富水粉细沙地层泥水平衡顶管施工探索与应用

富水粉细沙地层泥水平衡顶管施工探索与应用

李刚

中石化中原油建工程有限公司

摘要：沙特哈撒市区ABS-AP--409顶管施工区域，属全程高含水粉细沙地段，地质情况较为复杂。工作井紧邻当地居民房屋，接收井出洞处上方为φ800玻璃钢污水管道，受地下水及明渠水作用，成井易发生房屋地基下沉或墙体倾斜和玻璃钢管破损，均使用拉森钢板桩对成井支护，复杂地质顶管施工如操作不当也易导致地面下降。本文结合工程实例，成功完成该处顶管施工，供类似工程参考。

关键词：高含水流沙层拉森钢板桩泥水平衡顶管

一、工程概述

沙特王国农业部净化水输水工程，最早于上世纪九十年代初立项，为该国农业部历史上最大的水循环再利用项目，管道起点位于库巴市，途经阿布奎克地区，进入增压站进行加压，再泵送至管道终点哈撒灌溉区。管道设计全长约182公里，主管道直径1.5米，部分支线管径为1.0米和0.9米，支线均位于管道末端。

1.1工程概况

施工的桩号ABS-AP-409长度65米的顶管，为哈撒市区穿越市政公路跨灌溉水渠路桥及四处暗埋DN500排水管顶管施工，该处埋深管顶标高与路面不低于5.50米。该顶管路由与水渠涵管、跨水渠路桥及交通路口交叉并与灌溉水渠明渠邻近20米，地勘显示为高含水细沙，同时工作井位置与居民房屋间距4.0米左右，设计采用DN2000钢筋砼管敷设穿越，该套管外径为2422mm，长度2500mm，单管重量9.145吨。本处施工根据地质状况采用国产泥水平衡设备进行顶管施工。

1.2工程特点

1.2.1施工现场临近居民房屋和市区交通环道，属哈撒市城区与胡夫市交通主干道，车辆较多，必须做好交通疏导，确保道路畅通。

1.2.2本工程顶管区域因邻近居民房屋和水渠，地下水位较高，承压水压力较大，

工作井开挖施工若底板及洞门封堵不好易发生临近房屋沉陷，顶进控制不当将会使得路面地表出现塌陷和接收井上方刚施工完成的φ800污水管道发生无支撑撕裂现象，既影响交通也将导致污水四溢。

1.2.3富水沙层的顶管施工容易出现塌方现象，顶进轴线控制较难，稍有不慎就会使得轴线偏位和机头下沉。

1.2.4本处顶管为哈撒区域控制性工程，路政及市政许可均批复为30个工作日，如工期拖延，将使得造价增加和增加办理许可的难度，因此必须编写严谨缜密的施工方案和测量方案对顶进速度、方向进行控制，方可保证按期完成。

1.3地质水文情况

根据地质勘察资料显示，顶管施工区域地层为淤泥夹砂、粉细沙，水位标高2.5～9.23m。

二、高含水细沙地质泥水平衡顶管施工

设计顶管施工穿越地层为中细沙层，而中细沙层位于富含水层，水位较高,扰动后易成流沙成流塑状，对顶管施工影响较大，增加顶管难度；同时，因施工位置狭窄，顶管穿越工作井、接收井点位紧邻居民房屋及刚施工完成的φ800mm玻璃钢污水管道及公路较近，开挖时根据地质判断应会常伴有集中涌水涌沙现象，影响房屋及污水管道和道路安全，考虑到管道埋置较深，工作井及接收井均采用拉森钢板桩支护。

