止水帷幕及锚喷支护在管道顶管施工中的应用

许 瑜，刘 坤，陈化昀

中国石油天然气管道局第三工程公司，河南郑州 451450

止水帷幕及锚喷支护在管道顶管施工中的应用

许 瑜，刘 坤，陈化昀

中国石油天然气管道局第三工程公司，河南郑州 451450

东北管道工程地处东北地区辽河冲积平原地段，处在水位高、流沙掺杂卵石且存在滞水层的特殊地段，进行道路穿越时，施工难度极大，且不能确保施工质量和施工安全。为有效控制地下水位，排除塌方等不利因素，首次将锚喷支护及止水帷幕两项施工措施相结合，制订了针对水位高且地质为流沙夹杂卵石地段的施工方案，并在实际施工中验证了方案的可行性，成功地完成了流沙混合砾石地质层的顶管施工。采用此种施工方式，工期短，成本低，风险可控且工程质量可得到有效保障。

止水帷幕；锚喷支护；顶管

1 工程概况

长输管道距离长，所经地区地貌种类多，地质条件复杂。中国石油天然气管道局第三工程分公司承建的东北管道工程包含铁大线安全改造工程第一、二标段共长135.6 km，管径711 mm；铁锦输油管道复线工程一、二标段共长160.16 km，管径508 mm；哈尔滨-沈阳输气管道工程第九、十标段共长87.69 km，管径711mm；庆铁四线改造工程第十标段长9.85 km，管径711 mm；施工中共计需穿越等级公路63次。

本次管道穿越处位于辽宁铁岭市和新民市区间，水稻田交错分布。由于所处为辽河冲击平原，地下水位较高，地质条件复杂，管道埋设位置正处于砂层，且含有砾石；相距地面3 m处掺杂黏土层，形成滞水层，普通井点降水不能有效排水，达不到施工条件；另外由于各线路并行敷设，并行穿越间距较小，常规的人工顶管易造成大面积塌方，引起道路塌陷，同时也对施工安全造成威胁，影响管道安装的施工进度，且拉森钢板桩在含有卵石的地段无法进行打桩作业。因此，为了有效控制施工位置水位，创造良好的施工条件，经过多次技术论证，确定了一套全新的锚喷支护结合止水帷幕穿越方案，在管道施工中应用尚属首例。

采用该方式在高水位砾石加流沙地段顶管施工，目的是有效隔绝顶管位置的地下水，改善土层的稳定性，杜绝塌方危险，缩短施工周期，降低施工投入。

2 止水帷幕和锚喷支护

止水帷幕是近年来广泛应用于南方水网地段的土建施工工艺，它利用小型钻机和双液注浆机，将一定比例配比的玻璃水、磷酸、混凝土混合注入土壤，并迅速凝结，隔断施工位置的水分进入，能有效改善土壤稳定性，防止塌方，从而提高施工安全和质量系数。

锚喷支护是采用锚杆和喷射混凝土支护的措施，上世纪60年代以来，已被广泛应用在隧道和矿井巷道施工中。锚杆和喷射混凝土与土层结构共同形成一个承载结构，可有效限制土层或岩体变形的自由发展，调整应力分布，防止土层或岩体松散坠落。它主要用作施工过程中的临时支护。

锚喷支护及止水帷幕这两项施工措施都是较为成熟的施工工艺，锚喷支护工艺通常应用在矿井巷道和隧道的施工中，在管道施工中采用这种方式相对罕见。相对泥水平衡和小型定向钻穿越，采用此种方式能有效解决流沙混合砾石土层的顶管施工中地下水控制的难题。并且除锚喷作业坑施工中需采取降水措施外，后续的注浆、顶管过程均无需进行降水。

