地质流沙地质的管道是如何顶进应用的
南宁地区某排水工程管道沿途需穿过房屋、学校、电力线及供水管道等武汉顶管设施，主管段采用顶进法施工。由于原设计无地质资料，当由下游向上游顶进施工至18#～23#工作坑之间的管段时，工作坑和顶管内出现严重的流沙坍塌现象，致使顶进施工无法继续进行，并危及顶管施工上方既有电力线和供水管的安全，如何处理流沙地质成为当时施工中急需解决的一大技术难题。

二、工程地质条件
经进行施工地质补钻揭示，在11#～23#工作坑之间约780m的顶管范围均存在含水量丰富的松散砾石土层和粗沙层，再下多为弱膨胀砂粘土层，地下水类型为具有承压性质的潜水。排水管顶进的地层主要位于松散砾石土层及弱膨胀性的砂粘土层内。

三、处理方案的选择
经分析认为塌方的主要原因是砾石土较松散及砂粘土具有弱膨胀性，并且地下水位较高，含水量丰富。对此，施工中曾提出了轻型井点降水、压力注浆等两个处理方案。经分析比较，轻型井点降水可防止出现流砂但仍无法解决顶进管前开挖的坍塌问题，故轻型井点降水后只能采用大开挖明铺施工，故该方案施工难度较大，工期较长，造价较高。而若采用压力注浆方案，比照类似地基注浆加固工程的成功经验，则工期较短、造价较低、施工较简单。通过上述两个方案的技术经济比较，决定选用压力注浆方案：即利用压力注浆技术在一定宽度范围内对砾石土层进行固结注浆，通过浆液的胶结、填充等作用，提高砾石土层的内聚力，并封堵地下水，达到顶进管前开挖和工作坑开挖不再出现流砂坍塌目的。
 
四、注浆方案设计
（一）注浆方案的选择
注浆方案应根据工程的地质条件和注浆目的来进行选择，一般主要包括注浆材料和注浆方法的选定。本工程的注浆加固土层为松散砾石土，可灌性较好，粒状浆材或化学浆材均可选用，但由于工程的注浆范围较长，工期紧迫，且地下水丰富，为了使加固体尽快发挥作用，加快施工进度，并有效控制加固范围，决定采用水泥—水玻璃双液低压注浆加固方案。

水泥—水玻璃双液浆材具有两种浆材的优点：浆液粘度较低，可灌性较好，在水中可以迅速凝固，凝胶时间可在几秒到几十分钟内准确控制，结石率可高达98%以上，结石强度较高，且浆液本身无毒，对下游居民用水无污染。

（二）注浆标准与范围
本工程的注浆具有临时工程性质，对地下水的封堵及砾石土的固结强度以工作坑及管道顶进开挖不再出现流砂坍塌为标准。注浆范围：高度控制在管底至管顶以上1.5m，宽度控制在管壁外各1.0m范围。

（三）凝胶时间
为防止浆液在水中流串过远，并满足双液在孔口混合后能渗透至砾石层的时间要求，浆液凝胶时间控制为60s。

（四）浆液配制
1.水泥浆：采用P.O32.5MPa普通硅酸盐水泥，水灰比为0.75:1。
2.水玻璃浆：采用中性水玻璃，水与水玻璃的体积比为1:0.5。
3.水玻璃浆与水泥浆的体积比为0.2:1。液凝胶时间达不到要求时可适当调整。

（五）注浆压力及吸浆量
注浆压力与浆材的性质、土层的情况及其埋深、注浆次序、注浆速度及注浆量等难以确定的因素有关，故宜通过现场试验确定，即通过试验性注浆，绘制出注浆量与注浆压力的关系曲线，注浆量突然增加时的压力即为容许注浆压力。经现场注浆试验确定，本工程注浆的压力控制为0.6～0.9PMa之间。
为防止浆液流串过远造成浪费，对砾石土层其吸浆量应控制在13L/min左右。
 
（六）浆孔布置
1．孔底标高及注浆段高度浆孔底标高应进入顶管底至少0.4m，注浆段高度自孔底算起高3.0～3.5m。
2．浆液扩散半径R的确定。浆液扩散半径可按经验公式进行估算，但由于地质条件的复杂多变，理论公式计算常常偏差很大，一般应通过现场注浆试验确定。经现场试验确定R=1.05m。
3．浆孔布置。管线部分沿管道设三排孔按(下转第118页)(上接第121页)梅花形续布置，排距为1.0m，每排中孔距为1.0m，三排孔紧密搭接，其效率高，费用低。
按本方案布置浆孔的有效加固宽度为B=1×2+1.05×2＝4.1m，顶管的外径为1.8m，能满足要求。经试验性注浆3天后开挖，加固效果明显，不再出现流砂坍塌现象。
4.7注浆量
浆液占据的体积为地层孔隙的体积，砾石土层的孔隙率n为25～45%之间，故浆液注入率为i=n×η=0.3×0.7=0.21(式中η为地层孔隙不完全充填的折减系数，对砾石土层η=0.7~1.0)。
注浆量Q=V×i×（1+β）（式中V为加固区体积，β为浆液流到加固区外的损耗系数，一般取β=～15%）。

本顶管工程管线部分布孔1038个，工作坑部分布孔220个。由上述公式可求出管线部分的单孔注浆量q=1.5m3；工作坑部分的单孔注浆量q=2.4m3。

五、注浆施工
用人工将下部带尖头的花管打入地层至孔底设计标高，用水冲洗进入管中的砂土。
按规定的配比制备浆液，凝胶时间控制在60s左右，达不到要求时可适当对浆液配比进行调整。
安装注浆内管及混合器（注浆头），连接高压胶管，用两台注浆泵分别将水泥浆和水玻璃浆同时压入注浆管内进行注浆。用人工葫芦自下而上分段拔管注浆至规定注浆高度。
拆除管子及注浆头，进行下一孔注浆。注浆次序遵循先外围后中间、隔孔灌注、逐次加密的原则。

六、注浆效果
（一）加固效果
本工程工期紧迫，每个流水作业段注浆3天后即进行开挖。开挖土体大都呈水平分层块状结石体，层厚约15~20 cm，强度较高，且止水效果明显，施工中不再出现流砂坍塌现象。确保了整个排水工程于竣工交验的工期目标，交工质量评为优良。工程交工至今排水畅通，地表无下沉等不良现象。

（二）经济效果
本工程注浆耗用水泥1280t，水玻璃130t，平均每米造价约1370元/m，总造价约107万元，比轻型井点降水大开挖方案节约投资近170万元，且确保了顶管周围道路、建筑物及供水供电等既有设施安全。
本工程采用双液低压注浆方案处理流砂地质获得成功，取得了良好的经济技术效果，也为今后类似工程施工积累了经验。

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