跨河管道工程防滲處理效果檢測(cè)技術(shù)淺析

徐海波 吳 瓊

一、引言

管道工程跨河段建設(shè)是全線的重要節(jié)點(diǎn)，不僅涉及到管道的安全，還涉及到堤防的安全。近年來(lái)隨著施工技術(shù)以及施工設(shè)備的進(jìn)步，管道跨河往往采用下穿形式。定向鉆技術(shù)是近年來(lái)一種新型的下穿建筑物施工方法，主要利用在鉆頭上安裝定位裝置從地下深部穿過(guò)目標(biāo)建筑物。由于鉆頭的來(lái)回反復(fù)作用，鉆孔側(cè)壁的土體原有密實(shí)度被破壞，孔壁易形成滲流通道，威脅工程安全。為消除因滲流產(chǎn)生的影響，工程中往往在管道側(cè)壁進(jìn)行灌漿防滲處理。本文以某管道工程下穿淮河為例，詳細(xì)介紹了定向鉆施工技術(shù)的基本原理及施工工藝，分析了管道壓密灌漿防滲處理工程的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)和效果評(píng)價(jià)方法。

二、工程概況及施工工藝

1.工程概況

某管道工程需下穿淮河布置2條管線，管道采用定向鉆拉管法鋪設(shè)。為消除管道四周存在的滲漏隱患，沿管道線對(duì)管道四周進(jìn)行壓密灌漿防滲處理，確保淮河堤防安全。灌漿材料為P.O42.5普通硅酸鹽水泥、水玻璃及土料等；灌漿壓力0.1～0.3 MPa；灌漿孔布置范圍為入土點(diǎn)至灘地側(cè)堤腳線外30m，管道線共布置4排灌漿孔，管道兩側(cè)各2排，灌漿深度至管道底高程下方2m，深度約6～37m，灌漿孔排間距約1.5m，孔間距1.5m，梅花形布置。

2.施工工藝

定向鉆是一種非破壞性或破壞性較小的地下管道、電纜鋪設(shè)的施工技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于建筑、市政、能源管道等工程中，管道直徑位于300～1200mm，工作環(huán)境溫度為-15℃～+45℃。定向鉆技術(shù)是將石油工業(yè)的定向鉆進(jìn)技術(shù)和傳統(tǒng)的管線施工方法結(jié)合在一起的一項(xiàng)施工新技術(shù)，具有施工速度快、施工精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

采用定向鉆鋪設(shè)管道一般為7個(gè)流程，即鉆孔勘察、鉆孔線路規(guī)劃設(shè)計(jì)、制備漿液、導(dǎo)向孔施工、鉆頭擴(kuò)孔、回拉鋪管。鉆孔勘察主要掌握工程區(qū)域的地層分布、土體特性、地下水以及不良地質(zhì)等情況；鉆孔線路規(guī)劃設(shè)計(jì)為施工提供詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)、鉆孔路徑規(guī)劃等；配置鉆液為鉆頭、管道與土層提供潤(rùn)滑作用，減小鉆進(jìn)、鋪管過(guò)程中的阻力，同時(shí)冷卻鉆頭和攜帶鉆屑；導(dǎo)向孔是下穿管道工程的核心，施工過(guò)程應(yīng)加強(qiáng)全過(guò)程監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整施工方案、更換鉆具等；鉆頭擴(kuò)孔是利用擴(kuò)孔鉆頭沿著導(dǎo)向孔來(lái)回反復(fù)鉆進(jìn)，擴(kuò)大導(dǎo)向孔的孔徑直至滿足鋪設(shè)管道直徑鋪設(shè)要求為止。管道鋪設(shè)完畢后，為消除管道附近滲漏隱患，多采用灌漿、截滲墻等技術(shù)進(jìn)行防滲處理。

三、質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)方法

管道采用防滲處理的目的是截?cái)嘁蚬艿朗┕ひ鸬墓艿琅c土體之間可能產(chǎn)生的滲漏通道，避免地下水、河水等沿管道壁滲漏到堤身以外，確保堤防防洪安全。根據(jù)上述分析，應(yīng)參考防滲處理工程的檢測(cè)技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)工程質(zhì)量。為此可選取不同時(shí)期、不同區(qū)域的土體滲透性以及漿液與土體膠結(jié)情況等方面進(jìn)行效果評(píng)價(jià)。涉及的檢測(cè)方法主要有：（1）鉆孔勘查，根據(jù)取得的芯樣查看管道四周注漿范圍內(nèi)漿液與土體膠結(jié)情況；（2）土體防滲能力檢驗(yàn)，通過(guò)室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)滲透性試驗(yàn)測(cè)試處理區(qū)、非處理區(qū)土體的滲透系數(shù)，以此對(duì)比評(píng)價(jià)處理前后的土體防滲效果。

1.布置方案

根據(jù)設(shè)計(jì)、施工資料，該工程檢測(cè)布置方案如下：布置2個(gè)檢測(cè)斷面，臨、背水側(cè)各1個(gè)；鉆孔共計(jì)6個(gè)，其中5個(gè)鉆孔位于管道灌漿區(qū)域，1個(gè)鉆孔位于非工程區(qū)域；鉆孔深度為設(shè)計(jì)灌漿深度，鉆探深度范圍內(nèi)每2m取1個(gè)土樣，檢查壓密灌漿漿液與土體膠結(jié)情況；采用變水頭室內(nèi)滲透試驗(yàn)測(cè)試所取土樣的滲透系數(shù)；采用鉆孔變水頭試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試灌漿層以及非灌漿層的滲透系數(shù)。

2.質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)與效果評(píng)價(jià)

