非开挖铺管引起路基塌陷的处理措施

王进明，陆舟超

（浙江省岩土基础公司，浙江宁波315040）

非开挖铺管引起路基塌陷的处理措施

王进明*，陆舟超

（浙江省岩土基础公司，浙江宁波315040）

通过分析本次事故的成因，结合本次地基处理技术方案，介绍了注浆加固法进行类似失稳、软弱地基处理的原理、工艺设计、施工措施等，为注浆法在以后类似工程中的应用提供参考依据。

非开挖；路基塌陷；注浆；加固处理

随着城市建设的快速发展和需求，为保护城市环境，近年来，我国大力开展非开挖技术，然而因不同的地质条件或采取的保护措施不当，多地出现路面沉降、下陷甚至是大面积塌陷的现象，而此类现象的产生大多是因为路基出现了大面积孔隙或者空洞，从而严重影响到线路的正常运营，不但原有市政管网会受到破坏，更威胁到路面正在行驶的车辆和行人安全，重则出现严重的安全事故。因此，对施工范围内的路基孔洞必须进行处理，以确保生命财产安全。注浆即是将某种具有流动性和胶凝性的浆液按一定的配比要求，通过钻孔灌浆的设备压入到缝隙中的一种施工方法，其目的是使浆液在被灌载体中渗透、扩散、充塞，经一定时间后凝结和硬化，从而达到加固载体的效果。

1　工程概况

本工程位于上虞市三环路、称山路口，计划采用非开挖牵引法铺设一条DN800污水管道，铺设长度约110m，如图1所示。施工过程中，第一次水平段穿管标高为+0.00m，扩孔至500mm后，发生塌孔现象（扩孔过程中未对已扩段进行填充）。后在原位置调整穿管标高为-2.80m（位于第③淤泥质粘土中）后，成功完成扩孔至1200mm，但在管道牵引过程中，牵引约40余米后，无法继续牵引，判断已扩孔段发生塌孔，钻头与钻杆仍在地下孔道内，同时三环路路面也已出现路基下沉，影响了道路的正常使用，致使该区域道路部分封闭。

2　事故成因及现状分析

经过地质情况分析，第一次施工所在地层为②层粉质粘土层（稍密，软可塑，含大量粉粒，粘性颗粒含量少，摇振反应较迅速），在施工中钻具产生的振动及路面过往车辆的振动，导致土层出现摇振现象，已扩孔段孔壁失稳坍塌。第二次施工地层在③层淤泥质粘土（饱和，流塑，含云母颗粒，高压缩性）中，因扩孔孔径较大（1200mm），而土体的稳定性较差，扩孔护壁采用的膨润土泥浆护壁的方式不足以起到对已扩孔段孔壁完整的支护作用，孔壁土体容易失稳而塌落，导致扩孔完成后管道牵引无法完成，如图2所示。

因扩孔护壁方式采用膨润土泥浆护壁，在管道牵引受阻后，若长时间停滞得不到及时处理，则会因为泥浆沉淀，使孔道顶部土体逐渐失去支撑，引起大范围的空洞，即类似于采矿工程上经常出现的采空区，由此导致地面进一步塌陷。而且在施工受阻后，钻杆及钻具均在地下孔道内，若放弃原有施工区域，将会影响到后续的施工工序和施工工期，需要大范围的改动设计及造成更大成本损失，因此综合考虑各个因素，必须对现有地下孔洞进行加固处理。

图1　管道平面位置示意图

3　加固处理措施

图2　管道钻孔轨迹图

3.1加固原理及方案

经过分析，决定采用注浆法进行处理，浆液采用水泥砂浆。注浆法是利用气压、液压等其他挤压方法，将能固化的水泥砂浆注入到欲加固的区域内，使浆液和土体或者岩土一起固化凝结为一体，从而改善地基的物理力学性质，增强地基承载力，确保失稳地基上建筑物或者其他荷载的稳定性。在本工程中，采用压入式注浆法，通过机械设备活塞的挤压，浆液注入地层空洞区域，并克服阻力渗入地层的孔隙内，水泥砂浆与土体一同固化后，增强该地层的土体稳定性和承载力。

