復(fù)雜地質(zhì)條件下大直徑大埋深頂管工程設(shè)計(jì)
郭維華

摘要：本文筆者根據(jù)工程實(shí)例闡述大直徑大埋深在復(fù)雜灰?guī)r地質(zhì)條件下的頂管設(shè)計(jì)及施工，介紹了工程施工中才用的各種工法及施工措施，并介紹了對(duì)工程發(fā)生的特殊情況實(shí)際的解決方案。
關(guān)鍵詞： 大直徑 大埋深 灰?guī)r地區(qū) 人工頂管

工程概括
本工程為某污水廠進(jìn)廠主干管，管道鋪設(shè)在該污水廠進(jìn)廠道路上，進(jìn)廠道路同污水廠同期建設(shè)，現(xiàn)狀為農(nóng)田及菜地，部分地塊為廠房及居民住宅，局部長(zhǎng)約200m的為現(xiàn)狀道路。四周均是山地，對(duì)于污水自流進(jìn)廠十分不利，存在埋深深、工程實(shí)施難度大的情況。
擬建場(chǎng)地地質(zhì)條件
由于場(chǎng)地原因，部分地質(zhì)鉆點(diǎn)離設(shè)計(jì)管線距離較遠(yuǎn)，鉆孔僅能作參考，部分地質(zhì)鉆探無(wú)法施工，根據(jù)根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)初勘材料報(bào)告，地質(zhì)分層情況如下：素填土、淤泥、細(xì)砂、粗砂、礫砂、粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、全風(fēng)化炭質(zhì)泥巖、強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥巖、灰?guī)r、灰?guī)r溶洞。
根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)鉆孔，本地區(qū)地質(zhì)比較復(fù)雜，地層層厚，分布不均。地質(zhì)層面起伏變化較大，存在典型溶巖地貌，發(fā)現(xiàn)有灰?guī)r溶洞揭露，無(wú)充填。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的勘察鉆孔水位，勘察期間測(cè)得鉆孔水穩(wěn)定水位埋深0.2～3.9m。本場(chǎng)地地下水類型可分為上層滯水、潛水兩種。
本工程設(shè)計(jì)施工特點(diǎn)及難點(diǎn)
由于本工程管道埋深較深，地質(zhì)復(fù)雜，本工程設(shè)計(jì)施工有以下特點(diǎn)及難點(diǎn)：
管埋深較深，導(dǎo)致工作（接受）井基坑深，深基坑支護(hù)費(fèi)用較大。
管道穿越土層堅(jiān)硬，頂進(jìn)時(shí)土層摩阻力較大，必須采用一定的減摩措施。
管道穿越地層巖面起伏大，頂進(jìn)工作面土層軟硬相交，頂管施工容易發(fā)生偏差，難以保證管道標(biāo)高及頂進(jìn)方向。
部分管道穿越地層為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖層，采用機(jī)械頂管施工頂進(jìn)速度慢，甚至頂進(jìn)困難。
部分管道穿越地層為微風(fēng)化灰?guī)r層，機(jī)械頂管無(wú)法施工，須采用敞開式頂管機(jī)頂管，采用化學(xué)爆破巖石，機(jī)械或人工掘進(jìn)施工，頂進(jìn)速度緩慢。敞開式頂管機(jī)頂管施工對(duì)于施工人員存在極大的安全隱患，施工時(shí)應(yīng)確保施工人員人身安全。
微風(fēng)化灰?guī)r存在溶（土）洞分布，大小不均，溶洞處理比較復(fù)雜，處理費(fèi)用巨大，而且難以估算。不明溶洞會(huì)影響管道施工安全。
頂管工程設(shè)計(jì)
管道基礎(chǔ)形式及地基處理
該工程污水管線采用DN3000鋼筋混凝土管。管底普遍埋深為13.2m～15.5m，個(gè)別管段埋深16.7m。由于管道埋深較深，擬采用頂管施工。
根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)勘察報(bào)告，管道埋置地層比較復(fù)雜。管道分別置于粘土層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、灰?guī)r層。管道地基土承載力較高，不做地基處理，采用天然地基，但是必須對(duì)管道基礎(chǔ)埋深一定范圍內(nèi)溶洞進(jìn)行處理，防止溶洞對(duì)管道影響。
頂管施工
根據(jù)頂管施工采用挖掘方式，頂管施工方法可分為平衡式頂管施工和敞開式頂管使用。要防止發(fā)生安全事故，需對(duì)砂層進(jìn)行處理，一般做法為在管前進(jìn)方向兩側(cè)做止水帷幕，并對(duì)管前進(jìn)上方進(jìn)行加密注漿固結(jié)處理。
擬采用止水措施為，如果管范圍內(nèi)存在砂層或軟弱土層時(shí)，采用φ1000旋噴樁搭接200mm或者φ500攪拌樁搭接150mm，將管外徑四周2m范圍內(nèi)砂層或軟弱土層進(jìn)行固結(jié)。
本工程管道穿越地層情況有：粉質(zhì)粘土層、強(qiáng)化泥巖層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖同全風(fēng)化分界巖層、粘土層同砂層交界巖層、微風(fēng)化巖層、微風(fēng)化灰?guī)r同粉質(zhì)粘土層界巖層、溶（土）洞頂部穿越。
根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)鉆探，頂管穿越地層比較復(fù)雜，適用于本工程的頂管施工方法主要有以下幾種：
泥水平衡法頂管施工，并采用相應(yīng)的減摩措施。
土壓平衡法頂管施工，并采用相應(yīng)的減摩措施。
人工頂管施工，并采用相應(yīng)的減摩措施，同時(shí)對(duì)頂管穿過地區(qū)的不穩(wěn)定土層進(jìn)行處理。
根據(jù)管道所穿越地質(zhì)情況不同，本工程頂管施工分以下幾種方式：
