无声破碎剂清障法在顶管故障处理中的应用

邓立邦

中国市政工程中南设计研究总院有限公司

摘要：顶管施工技术近年在市政给排水管道工程中得到广泛应用，但施工中常会出现各种顶管故障，如遇到不明障碍物等导致无法继续顶进。本文通过对某顶管接驳工程的情况调查和原因分析，选择高压旋喷桩加固事故点处土体，再采用无声破碎剂清障结合人工顶进钢管进行接驳，效果良好。文中介绍了无声破碎剂清障法的施工步骤和注意事项，供工程设计和施工人员参考。

关键字：顶管施工；顶管故障；人工顶管；高压旋喷桩；无声破碎剂清障

引言

随着城市建设的发展，市政管道埋入地下的深度和范围也在不断扩大。我国非开挖技术得到广泛的应用，机械顶管[1]施工技术亦日趋成熟，特别是泥水平衡式顶管和土压平衡式顶管工艺已成为较为常用的顶管施工方法。然而，顶管施工本身就是一项受地下不确定因素和外界困扰较多的高风险作业，成功率并非十分如意。从以往的顶管施工情况来看，各种如纠编失控、管道轴线或标高严重偏位、管壁摩阻力过大、顶管无法向前推进、机械故障导致掘进机中途停顿、机头遇不明障碍物难以穿越等等现象，比比皆是。当顶管施工出现故障，如何既快又省地解决问题，才是我们所要关注的重要议题。

我们通常把顶管掘进机头不能最终到达接收井的现象，均称作为：顶管故障。顶管故障的处理方案往往与该管道所处理地质情况、地表状况、施工条件及故障起因有很大关联。常用的处理方案有以下几种：1）开天窗法；2）逆套管法；3）顺套管法；4）内套管法；5）引导洞法。

本文针对某工程实例，介绍采用高压旋喷桩[2]先行加固顶管故障段周边土体，结合持续真空降水，选用无声破碎剂[3]清障方法，边清除地下废弃构筑物边作人工顶管，接驳未顶通的顶管故障段管道，取得了成功的经验。

一、工程概况及原因分析

某地区主干线雨水管位于主干道路交叉口下，设计管径Φ2600，管底高程3.49m，路面高程12.39m，管道埋深8.9m。该管道原设计采用Ⅲ级钢筋混凝土管双顶管施工方案，顶管施工过程中从工作井顶出机头遇到钢筋混凝土块，初步判断为已废弃的水利地下泵房（钢筋混凝土结构，尺寸不明，空腔内水位与外江连通），导致机头无法继续顶进，再尝试从接收井逆向顶出对接也未取得成功（见图1），由于交叉口处地下现状管线（如国防光缆）错综复杂，机头无法采用开天窗法取出。此问题遗留多年尚未解决，近年该地区内涝矛盾严重，急需实施应对措施接通该顶管段恢复排水功能。

图2高压旋喷桩加固及持续真空降水孔

通过查阅岩土工程勘察报告，本次事故段管道土层从上至下为：<1>素填土、<2-1>粉质粘土、<2-2>淤泥质土、<2-3>粉质粘土、<2-4>淤泥质土。由于管道穿越的地层为素填土和淤泥质土，在地下水位以下受扰动后易引发地面沉降。

二、处理方案

由于故障段管道以上的交叉布置管线存在国防光缆，排除了沟槽开挖方案后，为避免对国防光缆产生扰动，必须对土体进行加固处理。通过比选，最终决定采用高压旋喷桩加固事故点处土体，再采用持续真空降水结合无声破碎剂清障方法，分段清除地下废弃泵房钢筋混凝土结构分段人工顶管顶进钢管，接驳顶管故障段管道。

三、实施步骤

1.对旧泵房预钻孔，泵房空腔内采用水泥粘土浆液回填，配合比按现场试验确定。

2.采用Φ800@600高压旋喷桩满堂加固事故点处土体，加固范围为故障段管道各向外扩5m（见图2）。遇地下废弃泵房钢筋混凝土结构时，高压旋喷桩施打前需预先钻孔，并注意避让现状交叉管线及国防光缆。

3.采用持续真空降水，降水孔间距5mx5m，深15m，范围覆盖故障段管道（见图2）。遇地下废弃泵房钢筋混凝土结构时，降水孔施工前需预先钻孔；周边设置水位观察孔。

4.观察原有工作井及接收井是否完好无破损，并对原结构混凝土进行取样检测，确认混凝土强度达到原设计强度的90%以上后，方可进行下一道工序。

5.高压旋喷桩设计强度达到后，利用原有工作井进行Φ2400钢管人工顶管施工。采用人工清障的方式，分段清障分段顶进，直至钢管长度覆盖未顶通范围再往前顶进2.5m后停止。其中人工清障方式对于钢筋混凝土结构障碍物采用无声破碎剂清障方法，对于钢结构障碍物采用切割方法。无声破碎剂清障宜采用直径为30~50cm的钻头预先转孔，孔距宜为20~25cm，钻孔排距宜为30~40cm，钻孔孔深宜为60cm以上。

6.顶管施工完成后，在砼管与钢管空隙间灌入1：2水泥砂浆，保证新旧管节接口密封，不发生管道渗漏。

四、施工注意事项

为使本次接驳顶管工程安全顺利进行，达到预期的效果，施工中还需注意以下几点：

1.施工前对国防光缆及周边管线的排摸及做好临时保护措施。

2.移除原有工作井及接收井的盖板和井内填土，并清理原有管段内积泥，做好通风、照明、有毒气体检测等安全措施。

3.人工顶管顶进过程中需加强施工监测，监测项目包括顶管段地面沉降、军缆、燃气、电力等管线位移、地下水位等。

4.清障过程中，为保证人员安全，应在管道内清障作业迎面处设置钢格栅防护网架。施工人员应以不断顶进的DN2400钢管作为保护外壳，施工时做好通风、照明、消毒、出土运输等安全防护工作。无声破碎剂膨胀反应时，人员应暂时从管内撤离。

五、总结

本次雨水管的顶管故障接驳方案基本采用非开挖方式接驳，施工期间仅工作井和接收井周边局部设置施工围挡，未对主干道路造成交通阻断，避免了开天窗开挖方案对周边国防光缆及现状管线产生的严重影响。工程历时4个月，上部道路未发现沉降变形征兆，达到了预期目的。

无声破碎剂与适量水调成流动状浆体，直接灌入钻孔中，经过水化反应，使晶体变形，随时间的推移产生巨大膨胀压力并施加给孔壁，一般经2-8小时，即可在无振动、无噪音、无飞石、无粉尘、无有害气体的状态下将混凝土结构破碎和切割开。

本次人工清障极有可能引起不明地下构筑物的承重构件破坏，从而导致构筑物结构坍塌以及大量地下水涌入管内，造成人员伤亡。无声破碎剂清障法为管内施工人员在施工事故发生前提供了足够的逃生时间，提高了人工清障的安全性，为处理顶管故障提供了一种成功的备选方案。

参考文献：

[1]中国工程建设协会标准.给水排水工程顶管技术规程CECS246-2008[S].北京：中国计划出版社，2008

[2]中华人民共和国行业标准.建筑地基处理技术规范JGJ79-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012

[3]中华人民共和国建材行业标准.无声破碎剂JC/T506-2008[S].北京：建材工业出版社，2008