3.2处理范围

根据工程实际情况，将平行的∅500mm和∅1200mm孔道上方分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段区域分别对其进行加固，并对桥台搭板枕梁处进行了加固。

Ⅰ区段为回拖管线未施工到位的直线段（约35m），该区段大部分位于三环路下，路面产生路基下沉，实施封闭，采取在路中垂直钻孔后竖向填充的方式进行加固处理。

Ⅱ区段为回拖管线未施工到位的斜线段（约35m），该区段大部分位于三环路北侧，该区域环境稍宽松，采取在孔道内打设斜注浆管后进行加固处理。

Ⅲ区段为回拖管线已施工到位区段（约45m），因管径比孔径小400mm，理论计算管外空隙达到孔周面积的55.56%，且其顶部另有一直径∅500mm的孔道未处理，采取注浆充填措施。

桥台搭板枕梁处垂直打设注浆孔，进行注浆加固处理。

3.3注浆孔布置

在道路上沿∅500mm和∅1200mm孔道上方打设单排注浆孔，孔间距根据工程特点确定为3m，Ⅰ、Ⅱ区段深度按∅1200mm管道埋深控制为10m，Ⅲ区段7.5～7.7m，共计21个。

在桥台搭板枕梁处垂直打设单排注浆孔，间距3m，深度为8.0m，中间2个主车道设5个孔，两边辅助车道各设3个孔，共计16个，如图3所示。

图3　注浆孔钻孔布置示意图

3.4注浆材料及浆液配合比

本次注浆浆液采用水泥砂浆和纯水泥浆，注浆砂浆配合比为砂∶水泥∶粉煤灰为5∶5∶3，水固比为1∶1.5，预计注浆量为1.5m3/m。纯水泥浆水灰比为1∶0.5，水泥砂浆和纯水泥浆水泥标号均为42.5普通硅酸盐水泥，水泥砂浆和纯水泥浆内掺入一定量的水玻璃。

3.5注浆方案

3.5.1钻孔

由于路基塘渣回填层较厚，浅部塘渣层采用风动潜孔锤偏心跟管钻进方法引孔，钻具选用∅89mm冲击器及∅146mm偏心钻头，套管为∅127mm无缝钢管，直至打穿塘渣层。下部土层采用XY-100钻机钻进，钻头选用∅89mm合金钻头，钻进深度以穿透需注浆层0.5m为准。

3.5.2浆液配制

根据设计配合比及现场所使用的搅拌容器容积计量配制浆液，并用标识牌标明，悬挂在搅拌站。水泥采用42.5普通硅酸盐袋装水泥，用量控制较为准确，浆液中加入水泥量1%～2%的速凝剂（水玻璃）。为了确保拌合均匀，采用二级搅拌，每次搅拌时间不少于3min。

3.5.3砼填充

在注浆前，先填充∅1200mm孔段牵管部分，对三环路南侧的已牵引入三环路的∅800mm管道部分，用C15细石砼填充，防止砂土回灌入管。

3.5.4注浆工艺

由于未回牵管道的已成孔道区域有一定的空间，采用自流浆液结合二次压力灌浆方式，以充填孔道空洞及塌落土层中的空隙。

3.5.4.1Ⅰ区段

Ⅰ区段注浆分2次进行，第一次注浆主要以置换现有孔洞内泥浆为主要目的，选用细砂、粉煤灰及水泥作为混合填充材料，细砂、粉煤灰及水泥配比为10∶4∶1，现场根据实际情况稍作调整，调整原则为可灌、不堵塞、流动性较强，适当延长浆液凝固时间。第二次注浆为补充注浆，补充孔道内孔隙及以上层土体已产生的孔隙。具体施工步骤如下：

