祁永春，劉小林，郝立釗，邵子璐，董昱汕

中國(guó)石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊

1.引言

頂管作為一項(xiàng)施工便捷、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、較為環(huán)保的非開(kāi)挖施工技術(shù)，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，關(guān)鍵技術(shù)和重要工序施工也日趨成熟，但在水量大、滲透性強(qiáng)、地質(zhì)松散的礫砂層中，頂管機(jī)接收和隧道貫通仍是風(fēng)險(xiǎn)高、技術(shù)難度大的一道施工工序[1]。選擇一種合理的貫通方式，對(duì)于工程的成功尤為重要。

富春江頂管工程采用頂管工法施工，頂管穿越全長(zhǎng)658 m，內(nèi)徑2.4 m。工作井長(zhǎng)11 m、寬10 m、深12 m，接收豎井內(nèi)徑為13 m，井深為17.3 m。富春江頂管工程的貫通段位于圓礫層，其間充填細(xì)砂，地下水與江水聯(lián)通，水量大，施工水壓0.14 MPa。為了在頂管隧道貫通和頂管機(jī)接收過(guò)程中有效控制地下水?dāng)y帶礫砂涌入接收豎井，防止地面塌陷，避免管節(jié)位移，工程采取了水下接收頂管機(jī)和隧道貫通技術(shù)，通過(guò)豎井灌水、洞門(mén)密封、潛水定位、注漿封水等多種方式結(jié)合的施工技術(shù)，順利完成了隧道貫通和設(shè)備接收工作。

2.水下貫通原理

水下貫通是在隧道貫通前，向接收豎井內(nèi)灌入一定量的水，水位根據(jù)貫通段地下水位情況確定，保持井內(nèi)水位略高于地下水位1～2 m，利用井內(nèi)水壓平衡地下水土壓力，在隧道貫通過(guò)程中，維持地層與井內(nèi)壓力相對(duì)平衡，在水下將頂管機(jī)頂進(jìn)到位，對(duì)洞門(mén)進(jìn)行注漿處理，最終將井內(nèi)的水排出，實(shí)現(xiàn)隧道貫通的一種技術(shù)。

3.頂管隧道貫通流程

頂管隧道貫通流程如圖1所示。

Figure 1.The procedure of pipe-jacking tunnel圖1.頂管隧道貫通流程

4.隧道貫通的關(guān)鍵技術(shù)措施

4.1.洞門(mén)密封安裝

洞門(mén)密封裝置主要由預(yù)埋圓環(huán)板、簾布橡膠密封圈、圓環(huán)壓板，依次通過(guò)雙頭螺柱連接固定而組成。洞門(mén)橡膠密封圈的內(nèi)徑至少小于刀盤(pán)直徑300 mm，以便當(dāng)?shù)侗P(pán)穿過(guò)密封后，密封能夠緊緊包裹頂管機(jī)和頂管管節(jié)。

4.2.洞門(mén)注漿設(shè)施安裝

洞門(mén)注漿設(shè)施包括接收豎井洞門(mén)周?chē)A(yù)埋直徑1 in的注漿管路，及與該管路連接的閥門(mén)、注漿軟管等，所有注漿管路之間采用三通連接。根據(jù)貫通后注漿的需求，在接收井內(nèi)洞口周?chē)A(yù)埋7根直徑2 in注漿管，管口與豎井外壁齊平。其中5根注漿管路直接通往地層，2根注漿管路通過(guò)90?彎頭通往洞口鋼環(huán)內(nèi)側(cè)，貫通準(zhǔn)備期間在井壁兩側(cè)分別設(shè)置3路直徑1 in鍍鋅管路順沿井壁通過(guò)三通管路、直徑1 in快速接頭和直徑1 in軟管接頭卡子與直徑1 in軟管連接，軟管通過(guò)變徑與直徑2 in球閥連接。每一路都做好標(biāo)記并安裝好閥門(mén)，每一路注漿之前都需要壓水試驗(yàn)，打通注漿通道。

4.3.接收豎井內(nèi)灌水

在接收豎井內(nèi)一切準(zhǔn)備工作完成后，利用7.5 kW潛水泵，從江中抽水灌入接收豎井。根據(jù)頂管機(jī)帶有的壓力傳感器測(cè)得的地下水壓力，計(jì)算地下水水位高度，將豎井內(nèi)水位灌至略高余地下水水位1 m。

