富水垃圾土地层顶管施工技术研究

王晓驰

摘要：针对近河道富水垃圾土地层复杂环境下，如何在现有设备和技术条件下通过有效的方法解决在施工中遇到的各类问题，保证顶管施工的安全、质量、精度，提高城市管网施工的安全和经济性。

关键词：富水垃圾土;泥水平衡法;顶管施工

一 概述

随着城市生态环保建设的高速发展，顶管施工作为城市排污管网铺设的主力军，具有干扰小、安全、可靠、快速、环保等特点，已广泛应用于城市配套管网的施工中。我国各个城市的地形、地貌及地质条件区域性差异较大，顶管工程遇到复杂地质，施工中极易引发塌方、突涌水等灾害事故，而且顶管精度也无法保证。本文针对近河道富水垃圾土复杂地质，研究泥水平衡法顶管施工的技术措施，具有重要的工程意义。

二 工程概况

某新建生活污水处理厂工程设计总规模为80000m3/d，其配套管网为DN1350-DN2200钢筋混凝土管，其中5243m采用泥水平衡法进行顶管施工。工作井及接收井设计均为逆作井施工，井壁、底板均采用C30混凝土，抗渗等级P6，封底混凝土采用C25水下混凝土。污水管道采用“F”型钢承口钢筋混凝土Ⅲ级管材，管材执行标准《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T640-2010）。

三 水文地质条件

本工程位于廉江河两岸，河面宽约30-40m，常年有河水自东向西方向流动，水深约2-3m;场地地下水类型主要为①填土层及松散岩类粉砂、中砂、砾砂、角砾层中的孔隙潜水（局部为承压水）及②赋存于基岩风化层节理裂隙及溶洞中的岩溶水二种类型。各含水层之间均具有水力联系。

本工程地貌单元属冲洪积准平原地貌，部分位置分布有溶洞，存在地面塌陷可能。土岩层按其成因及工程特性主要如下：

①填土：灰黄色、深灰色、棕灰色，稍湿〜湿，松散〜稍密，成分以粘性土、砂粒及少量碎砾石为主，含有砖块等建筑垃圾或生活垃圾（塑料袋等）。堆填时间约5年，未完成自重固结，均匀性及密实度差，厚度0.30〜8. 20m。

②粉质粘土：灰黄色、土灰色，饱和，可塑，局部为软塑，粘性较好，粒级以粉粒、粘粒为主。均匀性一般，厚度0.20〜7. 40m。

③粉砂：灰黄色、灰色，以稍密为主，部分位置为松散或中密，饱和。主要成分为石英，级配较差。局部相变为粗砂。

④粉质粘土：灰黄色、土灰色，饱和，可塑，粘性一般，粒级以粉粒、粘粒为主，局部粉粒含量高相变为粉土，均匀性差，厚度0.70-2. 80m。

⑤石灰岩残积黏性土：灰黄色，湿-饱和，可塑为主，局部软塑，粘性一般，粒级以粉粒、粘粒为主。局部含少量角砾。均匀性一般。

⑥全风化石灰岩：灰黄色，岩石风化强烈，矿物己风化成次生砂土矿物，仅外观尚保留原岩结构，岩芯手捏易散，浸水易软化。属极软岩、极破碎，岩体基本质量等级属V级。

⑦强风化石灰岩：灰黄、灰褐色、黑灰色，散体状-碎裂状结构，岩芯多呈砂土状或半岩半土状，岩石风化较强烈，组织结构大部分破坏，岩芯手折可断，锤击易碎，属较软岩、破碎-较破碎，岩体基本质量等级属V级。

⑧中风化石灰岩：灰色、浅灰色杂少许灰白色，隐晶-微晶结构，中厚层状构造，大部分地段岩芯较完整，呈块状或短柱状、柱状，局部为碎块状，质地坚硬，岩体较破碎，岩体基本质量等级为III～IV级，部分位置见有少量白色石英脉杂乱穿插。该层局部位置揭露到溶洞。

