顶管技术在粉砂层地质的应用

顶管技术在粉砂层地质的应用

区文坚

身份证号码：44068219850906****

摘要：管线顶管施工作为一种新施工工艺，受地质条件影响较大，针对不同的地质条件可采用不同的顶进方法。粉细砂层是顶管施工中常见的地层，并且易出现坍塌，但可通过采用注浆加固砂层，保证工程的顺利进行。

关键词：顶管施工；粉细砂层；注浆；加固

一、市政雨污水管道施工管理现状

城市排水系统是城市的“血管”，它隐藏在地表下，维持着整座城市的日常污废水排放。排水管道工程作为城市的隐蔽工程，同时具备着地下疏通与美化市容的两大功能性特点，因而，确保排水管道工程的施工质量，对于城市的长远发展有极其重要的意义。对于具体的市政雨污水管线的施工与质量管理而言，只有在铺设施工过程中及时统筹协调、优化工程结构、紧密链接各施工环节，才能在真正意义上确保市政雨污水管线的工程质量，达到经济发展与环境保护的有机统一。

二、粉细砂层的特点

粉细砂自稳能力较差，较松散，无粘聚力，自身有一定的流动性，在长时间暴露的情况下易发生坍塌，尤其是砂层含水率降低后（经过降水后），稳定性更差。

从土力学角度上分析，土体的稳定性取决于土的抗剪强度T，其公式为：

一剪切面上的法向总应力

一土的内摩擦角。可以理解为块体在斜面.上的临界自稳角，在这个角度内，块体是稳定的：大于这个角度，块体就会产生滑动。

一土的粘聚力

根据公式可得关系图：

力学关系图

其中粉细砂的粘聚力c为零，内摩擦角在28°~36°范围内。根据上图可以看出抗剪强度T很小。所以在施工过程中很容易出现塌方情况。

三、顶管在粉细砂层施工技术

3.1顶管在粉细砂层中的技术应用

粉细砂层具有良好透水性、流动性，易发生坍塌现象，顶管施工难度较大，为了避免坍塌造成质量安全事故，可采用焊接钢管将管道连接、加固的方法进行施工。

目前，顶管施工遇到这种情况时，可通过注浆进行加固，注浆用的浆液的具有良好的胶结、填充等作用，可有效提高底层的土质内聚力，使松散的底层得到加固，灌注的浆液根据材料不同组成主要有水泥浆、水玻璃、水泥粘土浆、膨润土水泥浆四种材料。水泥浆一般具有粘度较低、可灌性好、造价低的特点，结石率可达98%以上，其结石具有较高强度，对环境无污染，因此，在粉细砂层的顶管工程施工中得到广泛的应用。

3.2测量放线

（1）平面控制测量。

施工前根据业主提供的桩位和工程实际情况，建立独立的平面控制网。控制网沿线利用原有的坐标系统，建立附和导线接点网，复合至给定的国家二级导线点，作为首级控制网。根据现场需要另行引导线点，建立附和支导线以满足施工要求。

根据现场踏勘和图纸线形情况，可在线路附近，顶管沉降影响范围以外建立轴线控制点在选择点位时注意相邻点之间是否通视良好。

（2）控制点的保护。

控制点做好后，用混凝土护桩，并用油漆做好醒目的标志。现场定期对平面控制点及高程点进行复测。在进行顶管测量放线时，水准点及规划桩号选择甲方提供的控制点为标准，进行高程引点，并按照设计线位及图纸内容采用全站仪、水准仪、钢尺进行施工放线。经监理验收合格后进行施工。

3.3粉细砂层施工处理技术

顶管施工开始前，为了防止顶进时发生坍塌事故，可采取在顶进口处设置门洞的方式，根据实际需要对门洞进行支护。对于顶管以上0.5m处，可采用顶进7m长100无缝钢管进行加固，使门洞口上方形成管棚，以增强底层的承载力，在顶管顶进时提供一个良好的工作环境。

顶管施工时，由于地质属于粉细砂层极有可能发生塌方事故，针对这种情况，可在掘进的同时在管顶120范围安装钢管，钢管内安装导管进行加压注入液态水玻璃，使前方的砂层加固凝结，这样不但有利于顶管的安全顶进，而且可以提高顶管的施工效率，使工程的施工质量得到保障，对保证工程的整体进度具有十分重要的意义。

对顶进时坍塌的路面至管底高程可作为接收坑使用，顶管到接收坑之间通过焊接钢管可使两方管道对接，并采用钢筋混凝土进行防护加固处理。用水泥稳定碎石分层回填接收坑至道路沥青混凝土面层，并控制每层回填的厚度小于20cm，并保证压实度大于0.95，回填后需在上层摊铺沥青混凝土，达到原有的路面标准。

3.4减阻措施

在顶管顶进过程中，难免会产生土体的阻力作用，为了减少顶进施工时土体对管身造成的摩擦力，可在顶管的表面进行打蜡处理，进而减小土体的阻力，也可在管道顶进过程中通过加入泥浆，增加管道壁与土体之间的润滑，使管道外壁形成5cm厚的环浆。