在粘土層穿過的管道，采用泥水平衡法或土壓平衡法頂管施工，并采用相應(yīng)減摩措施。
在強(qiáng)風(fēng)化巖面同粘土，砂層交界處穿過的管，采用泥水平衡法或土壓平衡法頂管施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)風(fēng)化巖強(qiáng)度，選擇采用大刀盤的、多刀盤、帶有軋石功能的或帶破巖功能的頂管機(jī)械。
在微風(fēng)化灰?guī)r層中頂管采用敞開式頂管機(jī)，化學(xué)爆破炸巖掘進(jìn)或者采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工，施工前應(yīng)處理好溶（土）洞，保證施工安全。
當(dāng)微風(fēng)化灰?guī)r層巖面位于管范圍內(nèi)時(shí)，如果管范圍內(nèi)存在砂層等軟弱土層，管頂無(wú)不透水層或者不透水層較薄時(shí)，在管周圍施工止水帷幕，固結(jié)不穩(wěn)定土層，然后再施工，嚴(yán)防發(fā)生大面積透水、流沙、塌方等安全事故，保證施工安全，確保施工人員人身安全。
本管道鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)位于道路及農(nóng)田內(nèi)，部分穿越居民住宅（住宅計(jì)劃拆遷）�，F(xiàn)場(chǎng)道路寬度約10～16m左右，道路中間，兩側(cè)大量高壓線網(wǎng)，而且比較密集，高壓線距地面約7～8m，施工場(chǎng)地比較狹小，不利于頂管工作接收井布置。
根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，綜合現(xiàn)場(chǎng)地形施工場(chǎng)地，對(duì)不同地質(zhì)情況管道采用不同頂管施工工藝，工作接收井間距布置約90～210m。施工時(shí)根據(jù)施工機(jī)械、管材允許頂力、估算頂力、后座墻設(shè)置等情況考慮設(shè)置中繼間。
頂管工作井（接收井）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及基坑開挖
工作井?dāng)M采用內(nèi)徑9m圓井，接受井采用內(nèi)徑7m圓井。井深約為14～16m。
一般頂管用工作（接收）井形式主要有：鋼板樁支護(hù)，沉井，地下連續(xù)墻，鉆孔樁，逆做拱墻法。
本管道鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)位于道路及農(nóng)田內(nèi)，部分穿越居民住宅（住宅計(jì)劃拆遷）。現(xiàn)場(chǎng)道路寬度約10～16m左右，道路中間，兩側(cè)大量高壓線網(wǎng)，而且比較密集，高壓線距地面約7～8m，施工場(chǎng)地比較狹小。
由于采用鋼板樁，沉井，地下連續(xù)墻，鉆孔樁等方式施工需要比較高的施工空間，部分施工場(chǎng)地比較狹小，高壓線無(wú)法遷移，故很難使用以上方式施工工作井，故工作井接收井采用逆作拱墻法施工，拱墻外圍施工兩排高壓旋噴樁止水，旋噴樁搭接150mm。
拱墻土方開挖采用人工及機(jī)械組合，垂直方向每層不大于1.0米，水平方向分成4段施工。基坑邊設(shè)350×350mm集水溝及沉降位移觀察點(diǎn)。
施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)拱曲線沿曲率半徑方向的誤差不得超過±40m，不平整度不大于50mm。如對(duì)拱墻施工質(zhì)量有懷疑，應(yīng)采用鉆芯法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量為100平方米墻面為一組，每組不少于3點(diǎn)。
如果井范圍內(nèi)、基坑爆破施工影響范圍及頂管施工影響范圍內(nèi)存在溶（土）洞，則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，先對(duì)溶（土）洞進(jìn)行處理后再開挖施工。
施工過程中遇到的問題及解決方法
1．部分管段從強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r穿過，強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r巖芯碎裂，裂隙很發(fā)育，灰?guī)r巖面到管道頂約1～2m左右，灰?guī)r上臥層為砂層，管道埋深約14m，地下水壓力大，地下水從灰?guī)r裂隙往下滲漏，造成管涌，有塌方施工危險(xiǎn)。在這些管段頂進(jìn)施工前，將這些管段管頂2m灰?guī)r或者砂層進(jìn)行注漿加固處理，能防止塌頂或者漏水。
2．采用泥水平衡頂管施工管段遇到灰?guī)r石筍，頂管機(jī)無(wú)法繼續(xù)頂進(jìn)，在地面將灰?guī)r石筍沖碎然后回填粘土繼續(xù)頂進(jìn)。
3.頂進(jìn)施工時(shí)發(fā)現(xiàn)有串珠狀的溶洞，在有溶洞地段先采用注漿方式對(duì)溶洞進(jìn)行處理，然后再頂進(jìn)施工。
總結(jié)
從本工程設(shè)計(jì)施工過程看，在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行大直徑頂管施工是可行的。在設(shè)計(jì)施工前應(yīng)對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)條件進(jìn)行徹底的勘察，對(duì)處不同地質(zhì)條件下的管段分別采用不同的施工工藝。施工中及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行施工方法調(diào)整，使得工程順利完成。

 

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