袁庄水厂定向钻穿堤冒浆成因分析及处理措施

孙成坤 王 松 张春林

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

1 引言

新建的袁庄水厂位于袁庄镇珠江东路与贺疃路交叉口东南角，取水水源为淮河，取水口设在淮河上六坊堤北汊的潘集区架河乡杨集陶圩自然村，在陶沟涵下游约0.5km处，对应淮北大堤桩号59+270m。取水管道施工采用定向钻工艺自取水头部入土至淮北大堤堤内泵房出土，管道基本按照设计高程穿越淮北大堤堤基。

2 定向钻施工简介

采用水平定向钻穿越技术进行管线穿越施工，其工作过程是通过计算机控制进行导向和探测，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔扩大，把产品管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。

2.1 钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。

2.2 在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。

2.3 经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。

3 取水管道穿堤过程中出现的问题

袁庄水厂取水管道为两根DN800PE管，单根长321.20m，采用FKW50定向钻施工，入土点位于淮河滩地距离取水口约53m处，出土点位于淮北大堤堤内侧泵房处。

定向钻施工第一根管道于3月8日开始导向，3月19日完成第一根的扩孔及清孔工作（此时无冒浆现象）。3月20晚8时完成拖管施工，在拖管施工过程中，于淮北大堤迎水侧护堤地内，距堤脚约20m处出现冒浆现象。

第二根管道工程施工于3月25日开始导向，4月4日完成第二根的扩孔及清孔工作（此时无冒浆现象）。4月6日晚7时30分完成拖管施工，拖管过程中在第一根管道施工冒浆位置附近再次出现冒浆现象。溢出泥浆含砂量一般5%～10%,最大有15%。二次冒浆总量约为20m3。

4 冒浆成因分析

4.1 工艺原因：定向钻穿堤产生冒浆的原因主要在于实施钻进、固壁等工艺要求的注浆压力约70～80m水头，冒浆处地面高程约21.5m，管道顶高程14.5m，覆土厚度7m，浆液压力大于其上的水的自重和土壤的自重（地下水位以下的土应取浮重度）之和,因此只要注浆维持一定的时间,浆液首先从稍微薄弱的地表冒出是必然的。如冒浆地点距堤脚约20m，周边栽有成材的防浪柳树，其根系较为发达，深入地表以下数米，形成一定的“裂隙”，压力较大的浆液很容易从裂隙中冒出。

4.2 地质原因：从地质资料看，在堤防附近管道穿过的土层为粉砂、极细砂、细砂和中砂，属微至中等液化土层，受扰动后强度降低易塌落。由于多次扩孔，每次扩孔注入的高压循环浆液带走大量砂粒土体，使砂层成孔几何尺寸过大，导致上部土体塌落，覆盖层土体变得薄弱，高压浆液使浅覆盖层土体向上隆起，土体结构平衡遭到破坏，浆液沿土体缝隙向地表涌出。

5 加固处理措施

由于冒浆位置距离堤防很近，且汛期临近，为防止该段堤防汛期出现堤基渗漏等险情，应急除险方案研讨会提出如下处理措施：

首先对冒浆处已破坏的地表覆盖土层进行换填粘土处理，即将破坏的覆盖层进行清除，再用粘土进行回填。换土范围为管道轴线上下游20m，截渗墙墙前30m。换土深度为2m，开挖边坡比为1∶3。回填土高程为原有滩地高程。

其次结合堤基截渗墙、管道周边压密注浆等处理措施对堤防进行加固。具体方案为：

（1）顶管穿堤段采用高压摆喷截渗墙，墙体布置于堤顶迎水侧。墙底伸入管底不小于5m，底高程为8.7m左右，墙顶高程为27.00m（即堤顶高程）。截渗墙顺堤向长度60m，两根取水管之间的中心线上、下游各30m。防渗板墙采用摆喷对接结构形式，三管法分序施工，高压摆喷成墙，摆角30°，孔距1.50m，墙厚300mm。

（2）为防止取水管管壁周围出现空隙，对截渗墙前后管壁周围土体进行压密注浆，浆液为水泥粘土浆。注浆方式为管道外侧轴向注浆和沿取水管轴线管道和周围土体空隙注浆。注浆孔沿取水管两侧共布置8排，排距、孔距均为2m，与取水管轴线垂直布置，注浆范围为管上、下各约1.5m，共3.8m，长度为以截渗墙为起点，迎水侧100m背水侧50m，共150m。注浆孔共675孔，总进尺2700m。

6 建议

定向钻穿越施工较以往大开挖、顶管施工具有施工简便、快捷，定位误差小，对周边环境影响小等诸多优点，目前被广泛使用。但由于地质勘探等资料不详，可能造成施钻导向孔失败和冒浆等问题，在穿越堤防时会对防洪安全造成较大危害。为此，要避免定向钻穿堤施工过程中可能发生冒浆、坍塌等现象,需要做好施工前期准备工作，加强勘探、设计、施工等参建单位协作与沟通,在掌握大量详实的地质勘探资料基础上，针对不同地层土体制定不同的浆液配比、压力指标、顶进速度等施工方案。同时要加强施工现场监管，尤其对于管道穿堤工程等隐蔽工程施工要布点观测，及时巡查，做到及时发现、及时报告、及时处理，以确保防洪工程运行安全