4.4.頂管機(jī)刀盤(pán)定位

根據(jù)頂管機(jī)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示的頂進(jìn)里程，計(jì)算刀盤(pán)破除洞門(mén)混凝土的位置。同時(shí)，密切觀(guān)察接收豎井內(nèi)水面情況，由于刀盤(pán)破除洞門(mén)混凝土后，掉落的混凝土在水中會(huì)形成氣泡，造成水體渾濁，當(dāng)水面不斷出現(xiàn)密集的氣泡，并慢慢變得渾濁的時(shí)候，說(shuō)明刀盤(pán)已經(jīng)開(kāi)始逐漸進(jìn)入洞門(mén)密封。在刀盤(pán)頂進(jìn)全部進(jìn)入密封后，安排潛水員下潛至刀盤(pán)和密封位置，判斷刀盤(pán)與密封的相對(duì)位置，確定貫通偏差。

4.5.洞門(mén)注漿封水

4.5.1.注漿材料配比

頂管機(jī)頂進(jìn)到位后，對(duì)洞門(mén)周?chē){封水，漿液采用雙液漿。漿液配比如表1所示。

Table 1.The slurry blending ratio of grouting and water blocking表1.注漿封水漿液配比

4.5.2.注漿壓力和注漿量控制

1) 注漿壓力

為保證達(dá)到對(duì)環(huán)向空隙的有效充填，同時(shí)又能確保封堵效果，注漿壓力應(yīng)控制在比地層水土壓力高0.1～0.2 MPa，連續(xù)注漿壓力不得超過(guò)0.6 MPa。

2) 注漿量

式中：V為理論注漿量，m3；d1為刀盤(pán)外徑，取2.955 m；d2為管節(jié)外徑，取2.86 m；L為注漿范圍總長(zhǎng)度，m。

其中注漿量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行壓注。

4.5.3.注漿效果判斷

1) 監(jiān)測(cè)水面的渾濁程度。豎井內(nèi)回填水經(jīng)過(guò)沉淀基本清澈，當(dāng)注漿效果不好時(shí)漿液會(huì)從簾布橡膠進(jìn)入豎井，豎井內(nèi)會(huì)出現(xiàn)渾濁情況，判斷洞門(mén)封堵效果不佳，繼續(xù)注漿。

2) 綜合對(duì)比壓力和水的渾濁程度，待到注漿壓力較穩(wěn)定且液面無(wú)渾濁情況時(shí)，可以進(jìn)行豎井內(nèi)水的排放。

3) 管節(jié)注漿孔探測(cè)。利用鋼釬對(duì)注漿點(diǎn)位進(jìn)行鉆孔檢查，查看是否有涌水。如沒(méi)有，螺旋蓋+逆止閥堵上。如有涌出水，記錄涌出量，對(duì)該點(diǎn)位繼續(xù)壓注雙液漿，壓注后繼續(xù)探孔檢查，如無(wú)涌出，將該孔堵上，如有涌出，繼續(xù)壓注雙液漿，直至不漏水為止。

4.6.接收豎井內(nèi)排水

接收豎井內(nèi)的水分階段進(jìn)行排出，水位每下降4 m停止抽水，觀(guān)察2 h，井內(nèi)水位是否變化，如無(wú)變化繼續(xù)排水，直至全部排出井內(nèi)的水。排水時(shí)，首先利用頂管機(jī)配置的排漿泵進(jìn)行抽排水，其流量可達(dá)350 m3/h，能夠快速降低井內(nèi)水位。當(dāng)無(wú)法用排漿泵繼續(xù)排水時(shí)，采用潛水泵排水。

5.結(jié)語(yǔ)

富春江頂管工程成功應(yīng)用水下貫通技術(shù)，有效控制了施工風(fēng)險(xiǎn)，順利實(shí)現(xiàn)了頂管隧道貫通和設(shè)備接收，為頂管隧道貫通積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。頂管隧道水下貫通技術(shù)能夠在富春江頂管工程中順利實(shí)施并取得成功，不僅需要各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的綜合運(yùn)用，也得益于其接收豎井的尺寸足夠一次性容納頂管機(jī)的長(zhǎng)度，在頂管機(jī)全部進(jìn)入接收豎井后，可以采取雙液注漿止水。對(duì)于小尺寸的接收豎井，頂管機(jī)需分至少兩段進(jìn)行拆除，頂管隧道需要在第一段主機(jī)拆除后繼續(xù)向前頂進(jìn)，以滿(mǎn)足后續(xù)的頂管機(jī)部分拆除，這對(duì)注漿封水的材料、技術(shù)參數(shù)、止水效果提出了更高的要求，這也是今后頂管隧道采取水下貫通技術(shù)的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。