3.5加强测控

对于顶管工程来说，通过制定严格的测控制度将有利于工程质量得到保证。水平点及规划桩号按照甲方提供的数据进行引导，并且按照设计线位及图纸内容用全站仪、经纬仪、水平仪和钢尺进行施工放线。经监理验线合格后进行施工。管道中心线引至坑外固定，并准确放出顶管范围线，临时占地线，工作坑、接收坑位置线地面沉降观测线管中位道路上每5m设一点，两侧2m一点，每断面5点。顶进前测量原始高程；顶进中每日测3次；顶完后1天、3天、7天、14天再测，至沉降每间隔不超过5mm为止。水准点设在施工影响范围外30m，坑边设临时点，每三天校核一次。

顶管施工时应做好详细的顶进记录，并确定新的顶进参数。按照规定程序有相应的施工管理人员在记录表上签字。班组间交接工作是保证工程顺利进行的重要保证，因此，应做好交接工作，每班开始工作前时，根据上班组提供的顶进参数进行施工，如发现交接时提供的参数有问题要认真分析问题产生的原因，并采取有针对性的措施，确保顶进顺利进行，并按要求认真做好施工记录。

四、竖井施工

一般在此类地质条件下沉井采用分节制作，分节下沉的施工方案，但根据此类地质条件，可能出现以下情况：a、地下水位较高（地表下1.7m），如下图。竖井下沉时需在竖井四周施打降水井进行降水处理，而降水井工程量、水抽取量较大，将影响施工区域四周地下水平均标高，若强行抽取地下水，势必造成施工现场周边村民地下用水的减少，从而出现纠纷；b、不排水下沉是在水下利用抓斗进行开挖沙土的一种方式，这种方式相对于粉砂来说，抓斗的每次抓取量较少，工序工期较长，同时水下开挖可能造成竖井的突沉，也可能产生不均匀沉降形成竖井的偏斜，从而造成工程安全事故。

综合以上考虑，宜采用竖井整体（包括底板）分次制作，一次下沉的施工方案，即带底下沉。具体工序是：首先开挖基坑（地下水位上）制作竖井第一节井壁，包括底板，底板上事先预留直径为15cm相互间距为2m的孔（上宽下窄，便于木塞的封堵），并用素浆封堵，其中对角安装布置两个调节阀（球阀）下。

五、沉井下沉

沉井下沉施工需待井壁混凝土强度达到100%方可进行。为便于观察下沉速度及控制下沉的倾斜度，下沉前在井壁周围外侧每10cm标画出一条刻度线。下沉时根据标示的刻度及时调整排泥量，进行下沉速度控制及纠偏控制。

下沉时，先凿除底板预留孔中的素浆，使用2.2kw水泵分别向预留孔中注入高压水，使竖井底板下的粉砂在地下水压的作用下自动通过预留孔溢流至竖井底板上，同时使用22kw泥沙泵抽取竖井底板上的泥砂外置于竖井外的泥砂池，随着竖井底板下的泥砂不断抽取，竖井将慢慢的开始下沉，通过调节阀的启闭与排泥孔封堵、开启的数量来控制竖井下沉的速度与纠偏，当竖井平稳下沉至竖井设计标高以上50cm时，将部分预留孔用50cm长木塞封堵，减慢下沉速度，以防止超沉。当下沉至设计标高以上20cm时，只留两个预留孔及调节阀进行出泥下沉。最后预留5cm下沉余量。

沉井下沉时，会在井壁四周土体形成下沉漏斗，在沉井下沉到位时，在井壁外侧四周回填石碴等大颗粒材料，以增大摩擦力，防止沉井上浮或过沉，并用圆木塞塞紧排泥孔，防止沉井下土体在流砂作用下进入沉井，而造成沉井进一步下沉。

沉井施工采用先封底再下沉与普通的先下沉再封底的施工方法对比，有如下优点：（1）下沉施工成本低，安全性高。与排水下沉相比，先下沉再封底必须进行大量降水，费用高，而且强降水易造成周边地表塌陷，安全隐患大；而先封底再下沉费用低，安全性高。（2）下沉施工工期短。采用抓斗出土（不排水下沉）或开挖出土（采用排水下沉），效率较慢，施工工期长；采用先封底再下沉施工，沉井下沉工期短，节省工期。（3）封底施工安全、费用低、工期短。采用水下封底成本高，且封底质量难以保证；采用干封底，须强降水，费用高，且易造成周边地表塌陷，危险性大。（4）下沉标高容易控制。先封底再下沉可以通过调节排泥孔的数量和调节阀排泥量来精确的控制下沉标高，但先下沉再封底在该种地质中很难控制下沉量。

结束语

综上所述，顶管工程根据不同的工程环境条件可采取不同的施工方案，针对粉细砂层的顶管施工可采用注浆加固的方法，不但有利于解决其坍塌问题，而且提高了顶进的速度，对以后同类工程的施工提供了十分重要地参考价值。

参考文献：

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