竖锚支撑与高压旋喷复合技术在顶管工程中的应用

邓学铮，杨庆，乐建



竖锚支撑与高压旋喷复合技术在顶管工程中的应用

邓学铮，杨庆，乐建

（成都兴蜀勘察基础工程公司，成都 610072）

以成都市第二污水处理厂厂外污水干管下穿成龙路顶管施工为例，基于场地工程地质、水文地质条件，系统分析了顶管施工诱发地面塌陷原因，提出了以竖锚支撑+高压旋喷为主的复合加固方案。经现场顶管施工验证：通过高压旋喷注浆加固可有效提高砂卵石地层的密实度、整体性和稳定性，并降低其渗透性；而竖锚支撑加固可快速减小已塌陷区地下管线的变形，适用于塌陷段管线抢险施工。

顶管施工；竖锚支撑；高压旋喷；应用

近年来随着我国城镇化进程的加快，全国各级城市大规模新建、改扩建各类地下管线，而顶管施工工艺因其具有施工方法较简单、成本较低、非开挖不影响地面交通等优点广泛运用于地下管线的施工[1~3]；但当顶管施工场地遭遇易塌陷松散地层、地下水位埋藏浅且富集等不利因素时，顶管施工易于引起地面沉降，甚至地面塌陷，进而危及地面建构筑、行人、现状管网的安全[4~5]。

以成都市第二污水处理厂厂外污水干管下穿成龙路顶管施工为例，基于场地工程地质、水文地质条件，系统分析了顶管诱发地面塌陷原因，提出了以竖锚支撑+高压旋喷为主的复合加固方案，经现场顶管施工验证，确保了塌陷区现状管线安全和后续顶管的顺利实施。实践证明，在易塌陷松散地层中顶管施工，采用竖锚支撑+高压旋喷为主的复合加固方案是有效的。

1 概况

1.1 工程概况

拟建成都市第二污水处理厂厂外污水干管主管管径内径2 200mm，外径2 640mm，下穿成龙路时，污水干管平均埋深约12.0m，底部嵌入基岩深0.8m；拟采用顶管法施工，顶管节管长2.5m，下穿成龙路顶管总长56m，纵向坡度1‰。根据现场管线探测，成龙路沿线现状市政管线发育，主要分布有电力浅沟、电缆、天然气管、自来水管等，管线埋深0.5~2.6m不等[6]，其分布及与拟建污水干管相对位置关系如图1。

1.2 场地工程地质条件

场地各岩土层主要物理力学指标建议值表

岩土层名称重度（KN/m3）承载力特征值（Kpa）内摩擦角（度）内聚力（Kpa）压缩模量（MPa）变形模量（MPa） 人工填土18.57010102.5 粉土18.512010103.5 细砂19.011012 5.0 稍密卵石21.030025 25.020.0 中密卵石22.060035 35.030.0 密实卵石23.090045 45.040.0 全风化泥岩20.0200403080.0 强风化泥岩21.0300505015.0

根据岩土工程勘察报告，本场地地处岷江水系一级阶地，场地地层主要由第四系全新统人工填土（杂填土）、粉土、细砂、卵石及白垩系上统灌口组泥岩组成，各岩土层特征分述如下：

1）人工填土（杂填土），呈杂色，湿，稍密，主要由建筑垃圾及粘性土混合而成，分布深度0~3.4m，层厚约3.4m。

2）粉土，灰色，稍密，湿-饱和，含铁锰质氧化物，可见云母细片，发育深度3.4~3.7m，层厚约0.3m。

3）细砂，灰色，松散，湿-饱和，由长石、石英、云母细片及暗色矿物颗粒等组成，发育深度3.7~4.2m，厚约0.5m。

4）卵石，灰色，饱和，稍密-密实，卵石成分主要为岩浆岩、变质岩类岩石，弱风化，多呈亚圆形，一般粒径2~4cm，充填15%~45%的中砂和砾石，发育深度4.2~10.7m，厚约6.5m。

5）泥岩，紫红色，泥质结构，块状构造；表层厚约0.4m泥岩为全风化层，呈粘土状，遇水泥化；其下为强风化泥岩层，遇水软化崩解。

场地地下水主要为赋存于砂卵石层中的孔隙潜水，岩层富水性好，透水性强，渗透系数20m/d，勘察期间测得场地地下水水位埋深1.8~4.7m。

2 地面塌陷特征及原因分析

2.1 地面塌陷特征

2004年7月开始下穿成龙路顶管施工，现场在工作井侧沿污水干管轴线施工了3口降水井，降水井距污水干管轴线约8.0m，井深15.0m；在顶进3节长约7.5m时路面出现严重塌陷，该范围内分布的φ220mm天然气管、φ600mm的自来水供水管，11、22万伏电力浅沟等均出现不同程度下沉和扭曲变形，其中电力管线（100mm铁管）和11、22万伏电力浅沟变形最为严重，混凝土沟槽倾斜高差达150mm，盖板裂缝宽20mm，管线底部悬空达1.0m。