3 施工过程

总体施工分四部分：作业坑降水，作业坑开挖及锚喷支护，止水帷幕作业，人工掘进顶管。

3.1 作业坑降水

顶管作业坑开挖之前，首先对作业区域进行降水，采用在发送坑中心开挖集水坑明排降水的方式。

3.2 作业坑开挖及锚喷支护

降水工序完成后，作业坑开挖及锚喷支护同步进行。作业坑开挖严格按照《油气输送管道穿越工程施工规范》[1]的要求进行。

（1）开挖1 m深后，设置环梁（宽度为60 cm，厚度为40 cm）一圈。先对环梁基础进行整平，测量标高，先浇一层强度等级为C10的混凝土垫层，厚度10 cm；绑扎环梁钢筋，预留出墙体钢筋，如土质结构不稳定，可在环梁上方400～500 mm处加设榀梁（内由φ20 mm的钢筋捆扎而成）一圈；现浇环梁混凝土，环梁混凝土强度等级为C30。

（2）自上而下分层开挖作业坑，每层深度2～2.5 m，开挖一层锚喷一层。每层以φ20 mm、长1.2 m的钢筋土钉将预制好的榀梁及环梁锚固到坑壁上，并在固定处灌注混凝土加固，每层榀梁相隔间距60 cm，层与层之间以φ12 mm的钢筋间隔50 cm进行连接。榀梁连接完成后，在其外侧捆扎钢网，钢网绑扎好后，才能喷射混凝土，喷涂厚度≥40 cm。采用速干混凝土自下而上进行喷射作业，每层喷射混凝土时应分段分片一次进行，喷射顺序应自下而上，以免松散的回弹物料粘污尚未喷射的壁面，同时还能起到下部喷层对上部喷层的支托作用，可减少或防止喷层的松脱坠落。同时应注意尽量减少坡面土体的暴露时间，每层钢筋绑扎时应使拐角、上下层等处的搭接符合规范要求，注意钢筋预留搭接头。

（3）开挖过程中注意事项：其一，基底面应尽量整平；其二，清除浮泥，防止封底混凝土和基底间渗入有害杂质；其三，底脚与封底混凝土接触面处的泥污应予清除；其四，用块石回填坑底超挖部分；其五，用碎石、粗砂找平。

（4）操作坑封底作业。底板垫层混凝土强度为C10，厚度为10 cm。底板垫层达到强度后，即可绑扎底板钢筋，进行底板混凝土浇筑。钢筋绑扎按常规进行，与井壁预插钢筋配合布置，底板预埋钢板以便于顶管设备安装。混凝土浇入后，及时用插入式振捣器振捣密实，再用平板振捣器提浆初平，最后人工找平，收面。底板混凝土厚度为30 cm，混凝土强度等级为C30。底板含两层钢筋网片，底层网片和上层网片之间排布四组钢筋榀梁，并与基础钢筋榀梁连接，钢筋规格为φ20 mm。锚喷井剖面图见图1。

图1 锚喷井剖面示意

（5）完成上述工作后浇筑顶管后背墙，后背墙墙体混凝土从底板往上浇筑，钢筋可一次绑扎完成。顶管进出洞口的预埋钢套环可在第二次浇筑混凝土时安装，并与周围墙体钢筋焊接，固定为一体。钢套环的中心高程、轴线要与顶管轴线一致，测量时在第一次浇筑的墙体上放线，将钢套环安装就位，无差错后才能支钢模，钢模的支撑要合理牢固，浇筑混凝土时不得有漏浆现象。后背墙墙体混凝土浇筑高度应满足顶管施工时设备安装的要求。

在锚喷支护过程中，止水帷幕的注浆施工与之同步进行。因止水帷幕注浆方式采取后退式，使用小型钻机横向钻进时，是在道路另外一侧进行，不影响操作坑内锚喷支护井的安装，因此，两种方式的结合应用可有效控制工程的工期、成本、风险及质量。