2.1工作井

钻孔机施工中拉森钢板桩安装靠近房屋处完成安装的拉森钢板桩

为了确保工作井开挖时外界的泥沙水劲量少的进入工作井内，使得紧邻的房屋墙体不出现沉陷开裂现象，在靠近墙体处的“］”型井壁采取先用φ600的麻花钻钻孔10米，成孔后再逐根安装拉森钢板桩，这样可以降低打桩时产生的震动频率对房屋结构的影响，避免发生房体开裂和地基下沉；同时顺拉森钢板桩外侧加注1.0--1.5米的纯水泥浆，对钢板桩末端未咬合处能进行有效的封堵，使该深度处形成一个基本密闭的隔离墙，可有效防止井壁周围水体在开挖时涌入井内;剩余一侧井壁直接用气锤将拉森钢板桩夯入土体。整个工作沉井开挖施工完后，既无水体涌入，也未发生对临近房屋墙体的扰动，至顶管完成，房屋安然无恙。

2.2进、出洞口外侧土层加固

为防止机头始发或接收时洞门土体失稳，发生土体坍塌和水土流失，运用已成熟施工技术“压密注浆法”对进、出洞口处沙层进行地质改良，主要是针对洞口位置1.5米范围内进行。具体为采用水泥浆液配比为水泥:水=1:1，用螺杆泵进行不间断搅拌，注浆压力控制在0.2-0.3Mpa之间，区域以大于洞门直径0.5为宜，以一米为一段进行后退式注浆。采用此方法稳固洞门附近土体，取得良好效果，基本对靠近的房屋和污水管道造成影响。

2.3接收井

接收井按设计要求属于放坡开挖方式。但由于顺接收井两侧紧邻刚施工完的市政φ800排污玻璃钢管道和椰枣林，且因椰枣树浇灌地下水位较高，给接收井按此方式开挖带来困难。结合工作井施工经验，该处继续采用拉森钢板桩制作。施工工序基本与工作井相同，此处采取该施工方法施工，能避免已经完工的玻璃钢污水管道下沉，造成管体撕裂，污水四溢、道路边坡塌陷和地下水涌入接收井内无法进行下部工序施工。

2.4顶进施工

顶管工程根据富水沙层的特点，采用“压密注浆法”方法对基坑与洞口土体进行加固，为防止洞门“压密注浆法”密封效果不好，使土体流失，除应加强洞口止水装置安装质量控制外，还采取了及时调整壁后注浆的配合比，使始发顺利进行。在顶进过程中，提前计算顶进力，并对路面下的顶进措施进行控制，在离顶进即将完成前一分钟停止高压注水，使机头前腔不致产生空洞，千斤顶继续前行致停机，形成刀盘与前方未搅动土体的紧密结合，避免因机头高压水冲击沙体而形成空虚，使路面坍塌。同时运用膨润土注浆方法生成触变泥浆，即使砼管与沙层间有润滑，也对沙洞形成一个稳固的支撑，降低了管壁与沙壁间的摩擦；在顶管施工过程中，加强对砼套管轴线与标高上下、左右偏差的测量，发现偏差及时运用机头内的纠偏千斤顶进行纠偏，在该顶管施工过程中，每日平均顶进砼管长度约为15m左右，满足工期进度要求；现场路面、φ800mm玻璃钢污水管道未发现明显裂缝和沉降，顶管进展十分顺利。实践表明，在富水砂层采用泥水平衡顶管施工技术可行。

三、结束语

本次顶管施工，由于先期进行了方案、施工过程和主要工器具遴选，且选择得当，使工程按要求提前完成。工作井临近房屋采取螺旋钻孔配合拉森钢板桩施工技术，即提高了工作效率又减少了对周边构筑物的影响，受到沙特当地政府部门的赞誉；对防止流沙涌入工作井集思广益后第一次使用注入水泥浆稳固富水粉细沙体，是一次对富水粉细沙地层大胆的尝试。

通过本次施工，对遇粉细沙地层高含水如何制作顶管工作井及顶管施工有了初步认识，对于后续此类地质顶管施工积累了宝贵经验。

作者简介：

李刚，男，1965年10月，工程师，1988年7月毕业于河南广播电视大学经济管理经济统计专业，大专学历，中石化中原油建工程有限公司，从事水平定向钻、顶管工程施工16余年。