 成都 610072)

錨桿支撐加固技術在頂管工程中的應用

樂 建

(成都興蜀勘察基礎工程公司，四川 成都 610072)

以成都市第二污水處理廠廠外污水干管下穿成龍路頂管施工為例，基于場地工程地質、水文地質條件，系統分析了頂管施工誘發地面塌陷原因，提出了以錨桿支撐為主的加固方案。經現場頂管施工驗證表明：錨桿支撐加固技術可快速減小已塌陷區地下管線的變形，適用于塌陷段管線搶險施工。

頂管施工，地面塌陷，豎錨支撐，高壓旋噴

0 引言

近年來隨著我國城鎮化進程的加快，全國各級城市大規模新建、改擴建各類地下管線，而頂管施工工藝因其具有施工方法較簡單、成本較低、非開挖不影響地面交通等優點廣泛運用于地下管線的施工[1-3]；但當頂管施工場地遭遇易塌陷松散地層、地下水發育等不利因素時，頂管施工易于引起地面沉降，甚至地面塌陷，進而危及地面建構筑物、行人、現狀管網的安全，故在該類場地進行頂管施工時需采取有效的加固措施[4,5]。

本文以成都市第二污水處理廠廠外污水干管下穿成龍路頂管施工為例，基于場地工程地質、水文地質條件系統分析了頂管誘發地面塌陷原因，提出了以豎錨支撐為主的加固方案，經現場頂管施工驗證，表明以豎錨支撐為主的復合加固方案是有效的，確保了塌陷區現狀管線安全。

1 概況

1.1 工程概況

擬建成都市第二污水處理廠廠外污水干管主管管徑內徑2 200 mm，外徑2 640 mm，下穿成龍路時，污水干管平均埋深約12.0 m，底部嵌入基巖深0.8 m；擬采用頂管法施工，頂管節管長2.5 m，下穿成龍路頂管總長56 m，縱向坡度1‰。根據現場管線探測，成龍路沿線現狀市政管線發育，主要分布有電力淺溝、電纜、天然氣管、自來水管等，管線埋深0.5 m～2.6 m不等[6]，其分布及擬建污水干管相對位置關系如圖1所示。

1.2 場地工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，本場地地處岷江水系一級階地，場地地層主要由第四系全新統人工填土(雜填土)、粉土、細砂、卵石及白堊系上統灌口組泥巖組成，各巖土層特征分述如下：

①人工填土(雜填土)：呈雜色，濕，稍密，主要由建筑垃圾及粘性土混合而成，分布深度0 m～3.4 m，層厚約3.4 m。

②粉土：灰色，稍密，濕～飽和，含鐵錳質氧化物，可見云母細片，發育深度3.4 m～3.7 m，層厚約0.3 m。

③細砂：灰色，松散，濕～飽和，由長石、石英、云母細片及暗色礦物顆粒等組成，發育深度3.7 m～4.2 m，厚約0.5 m。

④卵石：灰色，飽和，稍密～密實，卵石成分主要為巖漿巖、變質巖類巖石，弱風化，多呈亞圓形，一般粒徑2 cm～4 cm，充填15%～45%的中砂和礫石，發育深度4.2 m～10.7 m，厚約6.5 m。

⑤泥巖：紫紅色，泥質結構，塊狀構造；表層厚約0.4 m泥巖為全風化層，呈粘土狀，遇水泥化；其下為強風化泥巖層，遇水軟化崩解。

場地地下水主要為賦存于砂卵石層中的孔隙潛水，水量豐富，透水性好，勘察期間測得場地地下水水位埋深1.8 m～4.7 m，滲透系數可按20 m/d取值。

場地各巖土層主要物理力學指標建議值見表1。

表1 場地各巖土層主要物理力學指標建議值

2 地面塌陷情況

2004年7月開始下穿成龍路頂管施工，現場在工作井側沿污水干管軸線施工了3口降水井，降水井距污水干管軸線約8.0 m，井深15.0 m；在頂進3節長約7.5 m時路面出現嚴重塌陷，該范圍內分布的φ220 mm天然氣管、φ600 mm的自來水供水管，11萬V,22萬V電力淺溝等均出現不同程度下沉和扭曲變形，其中電力管線(100 mm鐵管)和11萬V,22萬V電力淺溝變形最為嚴重，混凝土溝槽傾斜高差達150 mm，蓋板裂縫寬20 mm，管線底部懸空達1.0 m。

3 豎錨支撐加固方案設計

3.1 頂管塌陷原因分析

基于上述地面塌陷特征，結合頂管現場施工及場地水文地質、工程地質條件，綜合分析認為本場地頂管施工造成地面塌陷原因有：

1)頂管管頂以上土層主要為松散～稍密的填土、粉土、砂土和稍密～中密的卵石，結構較松散，不具備形成自然拱的能力，即管頂土層自穩能力較弱，易于發生塌陷[7-9]。

2)場地地下水為砂卵石層中的孔隙潛水，富水性、透水性好，且擬建污水干管位于卵石層底部，管底嵌入基巖底部，這一特殊的水文地質條件使得通過降水井難以將場地地下水降至管線底板以下；在實際頂管工程施工時，頂管作業面未能完全疏干，整個頂管工作仍然在水中進行，這對頂管周測土體沖刷擾動影響大，進一步降低了管側及管頂土體的穩定性[10,11]。