3.3 止水帷幕作业

3.3.1 作业材料的选择

由于隧道施工区段内大部分土质为粉质黏土且软化严重，同时，由于本段下穿市政公路及众多管道，注浆施工必须保证注浆效果，不能漏水及沉降，以保证地表建（构）筑物的安全。因此，根据相关规范要求，注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆浆液。注浆加固止水范围为开挖轮廓线外2 m。

3.3.2 作业方式

止水帷幕施工即将一定比例的混合浆注入施工土层中，强行将土层缝隙中的地下水隔离在作业区域以外，形成止浆墙。

首先，将小型钻孔设备TXU-75A型煤矿坑道钻机就位，使其放置在出土点位置，准备从出土点处向入土点方向进行横向钻进，钻进前需将注浆机导管固定在钻机上，由钻机一并带入。

其次，根据设计图纸及现场实际情况要求，钻进时先用大口径钻头钻进3 m，导管采用D 70 mm× 5 mm、长3 m的热轧无缝钢管，导管埋设牢固，钻口采用止浆塞作为止浆措施。由于导管直接影响深孔钻进方向，因此，对导管的钻孔及安装精度必须加强控制，每个导管钻孔及安装时由技术人员现场测量钻杆方向及角度。

最后，在导管安装完毕后，用φ50 mm钻头由外环开始钻孔，钻孔时先完成“一序孔”，每个孔位钻至设计长度后，在钻机回拖时开始注浆，注浆采用后退式注浆工艺，分段注浆，每段注浆长度根据围岩情况控制，长度不大于3 m。后退式注浆工艺示意见图2。

3.3.3 作业效果

根据现场土层结构，经多次调整混合浆的水泥和玻璃水的配比，固化后止水墙达到相应强度，起到了止水效果的同时也满足了支撑路基的作用，达到了保障施工安全、质量的预期效果。改善后的水田地层见图3。

图2 后退式注浆工艺示意

图3 改善后的水田地层

3.4 人工掘进顶管施工

由于注浆采用后退式分段注浆工艺，每段注浆长度根据围岩情况控制，长度不大于3 m，因此，在完成第一段注浆工艺后，人工掘进顶管施工即可进行，后续段落注浆及人工掘进顶管施工可同步进行，人工掘进顶管施工按照《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》[2]的要求进行。

4 结束语

因铁岭和新民地区属冲积平原，流沙混合砾石土层较多，因此在后续的施工中，将根据穿越点的地质情况继续推广应用。将止水帷幕结合锚喷支护方式在管道工程建设中应用，可以有效降低施工风险，提高顶管施工质量，减少施工成本，解决高水位流沙加卵石地质段顶管施工的技术难题，促进管道工程建设的发展。

[1]GB 50424-2007，油气输送管道穿越工程施工规范[S].

[2]JC/T 640-2010，顶进施工法用钢筋混凝土排水管[S].

Application of waterproof curtain and bolt-shotcrete support in pipe jacking construction

XU Yu，LIU Kun，CHEN Huayun

No.3 Construction Company of China Petroleum Pipeline Bureau，Zhengzhou 451450，China

Northeast Pipeline Project is located in Liaohe alluvial plain of Northeast China，where the groundwater level is high，the quicksand is mixed with pebbles，and there is an aquitard layer.Construction of pipeline crossing road is extremely difficult，and cannot ensure the construction quality and safety.In order to effectively control the groundwater level and eliminate landslides and other unfavorable factors，the combined technique of waterproof curtain and bolt-shotcrete support is firstly applied.In the actual construction，the feasibility of the technique is verified.The pipe jacking construction is achieved in the geological condition of quicksand mixed with gravels.This technique shortens construction period，reduces cost，and enables risk to be controllable and engineering quality to be effectively guaranteed.

waterproof curtain；bolt-shotcrete support；pipe jacking

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.011

许 瑜（1975-），男，江苏南京人，工程师，2006年毕业于河北石油职业技术学院，现从事石油天然气管道工程项目管理工作。Email：278141010@qq.com

2016-10-13；

2016-12-15