（1）鉆孔勘查

根據(jù)鉆孔勘查結(jié)果，堤身和堤基土層自上而下分述如下：①填土：黃褐色，以粘性土為主，該層主要為堤身填土。②堤基輕粉質(zhì)壤土：灰黃、褐黃色，稍濕，軟塑到可塑狀。③堤基重粉質(zhì)壤土：青灰、黃褐色，稍濕，可塑。④堤基砂土：青灰色，濕，密實(shí)，本層未揭穿。通過(guò)對(duì)鉆孔芯樣檢查，發(fā)現(xiàn)壓密灌漿漿液與土體膠結(jié)情況較好，未見(jiàn)疏松和孔洞等現(xiàn)象。

（2）室內(nèi)滲透試驗(yàn)

管道壓密灌漿區(qū)域位于輕粉質(zhì)壤土層，屬于細(xì)粒土，根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237）滲透試驗(yàn)要求，該土體室內(nèi)滲透系數(shù)測(cè)試應(yīng)采用變水頭法。

變水頭試驗(yàn)法是試驗(yàn)過(guò)程中水頭差一直隨時(shí)間而變化，通過(guò)觀察一定時(shí)間內(nèi)的水頭變化高度和滲出流量，計(jì)算土體的滲透系數(shù)。計(jì)算公式見(jiàn)式1：

式中：a—變水頭管截面積，cm2；

L—滲徑，cm；

△h1—開(kāi)始時(shí)水頭，cm；

△h2—終了時(shí)水頭，cm；

A—試樣的斷面面積，cm2；

t—時(shí)間，s。

表1 室內(nèi)滲透試驗(yàn)成果匯總表

表2 現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn)成果表

表1為室內(nèi)滲透試驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)表1可知，壓密灌漿處理區(qū)（ZK1～ZK5）土體的滲透系數(shù)為1.25×10-6～3.69×10-6，非壓密灌漿處理區(qū)（ZK6）鉆孔取樣的室內(nèi)滲透數(shù)為3.48×10-6～5.81×10-6cm/s。

（3）鉆孔注水試驗(yàn)

室內(nèi)滲透試驗(yàn)測(cè)試的是鉆孔芯樣，由于取樣、運(yùn)輸、制備過(guò)程對(duì)樣品的影響，室內(nèi)測(cè)試成果的代表性并不真實(shí)反映土體的防滲能力。目前能客觀反映土層滲透性的試驗(yàn)測(cè)試方法是原位鉆孔注水試驗(yàn)。變水頭鉆孔注水試驗(yàn)適用于滲透性較低的粘性土，本次就采用該方法。變水頭鉆孔注水試驗(yàn)滲透系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：

k—試驗(yàn)土層的滲透系數(shù)，cm/s；

t1、t2—注水試驗(yàn)?zāi)骋粫r(shí)刻的試驗(yàn)時(shí)間，min；

H1、H2—在試驗(yàn)時(shí)間t1、t2時(shí)的試驗(yàn)水頭，cm；

r—套管內(nèi)半徑，cm；

A—形狀系數(shù)，cm。

表2為各鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)表2鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果可知，ZK1～ZK6鉆孔降水頭注水試驗(yàn)滲透系數(shù)均為i×10-6cm/s，壓密灌漿處理區(qū)（ZK1～ZK5）鉆孔降水頭注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為4.05×10-6～5.73×10-6cm/s，非處理區(qū)未擾動(dòng)土層（ZK6）的鉆孔降水頭注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為7.54×10-6cm/s。

3.防滲效果評(píng)價(jià)

由于缺少施工前灌漿區(qū)域內(nèi)土體的滲透性資料，無(wú)法采用該區(qū)域內(nèi)施工前、后土體的滲透性能來(lái)判斷灌漿工程的防滲效果。根據(jù)地質(zhì)條件在相鄰地區(qū)的相似性，可采用施工影響范圍外的相鄰區(qū)域的土體滲透性作為施工前土體的滲透指標(biāo)，依此對(duì)處理前和處理后土體的滲透能力變化進(jìn)行分析，進(jìn)而評(píng)價(jià)灌漿工程的防滲效果。

鉆孔勘查結(jié)果顯示，壓密灌漿漿液與土體膠結(jié)情況較好，未見(jiàn)疏松和孔洞等現(xiàn)象。

室內(nèi)滲透試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果表明，壓密灌漿處理區(qū)土體的滲透系數(shù)與非處理區(qū)土體的滲透系數(shù)均在同一個(gè)數(shù)量級(jí)i×10-6，即通過(guò)防滲處理后土體的防滲能力與處理前原有土體的防滲能力相當(dāng)，間接證明了處理后土體的防滲能力達(dá)到了原有水平，壓密灌漿工程具有較好的防滲效果。

四、結(jié)論

本文通過(guò)某管道工程為例，介紹了管道工程下穿河道的定向鉆施工技術(shù)，分析了管道周邊壓密灌漿防滲處理工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)及效果評(píng)價(jià)方法。

（1）定向鉆是一種方便快捷的管道工程下穿河道的施工工藝，施工前應(yīng)編制詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)，及時(shí)監(jiān)控、掌握鉆進(jìn)過(guò)程，確保工程施工質(zhì)量。

（2）鉆孔勘查結(jié)果顯示，壓密灌漿漿液與土體膠結(jié)情況較好，未見(jiàn)疏松和孔洞等現(xiàn)象。

（3）土體和土層滲透性試驗(yàn)結(jié)果表明，壓密灌漿處理區(qū)土體的滲透系數(shù)與非處理區(qū)土體的滲透系數(shù)均在同一個(gè)數(shù)量級(jí)i×10-6，即通過(guò)防滲處理后土體的防滲能力與處理前原有土體的防滲能力相當(dāng)，間接證明了處理后土體的防滲能力達(dá)到了原有水平，壓密灌漿工程具有較好的防滲效果■