复杂地层顶管隧道掌子面坍塌处理技术

复杂地层顶管隧道掌子面坍塌处理技术
宋华奇
(中国石油天然气管道局，河北廊坊065000)
[摘要]顶管施工作为非开挖施工技术，在管道穿越工程中广泛应用，但在卵石、孤石、软硬不均岩石等复杂地层施工时难度大、风险高。西气东输常山江顶管隧道在此类地层施工时隧道掌子面坍塌，通过采取混凝土管注浆孔引水、辈子面超前注浆、带压进仓清理和泥浆掘进等措施，成功控制和解决拳子面坍塌，保证了顶管机顶利掘进。

内容摘抄：

1工程概况
常山江顶管隧道是西气东输二线南昌一上海支于线的控制性工程，隧道全长306m,内径2200mm,壁厚230mm,隧道埋深17m,顶管掘进采用海瑞克AVNB2000AE岩石顶管机，顶管机最大推力3500kN,由于刀盘仓出渣孔的特点，此顶管机能适应最大卵石粒径为80mm。隧道建成后，铺设管径1016mm,压力10MPa的天然气管道。根据地质勘查报告，顶管施工地质条件复杂，施工区附近履盖层以第四系冲洪积层为主，主要为石灰岩、泥岩和卵石层的复合地层，地下水丰富。其中岩层风化程度不均匀，岩质软，锤击易碎，裂隙非常发育，卵石地层，饱和，中密~密实，母岩成分为花岗岩、安山岩，一般粒径15~50mm,含量>30%，局部含大颗粒漂石。该复合地质顶管掘进极易造成开挖掌子面失稳塌陷，刀盘被卡。（略）
2掌子面坍场原因分析
由于受顶管始发段地质制约，隧道始发段处于节理裂隙非常发育的石灰岩和卵石的混合地层，采用地面垂直钻孔压注水泥浆加固措施对始发段进行改良。顶管在始发段掘进过程中推进油缸总推力由1000kN增至3000kN,临近顶管机推力极限3500kN,刀盘油压逐渐增大，直至刀盘无法转动，顶管机被卡。针对以上情况，对刀盘压力、出渣情况以及地质资料进行分析，判定掘进掌子面位于地层破碎带，裂隙较发育，岩体自稳能力差，且有较大粒径的孤石或漂石存在，采用压注水泥浆加固措施失效，掘进中刀盘的扰动，掌子面坍塌，卵石和孤石掉落在泥土仓内，刀盘被卡死，无法转动，顶管掘进陷入困境。由于顶管机刚刚始发，掌子面坍塌造成洞门密封损坏，并导致江水与掘进面连通，大量地下水通过洞门涌入始发井，给整个工程带来巨大危险。（略）
3处理方案
3.1隧道注浆孔引水
针对洞门大量涌水，始发井内采用泥浆泵强排水，同时在隧道混凝土管注浆孔位置焊接预埋钢板和安装球阀，并与预埋钢板连接排水管道，击穿注浆孔，利用注浆孔与隧道外地层接触，在隧道内引水，降低洞门涌水量，隧道混凝土管注浆孔引水方案使始发井内涌水基本被控制，为洞门封堵作业保证足够时间。（略）

4隧道掌子面坍塌预防措施
1)做好超前地质预报，尤其是施工开挖接近强透水地层时，分析和观察开挖工作面岩性变化，遇到突然地层水压增大、掘进参数发生变化等现象，应及时改变施工方案。
2)加强地面沉降观测，通过对测量数据分析处理，及时调整顶管掘进参数。

（略）

投稿会员：可爱莹