3)頂管施工時，降水不連續，斷斷續續，動水力因素造成含水層中的細顆粒被抽走，破壞了土體結構，降低了土體的密實度和自穩能力。

3.2 加固方案設計

鑒于實際塌陷變形情況和頂管塌陷原因分析，為滿足已頂管塌陷段地下管線搶救性加固的要求，確定了以豎錨支撐為主的加固方案，即為快速減小塌陷段地下管線的變形確保各類現狀管線的安全和正常使用，優先對塌陷段地下管線采取豎錨支撐加固。

根據塌陷對天然氣管、電力淺溝、雨水管、供水管等現狀管線的影響和破壞程度，采用豎錨+斜撐或鋼絲繩或橫梁的加固方案；其中豎錨采用φ48 mm鋼管，深入基巖0.50 m～1.50 m，豎錨管身段按30 cm間距呈梅花形布置注漿孔，注漿孔徑8 mm，考慮到注漿不對已頂管造成影響，豎錨底部3.00 m不鉆孔注漿。經水泥漿將豎錨與土體粘結形成復合支護體系，共同支撐地下管線，確保了塌陷段現狀管線安全和正常使用，具體豎錨布設如下：

1)天然氣管、電纜管和供給水管：變形相對較小，但管線底部已局部懸空，設計在管道中心線兩側各施工1對～4對豎錨，管底加一橫管(橫梁，采用鋼軌材料)，橫管與豎錨連接牢固。

2)電力淺溝：寬1.8 m，高1.23 m，鋼筋混凝土方溝，內置11萬V,22萬V高壓電線，垮塌已引起電力方溝嚴重變形和開裂，縫寬3 mm～5 mm，在管線中心線各施工4對豎錨，管底加橫管(橫梁)，橫管與豎錨連接牢固。

各豎錨搶險加固設計圖如圖2所示。

4 結語

擬建成都市第二污水處理廠廠外污水干管下穿成龍路頂管施工誘發地面塌陷后，通過采取豎錨支撐+高壓旋噴為主的復合加固方案，頂管塌陷段管線沉降量由之前的5 mm/d～15 mm/d迅速減小為1 mm/d～3 mm/d，并隨著施工作業的結束而趨于停止,且后續頂管段也順利完成了頂進作業，未再出現明顯的塌陷變形。

綜上表明，豎錨支撐加固技術可快速減小已塌陷區地下管線的變形，適用于塌陷段管線搶險施工。

[1] 涂金保.市政工程中頂管施工技術研究[J].江西建材,2016(13):86-87.

[2] 曾潔紅.城市建設污水管道頂管施工技術探析[J].建筑工程,2010(10):158-159.

[3] 馮海寧.頂管施工對土體影響的現場試驗研究[J].巖土力學,2003,24(5):781-785.

[4] 李志宏.砂礫石地層中頂管施工遇到的問題及處理方案[J].河南水利與南水北調,2015(16):47-48.

[5] 余顯鐘.砂卵石地層人工頂管地面沉降分析與控制[J].市政技術,2009,27(sup):108-111.

[6] 伍德華.二污污水干管成龍路頂管工程路基加固處理塌陷段實時性施工技術措施[Z].成都興蜀勘察基礎工程公司,2004.

[7] 陳啟明.頂管信息化施工中地面沉降的預測方法研究[D].上海：同濟大學碩士學位論文,2000.

[8] 余劍鋒.頂管施工引起地表變形問題研究[D].廣州：廣州大學碩士論文，2006.

[9] 賴冠宙.頂管頂力分析與計算[J].山西建筑,2008，34(10)：69-79.

[10] 余彬泉,陳傳燦.頂管施工技術[M].北京:人民交通出版社,1998.

[11] 黃玉光,呂建衛.卵石層中大管徑頂管施工實踐[J].市政技術,2004,22(3):153-156.

Application of the strengthening scheme of anchor support on pipe-jacking engineering

Le Jian

(ChengduXingshuReconnaissanceInfrastructureEngineeringCompany,Chengdu610072,China)

This paper takes the construction of pipe-jacking of the trunk sewer under the Chenglong road outside the second sewage treatment plant in Chengdu as an example. Based on the site engineering geological and hydrogeological conditions, the reason of surface collapse induced by pipe-jacking construction was analyzed. The strengthening scheme of vertical anchor support was put forward. According to field pipe-jacking construction, the vertical anchor support can rapidly reduce the deformation of the underground pipeline in the subsided area, which is suitable for emergency construction of the pipelines in collapse sections.

pipe-jacking construction, surface collapse, vertical anchor support, jet grouting

1009-6825(2017)20-0072-03

2017-05-06

樂 建(1985- )，男，工程師

TU753.8

A