特殊地質人工頂管的處置

韓 仲

中鐵二院工程集團有限責任公司 四川 成都 610031

正文：

1 概述

人工挖掘頂管操作簡便、工程投資低、排障靈活，是普遍采用的施工方式。缺點是機械化程度低、受地質條件影響大。

頂管過程中遇不良地質主要有三類：1）軟弱土層，如淤泥、流沙；2）不穩定土層，如雜填土、砂卵石等松散、易坍塌土層；3）障礙物類，如巖石、構建筑物基礎、未探明的管溝（線）等。

2 不良土層施工難點

2.1 軟弱土層類。在淤泥和流砂層頂管施工時，管道前端及外壁的淤泥和砂被地下水從管內沖出，發生管涌，威脅施工人員的安全，管道上部及兩側形成空腔，造成地面下沉，管道在重力作用下容易下沉，頂管方向偏移，造成頂管失敗。

2.2 不穩定土層類。人工填土、雜填土、砂卵石等土層孔隙率大，自穩能力差，人工頂管掘進過程中掌子面和管道兩側容易坍塌，威脅施工人員安全，造成地面沉降。

2.3 障礙物。頂管遇障礙物有突發性、偶然性的特點，主要有巖石、構建筑物基礎、未探明的管溝（線）等。

3 處理方案

施工過程中如遇軟弱土層、不穩定土層、巖石、障礙物時，應立即停止施工。采用補勘或其他探測手段探明不良地質和障礙物情況，根據所掌握資料確定處理方案。有開挖條件時，應將開挖處理方案和非開挖處理方案進行技術、經濟比較，選擇技術可行、經濟合理的處理方案。無開挖條件時，面臨最大問題是土層在頂管掘進過程中垮塌。故開挖前需通過對土體加固，使土體達到適宜開挖的條件。土體加固最常用、最經濟的方法是水泥壓漿固結，簡稱注漿。注漿取材容易，操作簡單，可有效將軟基、不穩定土層改良成適宜頂管的良性土體，是一種普遍應用的施工方式。

3.1 土體加固。水泥壓漿固結技術是通過一定的壓力將可固化的化學漿液或水泥漿液注入地層土的裂縫或空隙，以改善地層的物理力學性質。注漿前應通過試注確定壓漿的適用性，尋找合適的壓漿方法，并確定漿液的配比、注漿孔間距及深度、壓漿頻次、注漿壓力、單位注入量等。

（1）水泥壓漿固結施工工藝流程如下：

（2）注漿管制作。注漿管選用φ48mm、厚4mm的焊接鋼管加工而成，注漿管上鉆φ10mm出漿孔，縱距0.25m，橫向四等分圓，按梅花形排列。注漿管底深度至管頂以上0.5m。

（3）漿液配置。水泥注漿的主要材料是水泥和水，根據工程需要也可加入黏土、粉煤灰、膨潤土、砂等摻合料和外加劑。水泥漿液灰水比5：1～0.5:1，漿液要有良好的可泵性、和易性、保水性。

（4）注漿擴散半徑與注漿孔的布置。漿液在地層的擴散半徑是確定孔距、排距布置的重要參數。根據《水利水電工程施工手冊（第一冊）》5.3節 ，擴散半徑可根據馬格公式計算：

求得漿液的擴散半徑后，即可計算孔距，孔距應為擴散半徑的1.5倍。若孔距大于1.5倍，可能造成相鄰兩孔注漿時不能搭接成幕；孔距太近，則在經濟上不合理，且在注漿時，會造成相鄰孔相互影響。

（5）注漿段長，一般為0.5～1.0m。

（6）注漿壓力。注漿壓力不宜過大，否則易造成地表冒漿或表層抬動。一般孔深每增加1米，壓力可增加0.01～0.02MPa。注漿壓力可按公式P=Po+MD計算,公式中Po值取0.1 MPa，M值取0.02MPa,D為孔段埋深(m)。

（7）注漿順序。注漿順序為先施工邊緣幕孔，再施工加固孔，即先注第一序次孔，再注第二序次孔，最后注第三序次孔。

（8）注漿結束。注漿在規定的壓力下,當注入率下大于0.4L/min時，持續60min；或不大于1L/min時，持續90min，注漿即可結束。

3.2 障礙物類：（1）巖石：目前，在巖石中頂管主要有以下幾種措施：①爆破，包括微量爆破和靜態爆破。微量爆破會造成地面震動，對在城市開放地面的道路或附近建筑及人員安全造成威脅，一般不允許采用。靜態爆破在巖石上鉆出孔洞，然后在孔洞中放入靜態爆破劑（一種類似于水泥和膨脹劑的混合物），靜置一段時間，利用孔洞中的靜態爆破劑發生化學作用繼而引發的物理膨脹而產生的力，去撐裂巖石。該方法化學反應時間一般需要24小時，施工進度緩慢。②物理破碎，一般情況下，頂管過程中遇到的主要為孤石。巖石硬度小（不大于15MPa）和尺寸不大的情況下，可采用風鎬開鑿，該方法經濟、便捷。巖石硬度大時，風鎬鑿進速度緩慢，工作強度大。利用巖石的抗拉強度遠低于抗壓強度的特點，采用液壓劈裂機楔塊原理產生的分裂力對巖體進行破碎。方法如下：首先用風鎬或水鉆在管道外壁周邊開鑿或取芯，再在巖體截面核心用風鉆鉆出鉆孔，使用液壓劈裂機使核心巖體爆裂，將巖石分塊取出，清渣出洞。（2）構（建）筑物基礎、管溝（線）。此種情況主要因前期調查測量不足引起的，應根據現場情況采取針對性措施進行處理。如頂管與障礙物接觸面較小時，也可采用糾偏進行避讓。但該方式調整角度不大，且受工程設計限制，局限性較大。

4 需要注意的問題

（1）在地下水位以下的土體承載力fd小于30KPa，含有垃圾的雜填土和滲透系數較大的砂礫層、淤泥層中頂管，管道容易下沉、失穩。應采取換填、拋石擠淤、打鋼管樁、底部注漿等方式加固基礎。（2）在軟硬不均的土層界面上頂管，應加大糾偏的頻率。