特殊地质人工顶管的处置

1概述

人工挖掘顶管操作简便、工程投资低、排障灵活，是普遍采用的施工方式。缺点是机械化程度低、受地质条件影响大。

顶管过程中遇不良地质主要有三类：1）软弱土层，如淤泥、流沙；2）不稳定土层，如杂填土、砂卵石等松散、易坍塌土层；3）障碍物类，如岩石、构建筑物基础、未探明的管沟（线）等。

2不良土层施工难点

2.1软弱土层类。在淤泥和流砂层顶管施工时，管道前端及外壁的淤泥和砂被地下水从管内冲出，发生管涌，威胁施工人员的安全，管道上部及两侧形成空腔，造成地面下沉，管道在重力作用下容易下沉，顶管方向偏移，造成顶管失败。

2.2不稳定土层类。人工填土、杂填土、砂卵石等土层孔隙率大，自稳能力差，人工顶管掘进过程中掌子面和管道两侧容易坍塌，威胁施工人员安全，造成地面沉降。

2.3障碍物。顶管遇障碍物有突发性、偶然性的特点，主要有岩石、构建筑物基础、未探明的管沟（线）等。

3处理方案

施工过程中如遇软弱土层、不稳定土层、岩石、障碍物时，应立即停止施工。采用补勘或其他探测手段探明不良地质和障碍物情况，根据所掌握资料确定处理方案。有开挖条件时，应将开挖处理方案和非开挖处理方案进行技术、经济比较，选择技术可行、经济合理的处理方案。无开挖条件时，面临最大问题是土层在顶管掘进过程中垮塌。故开挖前需通过对土体加固，使土体达到适宜开挖的条件。土体加固最常用、最经济的方法是水泥压浆固结，简称注浆。注浆取材容易，操作简单，可有效将软基、不稳定土层改良成适宜顶管的良性土体，是一种普遍应用的施工方式。

3.1土体加固。水泥压浆固结技术是通过一定的压力将可固化的化学浆液或水泥浆液注入地层土的裂缝或空隙，以改善地层的物理力学性质。注浆前应通过试注确定压浆的适用性，寻找合适的压浆方法，并确定浆液的配比、注浆孔间距及深度、压浆频次、注浆压力、单位注入量等。

（1）水泥压浆固结施工工艺流程如下：

（2）注浆管制作。注浆管选用φ48mm、厚4mm的焊接钢管加工而成，注浆管上钻φ10mm出浆孔，纵距0.25m，横向四等分圆，按梅花形排列。注浆管底深度至管顶以上0.5m。

（3）浆液配置。水泥注浆的主要材料是水泥和水，根据工程需要也可加入黏土、粉煤灰、膨润土、砂等掺合料和外加剂。水泥浆液灰水比5：1~0.5:1，浆液要有良好的可泵性、和易性、保水性。

（4）注浆扩散半径与注浆孔的布置。浆液在地层的扩散半径是确定孔距、排距布置的重要参数。根据《水利水电工程施工手册（第一册）》5.3节 ，扩散半径可根据马格公式计算：

或

求得浆液的扩散半径后，即可计算孔距，孔距应为扩散半径的1.5倍。若孔距大于1.5倍，可能造成相邻两孔注浆时不能搭接成幕；孔距太近，则在经济上不合理，且在注浆时，会造成相邻孔相互影响。

（5）注浆段长，一般为0.5~1.0m。

（6）注浆压力。注浆压力不宜过大，否则易造成地表冒浆或表层抬动。一般孔深每增加1米，压力可增加0.01~0.02MPa。注浆压力可按公式P=Po+MD计算,公式中Po值取0.1 MPa，M值取0.02MPa,D为孔段埋深(m)。

（7）注浆顺序。注浆顺序为先施工边缘幕孔，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）注浆结束。注浆在规定的压力下,当注入率下大于0.4L/min时，持续60min；或不大于1L/min时，持续90min，注浆即可结束。

3.2障碍物类：（1）岩石：目前，在岩石中顶管主要有以下几种措施：①爆破，包括微量爆破和静态爆破。微量爆破会造成地面震动，对在城市开放地面的道路或附近建筑及人员安全造成威胁，一般不允许采用。静态爆破在岩石上钻出孔洞，然后在孔洞中放入静态爆破剂（一种类似于水泥和膨胀剂的混合物），静置一段时间，利用孔洞中的静态爆破剂发生化学作用继而引发的物理膨胀而产生的力，去撑裂岩石。该方法化学反应时间一般需要24小时，施工进度缓慢。②物理破碎，一般情况下，顶管过程中遇到的主要为孤石。岩石硬度小（不大于15MPa）和尺寸不大的情况下，可采用风镐开凿，该方法经济、便捷。岩石硬度大时，风镐凿进速度缓慢，工作强度大。利用岩石的抗拉强度远低于抗压强度的特点，采用液压劈裂机楔块原理产生的分裂力对岩体进行破碎。方法如下：

首先用风镐或水钻在管道外壁周边开凿或取芯，再在岩体截面核心用风钻钻出钻孔，使用液压劈裂机使核心岩体爆裂，将岩石分块取出，清渣出洞。（2）构（建）筑物基础、管沟（线）。此种情况主要因前期调查测量不足引起的，应根据现场情况采取针对性措施进行处理。如顶管与障碍物接触面较小时，也可采用纠偏进行避让。但该方式调整角度不大，且受工程设计限制，局限性较大。

4需要注意的问题

（1）在地下水位以下的土体承载力fd小于30KPa，含有垃圾的杂填土和渗透系数较大的砂砾层、淤泥层中顶管，管道容易下沉、失稳。应采取换填、抛石挤淤、打钢管桩、底部注浆等方式加固基础。（2）在软硬不均的土层界面上顶管，应加大纠偏的频率。

参考文献：

[1].《给水排水工程顶管技术规程》（CECS 246-2008）[2].《顶管施工技术及验收规范（试行）》

[3].《在岩石中顶管的设计施工总结和研析》范毅雄 陈文华 秦光堂 王小平 关兴