顶管法施工过程的防水措施

顶管法施工过程的防水措施

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顶管法施工过程中的防水措施

顶管施工是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。

该方法具备多种优点，采用顶管施工，对地面上的上交通影响很小；进行顶管施工时，施工占地面积相对较小，而且顶管施工可穿越铁路、公路、河流等，节约成本。顶管施工的过程中产生的噪声较小,不会对居民的日常生活产生干扰。

虹梅南路双柏路路口一管线目前正是采用了顶管法在进行施工。

地下施工、地下结构物必须重视的一点就是防水，特别是上海此类地下水丰富、水位较高地区。

对于顶管法而言，防水措施主要是堵。第一道防线是压浆将水堵在管道周边一定范围，第二道防线是管道接口密封。

在此我们先讨论管道接口的密封。虹梅南路双柏路路口顶管法施工的接口如下图所示。

图1 图2

图2中木垫板是主要为了在管与管之间传递纵向力而设置的，在顶进过程中，木垫板能发生一定塑性变形而同时又不会变硬以补偿管端不平整度，而且木垫板弹性并不大，千斤顶卸载时的回弹导致推顶的损失很小。

该接头的防水密封采用双重形式。第一道密封是通过在一节管子的细端（图1）与另一节管子的钢圈（图2）之间夹置一个橡胶胀圈，橡胶胀圈坚固又有弹

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性，而且耐压，橡胶圈装置同时还保证不会由于推顶时的纵向力和横向力而改变位置和发生损坏，采用的方法是在管子的细端开出一条环形槽沟，用以装入橡胶胀圈。第二道密封位于管子端面之间。为此目的，需事先流出相应的空间，亦可在推顶完毕后将木垫板的内圆凿2-3cm，然后将这样形成的缝处填塞石棉水或填塞膨胀水泥砂浆处理永久性接口。

再回过去讨论第一道防线。右图是虹梅

南路双柏路路口顶管注浆设置。实际上，注浆最主要的功能都不是为了防水。顶管施工过程中选择的是触变泥浆，浆液作用机理为：一是起润滑作用，将顶进管道与土体之间的干摩擦转换为湿

摩擦，减小顶进的摩阻力；其次起填补和支撑作用，浆液填补施工时管道与土体之间产生的空隙，同时在注浆压力下，减小土体变形，使隧洞变得稳定。

注浆时，从注浆孔注入的泥浆会先填补管节与周围土体之间的空隙，抑制地 层损失的发展。泥浆与土体接触后，在注浆压力的作用下，注入的浆液将向地层中渗透和扩散，先是水分向土体颗粒之间的孔隙渗透，然后是泥浆向土体颗粒之间的孔隙渗透；当泥浆达到可能的渗入深度之后静止下来，只须经过一个很短的时间，泥浆就会变成凝胶体，充满土体的孔隙，形成泥浆与土壤的混合土体；随着浆液渗透越来越多，会在泥浆与混合土体之间形成致密的渗透块，随着渗透块越来越多，在注浆压力的挤压作用下，许多的渗透块之间粘结、巩固形成一个相对密实、不透水的套状物，称为泥浆套。它能够阻止泥浆继续渗入土层。

显然，虽说注浆最主要并不是为了防水，但是从其作用机理来看，亦能起到一定的防水作用。与盾构类似，注浆压力和注浆量是注浆工序的关键控制点。

关于注浆压力的控制，我们进行以下讨论。下述讨论皆由盾构施工类比而来。 首先，浆液压力不能太大，太大的压力超过土体劈裂压会导致浆液源源不断的流逝，甚至有突出地面的可能，如右图虹梅南路顶管浆液溢出地面。

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劈裂压可由下式计算：

pf?Vth?aqu

式中：

pf为劈裂压； Vt为土湿重度； h为隧道轴线埋深；

a为随浆液粘性和直径比变化的系数； qu为土的无侧限抗压强度。 因此注浆压力P不能大于pf。

同时，虹梅南路顶管为泥水平衡顶管，注浆压力显然不能大于前方泥水压力值，否则注入的浆液将会窜到开挖面前方。因而注浆压力值应和前方泥水压力基本持平。考虑到前方泥水压力按开挖面中心设定,因此上方及下方注浆压力值应在p1、p2附近:

p1?p?VR

p2?p?VR

式中：

p1为上方注浆压力；

p2下为下方注浆压力;

p泥水为开挖面中心设定注浆压力;

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