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    武漢富貴頂管工程有限公司

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    地質流沙地質的管道是如何頂進應用的

    2014/6/23 21:52:49點擊:

    地質流沙地質的管道是如何頂進應用的
    南寧地區某排水工程管道沿途需穿過房屋、學校、電力線及供水管道等武漢頂管設施,主管段采用頂進法施工。由于原設計無地質資料,當由下游向上游頂進施工至18#~23#工作坑之間的管段時,工作坑和頂管內出現嚴重的流沙坍塌現象,致使頂進施工無法繼續進行,并危及頂管施工上方既有電力線和供水管的安全,如何處理流沙地質成為當時施工中急需解決的一大技術難題。

    二、工程地質條件
    經進行施工地質補鉆揭示,在11#~23#工作坑之間約780m的頂管范圍均存在含水量豐富的松散礫石土層和粗沙層,再下多為弱膨脹砂粘土層,地下水類型為具有承壓性質的潛水。排水管頂進的地層主要位于松散礫石土層及弱膨脹性的砂粘土層內。

    三、處理方案的選擇
    經分析認為塌方的主要原因是礫石土較松散及砂粘土具有弱膨脹性,并且地下水位較高,含水量豐富。對此,施工中曾提出了輕型井點降水、壓力注漿等兩個處理方案。經分析比較,輕型井點降水可防止出現流砂但仍無法解決頂進管前開挖的坍塌問題,故輕型井點降水后只能采用大開挖明鋪施工,故該方案施工難度較大,工期較長,造價較高。而若采用壓力注漿方案,比照類似地基注漿加固工程的成功經驗,則工期較短、造價較低、施工較簡單。通過上述兩個方案的技術經濟比較,決定選用壓力注漿方案:即利用壓力注漿技術在一定寬度范圍內對礫石土層進行固結注漿,通過漿液的膠結、填充等作用,提高礫石土層的內聚力,并封堵地下水,達到頂進管前開挖和工作坑開挖不再出現流砂坍塌目的。
     
    四、注漿方案設計
    (一)注漿方案的選擇
    注漿方案應根據工程的地質條件和注漿目的來進行選擇,一般主要包括注漿材料和注漿方法的選定。本工程的注漿加固土層為松散礫石土,可灌性較好,粒狀漿材或化學漿材均可選用,但由于工程的注漿范圍較長,工期緊迫,且地下水豐富,為了使加固體盡快發揮作用,加快施工進度,并有效控制加固范圍,決定采用水泥—水玻璃雙液低壓注漿加固方案。

    水泥—水玻璃雙液漿材具有兩種漿材的優點:漿液粘度較低,可灌性較好,在水中可以迅速凝固,凝膠時間可在幾秒到幾十分鐘內準確控制,結石率可高達98%以上,結石強度較高,且漿液本身無毒,對下游居民用水無污染。

    (二)注漿標準與范圍
    本工程的注漿具有臨時工程性質,對地下水的封堵及礫石土的固結強度以工作坑及管道頂進開挖不再出現流砂坍塌為標準。注漿范圍:高度控制在管底至管頂以上1.5m,寬度控制在管壁外各1.0m范圍。

    (三)凝膠時間
    為防止漿液在水中流串過遠,并滿足雙液在孔口混合后能滲透至礫石層的時間要求,漿液凝膠時間控制為60s。

    (四)漿液配制
    1.水泥漿:采用P.O32.5MPa普通硅酸鹽水泥,水灰比為0.75:1。
    2.水玻璃漿:采用中性水玻璃,水與水玻璃的體積比為1:0.5。
    3.水玻璃漿與水泥漿的體積比為0.2:1。液凝膠時間達不到要求時可適當調整。

    (五)注漿壓力及吸漿量
    注漿壓力與漿材的性質、土層的情況及其埋深、注漿次序、注漿速度及注漿量等難以確定的因素有關,故宜通過現場試驗確定,即通過試驗性注漿,繪制出注漿量與注漿壓力的關系曲線,注漿量突然增加時的壓力即為容許注漿壓力。經現場注漿試驗確定,本工程注漿的壓力控制為0.6~0.9PMa之間。
    為防止漿液流串過遠造成浪費,對礫石土層其吸漿量應控制在13L/min左右。
     
    (六)漿孔布置
    1.孔底標高及注漿段高度漿孔底標高應進入頂管底至少0.4m,注漿段高度自孔底算起高3.0~3.5m。
    2.漿液擴散半徑R的確定。漿液擴散半徑可按經驗公式進行估算,但由于地質條件的復雜多變,理論公式計算常常偏差很大,一般應通過現場注漿試驗確定。經現場試驗確定R=1.05m。
    3.漿孔布置。管線部分沿管道設三排孔按(下轉第118頁)(上接第121頁)梅花形續布置,排距為1.0m,每排中孔距為1.0m,三排孔緊密搭接,其效率高,費用低。
    按本方案布置漿孔的有效加固寬度為B=1×2+1.05×2=4.1m,頂管的外徑為1.8m,能滿足要求。經試驗性注漿3天后開挖,加固效果明顯,不再出現流砂坍塌現象。
    4.7注漿量
    漿液占據的體積為地層孔隙的體積,礫石土層的孔隙率n為25~45%之間,故漿液注入率為i=n×η=0.3×0.7=0.21(式中η為地層孔隙不完全充填的折減系數,對礫石土層η=0.7~1.0)。
    注漿量Q=V×i×(1+β)(式中V為加固區體積,β為漿液流到加固區外的損耗系數,一般取β=~15%)。

    本頂管工程管線部分布孔1038個,工作坑部分布孔220個。由上述公式可求出管線部分的單孔注漿量q=1.5m3;工作坑部分的單孔注漿量q=2.4m3。

    五、注漿施工
    用人工將下部帶尖頭的花管打入地層至孔底設計標高,用水沖洗進入管中的砂土。
    按規定的配比制備漿液,凝膠時間控制在60s左右,達不到要求時可適當對漿液配比進行調整。
    安裝注漿內管及混合器(注漿頭),連接高壓膠管,用兩臺注漿泵分別將水泥漿和水玻璃漿同時壓入注漿管內進行注漿。用人工葫蘆自下而上分段拔管注漿至規定注漿高度。
    拆除管子及注漿頭,進行下一孔注漿。注漿次序遵循先外圍后中間、隔孔灌注、逐次加密的原則。

    六、注漿效果
    (一)加固效果
    本工程工期緊迫,每個流水作業段注漿3天后即進行開挖。開挖土體大都呈水平分層塊狀結石體,層厚約15~20 cm,強度較高,且止水效果明顯,施工中不再出現流砂坍塌現象。確保了整個排水工程于竣工交驗的工期目標,交工質量評為優良。工程交工至今排水暢通,地表無下沉等不良現象。

    (二)經濟效果
    本工程注漿耗用水泥1280t,水玻璃130t,平均每米造價約1370元/m,總造價約107萬元,比輕型井點降水大開挖方案節約投資近170萬元,且確保了頂管周圍道路、建筑物及供水供電等既有設施安全。
    本工程采用雙液低壓注漿方案處理流砂地質獲得成功,取得了良好的經濟技術效果,也為今后類似工程施工積累了經驗。

     

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