①从钻头位置开始，直接钻孔至孔底，随后插入两根注浆管（其中一根填充水泥砂浆，管径∅50mm，以下简称A管，另一根填充水泥浆，管径∅25mm，以下简称B管），并在临近已拖引完成管道处预留一个注浆管，管径∅25mm（以下简称C管），如图4所示；

图4　Ⅰ区段加固处理示意图

②将牵引钻头拖出约2m后，立即在A管内注入水泥砂浆，灌浆分3次进行，特别在标高为-2.50m、-1.80m、-0.25m时灌注并随时掌握其注浆压力、耗浆量等情况，随后可拔出A管，保留B管；

③牵引钻头拖出约3m，拖出过程中，B管跟进注浆，随后沿钻头拖动方向与前一孔间隔约3m位置，再钻孔至坑底，并插入A管及B管，并在A管内进行灌注水泥砂浆；

④B拔过程中，塘渣底0.5m以下可采用纯水泥浆填充，塘渣以上部分在水泥浆液中掺入水玻璃，以加快水泥浆液凝固时间；

⑤C管处采用水泥浆注浆，封闭已拖引完成处管道节点；

⑥重复过程至钻头拔出该区段。

3.5.4.2Ⅱ区段

Ⅱ区段与Ⅰ区段相同，也分2次进行。具体施工步骤如下：

①将牵引钻头拔出，随后插入2根注浆管，以下简称D管（∅50mm）、E管（∅25mm）；

②在D管内注入水泥砂浆，置换孔道内泥浆；③在E管内注入水泥浆，填充孔隙；④与道路距离较远处采用回灌砂石料。

3.5.4.3Ⅲ区段与桥台搭板枕梁处

Ⅲ区段及桥台搭板枕梁处加固处理同Ⅱ区段②、③处理步骤。

3.5.5注浆参数控制

3.5.5.1灌浆压力的控制

结合施工经验和公式：

［PL］=P0+mH+kγh

式中：［PL］——允许灌浆压力，kPa；

P0——地面段允许灌浆压力，kPa，覆盖层为塘渣回填，结构疏松，故不作考虑；

m——灌浆段每加深1.0m允许增加的压力值，kPa/m，查得m取60；

H——灌浆段深度，m，7.5～10.0m；

k——系数，取1.2；

γ——压重层重度，kN/m3，取18；

h——压重层厚度，m，按4m考虑。允许灌浆压力控制值确定为0.6MPa内。

3.5.5.2灌浆量的控制

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区段水泥砂浆充填灌浆量根据孔道形成的最大空洞体积进行计算，其中Ⅰ区为46.5m3，Ⅱ区段为41.5m3，Ⅲ区段为30m3。

3.5.5.3灌浆终止条件的控制

终止标准采取压力—流量双控法：在注浆压力达到600kPa，且能稳定持续5min时可结束注浆；当注浆孔附近地表发生大范围开裂、隆起变形时可结束注浆；满足其一即可终止。当单孔注入量异常大时应暂停注浆，分析清楚原因后采取间歇注浆的方法进行。

4　实施效果及质量检测

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区实际水泥砂浆灌浆量为理论计算值的0.9倍左右，通过二次压力注浆结束后28d，按照注浆孔数量10%进行钻孔取芯，结合有关注浆量的原始记录和芯样情况，对注浆效果进行了直观判断：空隙填充率达到85%以上，道路恢复通行3个月后，通车情况良好，路基稳定无明显下沉。

5　结论

路基注浆加固施工使施工范围内的土层空隙得到了有效充填，路基范围内的土体经过注浆后，不同程度地得到了压密固结，提高了地基承载力，保证了路基稳定性。通过本次工程实践证明，注浆技术对于处理因地层空洞而引起的地基下陷有着很好的应用参考性。

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TU74

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1004-5716（2016）04-0011-04

2015-04-17

王进明（1981-），男（汉族），江苏苏州人，工程师，现从事岩土工程施工技术与管理工作。