大直徑超深長距離湖底巖石頂管遇不均勻地質夾層施工處理

王寶龍

隨著我國城市規模的不斷擴展，城市的用電量也不斷增大，在城區中采用架空高壓輸電給各城市建設帶來諸多不利因素；我國目前各城市地下綜合管廊的飛速發展以及非開挖管廊施工工藝的日趨成熟。將架空線路改入地下輸送已成全國各城市的發展趨勢，采用頂管施工的電力電纜隧道也越來越普遍。受淺地層地質復雜、輸出電量電壓的不同及電纜回路的影響，電力電纜隧道的截面尺寸也不斷增大，頂管機的直徑也不斷增大，適用地質范圍不斷擴大。頂管施工占地面積小，在地（水）面以下較深位置施工，對地面及河道影響較小，施工控制可保證地表交通暢通、河道正常通航。在穿越運營線、城市主干道、河流等建筑物時可有效控制沉降、確保地面構造物安全；頂管法隧道施工比同管徑的明挖、盾構法適應性強。

一、引言

巢湖大橋電力電纜隧道工程管段總長度為780m，頂管上覆土埋深為29.7m～33.2m，穿越巢湖裕溪河航道380m，頂管層為中風化砂礫層，按照地質報告上層分別為強風化砂礫巖、卵石、礫石層，地質條件非常復雜。根據地質報告頂管機的選型、施工技術及施工中存在的問題及對策進行研究是非常重要的。

二、問題產生原因

按照地質報告及設計文件頂管層位于第⑦層中風化砂礫巖層，巖芯較完整，呈長柱狀，屬軟巖，巖石基本質量等級為IV類，該層在場地內分布普遍。按照要求在本地層施工，施工難度相對來說較小。從現場實際情況也能看出掌子面前端較為完整。但在施工至108節（至始發井約500m位置）湖底下方時，地質發生變化，中風化砂礫巖層標高下降，卵石及礫石層下侵至頂管層，出現約3-5m的涌沙層。由于為減小頂管阻力，使頂管順利進行，頂管管壁與頂管機形成的孔道每邊有2.5cm的縫隙，卵石及礫石層為松散涌沙層，不能形成固結，沙礫將跟隨頂管前進，將頂管管壁與頂管機形成的孔道每邊有2.5cm的縫隙全部堵死。致使始發端頂力驟增，根據現場實際頂進記錄，頂進5根管節頂力就由1600t升至2100t（設計頂力3000t），如繼續施工頂力持續增加，可能將對混凝土管節造成損傷，將造成不可挽回的事故。

三、坍塌具體位置確定

圖1 縱斷面剖面圖

由于此坍塌位置正處于巢湖湖底，且為航道中心，采用水面下套管地質勘探難度較大、且費用較高。如采用從管道內壁向外采用超聲波探測，根據專家及地勘單位意見，砂礫卵石層與中風化砂礫巖層從波形圖中無法辨認，所以做超聲波地質探測無實質意義。

經討論確定方案為在管壁內測通過打試探孔方式，最后經過在管壁外側鉆3個孔，確定地層情況及坍塌范圍為106節～108節位置。

圖2 頂管俯視圖

四、處理方案比選

此坍塌位置正處于巢湖湖底，且為航道中心，所以自水面上端往下處理難度較大，不到萬不得已，不采用此種處理方式。

如想使頂管順利進行，必須將下坍卵石及礫石松散涌沙層進行固結，使之不再坍塌，但如采用注水泥漿后其他固結材料，雖可使涌沙層固結，但也可能使固結材料與混凝土頂管固結，使前端頂管徹底抱死。所以此種方式風險極高，不建議采用。最終確定方案為管道內壁開孔，壓入無強度填充物。

五、具體處理方案

1.管壁內側開孔

通過在管壁內側打探孔方式確定好坍塌位置，在坍塌位置管壁開孔，開孔具體為坍塌范圍管節每節管頂端及兩側使用水鉆各開一個2寸圓孔，在管節底端開兩個4寸沖砂孔。為不破壞管節整體受力，在滿足壓泥及沖沙，正常能頂進的情況下，盡量少開孔，孔位置和數量根據塌方沙層的位置可進行調整。注意開孔前，必須先泄壓，每個孔必須安裝球閥，以控制地下水。

2.高壓水沖刷管壁

為保證處理效果，首先采用高壓水通過管節頂部及兩側開孔注入，將管壁外側涌砂通過管壁下端開孔沖出，直至下端出渣孔，無沙礫噴出為止。

3.壓入膨潤土及黃油

將膨潤土參水攪拌，攪拌成泥狀，保證坍落度在20-22cm。使用高壓壓漿機將攪拌好的泥狀膨潤土通過管壁開孔壓入，出氣孔安裝球閥放氣。直至出漿孔有泥狀物冒出且壓漿機壓力表大于2MPa為止。使管壁外側2.5cm縫隙全部充滿無強度膨潤土，將涌沙層進行封堵，在通過注漿口注入黃油減少管壁周圍摩阻力，此措施直至頂管全部貫通結束。

4.頂進

通過此處理措施頂管頂力不再有明顯增加現象，頂力一直保持在2100t（設計3000t）上下浮動，頂管可以正常頂進，壓入膨潤土及黃油停止，頂管正常頂進。

六、結語

通過理論分析, 結合現場實測數據，本方案用于處理在頂管施工過程中由于出現卵石、礫石層侵入頂管層，致使頂管管壁外側與頂管管道間2.5cm空隙被坍塌卵石、礫石、涌砂填充，致使管節抱死，頂力驟增且不具備從管壁外側處理條件等問題。

本方案的原理為在頂管壁內側開孔，向孔內充入高壓水，將管壁周圍涌砂沖刷干凈，在管壁下端開孔排除，然后注入無強度膨潤土，使管壁外側2.5cm縫隙全部充滿無強度膨潤土，將涌沙層進行封堵，在通過注漿口注入黃油減少管壁周圍摩阻力，此措施直至頂管全部貫通結束。頂管頂進力與工程地質條件和施工狀態等因素有直接關系且影響較大，在設計和施工中應在合理預估總頂力的前提下保證工程的安全性和經濟性。