石灰岩溶洞：部分溶洞内为全填物，充填物为黄褐色、灰褐色、深灰色呈软塑的粉土、松散状的中砂等，局部溶洞内无充填物。

四 施工技术措施

本工程位于廉江河两岸，集中在城区闹市区，路面平均宽度4米左右，管网埋深3～8米，一侧紧邻房屋，多为5-6层，均为天然地基;一侧紧邻廉江河堤，年久失修，顶管施工对其扰动较大。根据地勘资料揭示，在河堤两侧杂填土地段，垃圾较多（塑料、含钢筋的建筑垃圾、木材等），顶管机在施工过程中遇到这些地下填埋物，顶进过程极度困难，且垃圾回填段泥水不能保持平衡，极易造成地面塌陷及不均匀沉降，影响周边建筑物安全;同时垃圾极易造成设备堵塞，导致采取对机头位置明挖，人工清除垃圾的处理方案，既影响工期，对周围建筑物也形成了安全隐患。另外由于顶管多位于半岩半土地质中，且风化岩分布不均，局部位置易形成孤石，顶管施工中极易发生顶管机偏移及抬头现象，甚至造成管道的损坏。地下溶洞对顶管施工也存在较大风险，同时存在发生涌水涌泥的安全风险。针对以上存在种种问题，结合现场实践，采取如下方案：

1.由于沿线地质复杂，在顶管施工前，根据地勘资料，对地质复杂地段进行补勘，进一步探明地质情况，以便根据不同地质采取不同技术方案。特别是溶洞地段，需加密探明溶洞形状、大小，提前进行注浆回填及止水。

2.在逆作井施工前先進行高压旋喷桩注浆止水;在顶管施工前，对沿线管道周边的松散土质、含有砖块等建筑垃圾或生活垃圾（塑料袋等）的杂填土、半土半岩层进行高压旋喷桩注浆加固;为了对河堤及邻近建筑物进行保护，对地表变形敏感部位则采用袖阀管注浆。通过以上两种注浆方案，改善土质工程性能，提高地基承载力及稳定性，既保证了顶管施工时，泥水可以保持平衡，也预防了地表沉降、塌陷，周边建筑物沉降等，同时在半岩半土地段，通过注浆改善土体力学性能后，可以保证顶管不会发生偏移。

3. 顶管过程中，采用在管节四周注触变泥浆，减少顶力。采用触变泥浆顶管应包括以下设备：泥浆封闭设备、注浆泵、输浆干管、分浆罐及注浆孔等灌浆设备;拌和机及储浆罐等调浆设备。使用混凝土管材时，应在接口处衬垫麻辫，防止接口漏浆。灌浆前，应通过注水检查灌浆设备，确认设备正常、无渗漏现象后方可灌注。灌浆应按灌浆孔断面位置的前后顺序依次进行，并应与管道的顶进同步。

4. 顶管进出洞是整个施工过程中的关键环节之一，进出洞成功等于整个顶管工程成功了一半。在进出洞施工初期，由于顶管机正面土压力远大于顶管机周边的摩擦力和与导轨间的摩阻力的总和，因此极易产生顶管机反弹，引起顶管机前方土体不规则坍塌，使顶管机再次推进时方向失控和向上爬高。为此，进出洞口采用3排1000@1000×1000mm高压旋喷桩注浆，注浆至岩面或井底一米以下，以此维持土体稳定，保证顶管机进出洞的精度。

五 结语

顶管施工技术虽然发展较为成熟，目前国内已有多种顶管方法，随着我国城市规模的发展，市政排水管网工程的施工规模也越来越大，施工难度也越来越高，对现场提出了更高的施工和管理要求。本文针对富水垃圾土地层顶管施工，经过长期施工实践，分析了施工中极易出现的问题，采取有效可行的技术措施，不仅保证了顶管施工的安全、质量，同时极大程度减少了对现有路面及社会交通的影响。通过本文，无论从技术、社会效益、经济效益、保护环境等方面，作为非开挖技术的重要组成部分，特别是在特殊地质下的顶管施工，其应用价值都是无可比拟的。

参考文献：

1郑长平;; 浅谈市政工程顶管施工技术分析[J];施工技术;2016年08期

2李方楠;沈水龙;罗春泳;; 考虑注浆压力的顶管施工引起土体变形计算方法 [J];岩土力学;2012年01期