某长距离输水工程穿高速公路顶管加固防渗措施的探讨

王红帅

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 83000)

1 工程概述

某长距离输水工程全长130 km，沿线穿越城市、县城、村庄等复杂区域，沿线与已建的各种管网、电线光缆、乡村道路及高速公路等重要建筑物相交。在桩号100+111.869 m处与某高速公路相交，影响范围长350 m。高速公路为本城市重要交通枢纽，在前期勘察设计时与当地公路管理局沟通，要求工程建设需保证高速公路的正常运行。故设计采用顶管的方式穿越高速公路。

顶管包括进、出口明渠段、管身段，进口工作井，出口接收井。进、出口明渠长分别为7.178 m、10.002 m；在顶管进、出口分别设置工作井和接收井，该两处混凝土竖井作为穿越倒虹吸的进出口；管身采用3排DN2400的钢筋混凝土管顶进，管道净距2.4 m，管道纵坡1/1000，为有压流。

顶管技施设计降低了管身高程，采用倒虹吸型式穿越，顶管顶部距高速公路6.86 m，保证顶管位于稳定土层中，顶管结构稳定，满足设计要求。顶管管道采用DN2400顶管专用Ⅲ级管材，混凝土标号不低于C50，抗渗等级为S8。管道2 m一节，采用企口连接，止水采用O型橡胶密封圈，缝表面采用聚氨酯密封膏封缝，其刚度、强度、防渗均满足安全运行的要求[1-5]。

2 存在的问题

顶管在实际施工过程中部分连接处的O型橡胶密封圈被顶出或错位，止水被破坏。同时，水泥浆置换填充完成后，顶管内壁有湿痕出现，故管道存在渗水的隐患。根据上述现象可知，顶管存在的安全隐患主要有以下三方面：

(1)钢筋混凝土管2 m一节，采用企口连接，连接处设止水，止水采用O型橡胶密封圈，现场顶管施工过程中部分O型橡胶密封圈被顶出或错位，连接处止水被破坏，不能完全起到止水作用，存在渗漏的隐患，渗漏后对管底稳定土层基础有影响，存在沉降的安全隐患。

(2)设计要求顶管施工结束后，管外壁与土之间的间隙采用水泥浆置换填充密实。根据现场反映，水泥浆换填施工完成后顶管内壁有湿痕出现，故管道存在渗水的隐患，渗漏后对管底稳定土层基础有影响，存在沉降的安全隐患。

(3)该段岩性为粉土，厚30 m，中等湿陷下限为2～3 m，轻微湿陷性下限为3～5 m。顶管一旦渗水将引起顶管变形，进而影响高速公路、国道等运行安全，社会影响及经济损失巨大。

3 管道连接处加固处理设计方案

根据现场施工后存在的安全隐患分析，顶管连接处需增设加固处理措施。混凝土加固分为直接加固法和间接加固法两类。本工程顶管设计采用顶管直接顶进施工，顶管外部无钢套管，并且需加固的部位是管道连接处，故根据工程实际情况采用间接加固法[6]。

本工程加固的材料要求高抗拉强度，有一定的伸长率，与混凝土基面具有一定的黏结强度。加固位于管壁内侧，为了不影响过流，加固材料厚度不宜过厚。综上，查阅《混凝土结构加固设计规范》( GB 50367—2013)、《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB 50728—2011)中相关规定，碳纤维布较适合本工程。在本工程桩号102+822.105 m处有一座铁路涵，干渠与铁路涵衔接处的结构缝加固处理采用了碳纤维布加固技术，根据现场实际施工情况效果很好，经过几年的运行，依然完好无损。综上特点并结合已建工程实际经验，碳纤维布较适合本工程，碳纤维布本身具有轻质、高强、高模量、耐腐蚀等优异的物理力学性能[7]。

综上所述，碳纤维布是适宜的、经济的、满足工程设计要求的加固材料。碳纤维布选择单向织物，高强Ⅰ级，200 g/m2，配套浸渍胶采用A级胶，缝两侧各延伸50 cm，共粘贴两层碳纤维布。

4 管道连接处和管身的防渗处理设计方案

根据现场施工后存在的安全隐患分析，顶管增设防渗处理措施：混凝土表面采用防渗材料进行防渗的技术已经非常成熟，防渗材料种类较多，通过查阅相关资料，结合同类已建工程的实例，根据工程的实际情况选择适宜的、经济的防渗材料。

本工程的防渗部位包括管道连接处和管身两处，防渗材料涂刷在顶管内壁，无外水压力。查阅相关资料，选择了水泥基类无机防渗材料的超强高韧聚合物水泥基防护涂料、环氧类有机物防渗材料的LEAC丙烯酸聚合物水泥防护涂料(LEAC21IB型)、聚脲类防渗材料单组分(脂肪族)聚脲防水涂料(Ⅱ型)进行分析。以上三种材料均满足工程的设计要求[8-9]。

4.1 防渗材料

(1)超强高韧聚合物水泥基防护涂料。该涂料强度高、韧性好、抗冲磨性能优异，尤其长期泡水后自身强度及与基材黏结强度不断提高。与原混凝土基材相融性好、渗透性高，并能使新老材料高度融合成为一个牢固的整体。

(2)LEAC丙烯酸聚合物水泥防护涂料(LEAC21IB型)。该产品黏结好，耐水、耐碱能力强，可用于长期浸水的工程，耐紫外线，可用于外露工程。

(3)单组分(脂肪族)聚脲防水涂料(Ⅱ型)。 该产品为外露型涂料，较为环保，具有防水性、耐黄变、强度高的特点，良好的抗冲磨、抗老化性能，与多种基材黏结性优良。广泛用于暴露、抗冲磨、防水防腐、耐久性要求高的工程。

4.2 防渗材料比选

根据防渗材料的性能指标、适宜性、施工工艺及经济性进行综合比选，投资比选中的工程量为穿清-伊高速公路的顶管施工范围。防渗材料比选详见表1。

经过综合比选，LEAC丙烯酸聚合物水泥防护涂料(LEAC21IB型)满足本工程防渗要求，并且最经济。本产品在某明渠修补工程中已施工完成并运行满一年，经过现场实际的考察，防渗效果较好，经过完整的冻融周期后仍然完好无损，适合严寒地区的工程中应用[10]。

综上所述，防渗设计采用LEAC丙烯酸聚合物水泥防护涂料(LEAC21IB型)，涂刷/滚刷2～3遍，施工厚度1.0～1.5 mm。

5 结 论

(1)顶管为本工程的主要建筑物，顶部为高速公路，顶管的安全隐患将影响工程的正常运行，同时影响到交叉建筑物，采用新型技术和材料可保证工程的安全运行。

(2)本次顶管的加固修复经过运行验证效果良好，对工程施工中存在缺陷的一些项目，建议采用碳纤维布加固补强技术。

(3)LEAC丙烯酸聚合物水泥防护涂料具有一定的黏结强度和延展性，与混凝土粘接不脱落，可适应位移变化，且厚度较薄不影响过流能力。