图1 污水干管下穿成龙路沿线现状管线分布断面图

2.2 顶管塌陷原因分析

基于上述地面塌陷特征和场地水文地质、工程地质条件，综合分析认为本场地顶管施工造成地面塌陷原因有：

1）顶管管顶以上土层主要为松散-稍密的填土、粉土、砂土和稍密-中密的卵石，结构较松散，不具备形成自然拱的能力，即管顶土层自稳能力较弱，易于发生塌陷[7~9]。

2）场地地下水为砂卵石层中的孔隙潜水，富水性、透水性好，且拟建污水干管位于卵石层底部，管底嵌入基岩底部，这一特殊的水文地质条件使得通过降水井难以将场地地下水降至管线底板以下，实际顶管过程中作业面未能完全疏干也映证了这一点，致使后续顶管工作在水下进行，增大了顶管施工时地下水对管周测土体的冲刷扰动作用，进一步降低了管侧及管顶土体的稳定性[10~11]。

3）顶管施工时，降水不连续，断断续续，动水力因素造成含水层中的细颗粒被抽走，破坏了土体结构，降低了土体的密实度和自稳能力。

3 竖锚支撑加固设计

为满足已顶管塌陷段地下管线抢救性加固和路基加固的要求，提出了以竖锚支撑+高压旋喷为主的复合加固方案，即为快速减小塌陷段地下管线的变形确保各类现状管线的安全和正常使用，优先对塌陷段地下管线采取竖锚支撑加固；其次为保证路基的稳定对顶管上覆路基进行高压旋喷加固[12]。

3.1 竖锚支撑加固设计

根据塌陷对天然气管、电力浅沟、雨水管、供水管等现状管线的影响和破坏程度，采用竖锚+斜撑或钢丝绳或横梁的加固方案；其中竖锚采用φ48mm钢管，深入基岩0.50～1.50m，竖锚管身段按30cm间距呈梅花型布置注浆孔，注浆孔径φ8mm，考虑到注浆不对已顶管造成影响，竖锚底部3.00m不钻孔注浆。经水泥浆将竖锚与土体粘结形成复合支护体系，共同支撑地下管线，确保了塌陷段现状管线安全和正常使用。具体竖锚布设如下：

1）天然气管、电缆管和供给水管：变形相对较小，但管线底部已局部悬空，设计在管道中心线两侧各施工一至四对竖锚，管底加一横管（横梁，采用钢轨材料），横管与竖锚连接牢固。

2）电力浅沟：宽1.8m，高1.23m，钢筋混凝土方沟，内置11万和22万伏高压电线，垮塌已引起电力方沟严重变形和开裂，缝宽3~5mm，在管线中心线各施工四对竖锚，管底加横管（横梁），横管与竖锚连接牢固。

各竖锚布置及抢险加固设计图见图2。

图2 塌陷区抢险竖锚支撑平面布置图

3.2 高压旋喷加固设计

为保证塌陷段路基稳定和确保后续顶管顺利实施，对顶管沿线路基采取高压旋喷加固处理，以提高顶管周围土体的密实度、整体性和强度，并降低砂卵石层的渗透性。

根据上述加固要求，本次路基加固设计沿拟建污水干管轴线共布设了9排高压旋喷桩，旋喷桩直径D为0.6m，管道两侧高压旋喷桩加固至基岩，而顶管位置高压旋喷桩加固至管顶标高，平面均呈三角形布置。其中中间5排高压旋喷桩主要起加固地基土作用，桩距和排距均按1.0m设计，设计不交圈；而在污水干管轴线两侧外边界处各增设2排高压旋喷桩，设计交圈，主要起加固土体和降低渗透性作用，孔距按L=0.866D，排距按S=0.75D，旋喷桩交圈厚度约0.33m，高压旋喷加固工程平面布置图见图3。

3.3 加固效果

通过采取竖锚支撑+高压旋喷为主的复合加固方案，拟建成都市第二污水处理厂厂外污水干管下穿成龙路顶管塌陷段管线沉降量由之前的5~15mm/d迅速减小为1~3mm/d，并随着施工作业的结束而趋于停止；且后续顶管段也顺利完成了顶进作业，未再出现明显的塌陷变形。

图3 高压旋喷加固工程平面布置图

4 结论

综上研究成果，经现场顶管施工验证，在易塌陷松散地层中顶管施工，采用竖锚支撑+高压旋喷为主的复合加固方案是有效的；而且竖锚支撑加固技术可快速减小已塌陷区地下管线的变形，更适用于塌陷段管线抢险施工。

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The Application of Vertical Anchor Support and High Pressure Spray Composite Technology to Pipe-jacking Engineering

DENG Xue-zheng YANG Qing LE Jian

（Chengdu Xingsu Reconnaissance Infrastructure Engineering Company, Chengdu 610072）

By the example of construction of pipe-jacking of the sewage trunkunder the Chenglong Road outside the second sewage treatment plant in Chengdu as an example, this paper puts forward vertical anchor support and high pressure spray composite technology for construction of pipe-jacking. The construction practice indicates that this technology mayeffectively improve compactness integrity and stability of pebble strata and reduce their permeability and deformation of underground pipelines.

pipe-jacking construction; surface collapse; vertical anchor support; high pressure swirl grouting; emergency construction

2018-01-30

邓学铮（1983-），男，山东菏泽人，水工环工程师，主要从事地基基础、地质灾害治理及水、工、环等方面技术、管理工作

[P642.3、5]

A

1006-0995（2018）04-0634-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.04.022