常永興 張紅旗 程萬寧

(中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，湖北 武漢 430080)

0 引言

武漢80萬t/年乙烯項(xiàng)目第一循環(huán)水場(chǎng)某地下大型管道兩根平行管子在試水時(shí)均出現(xiàn)不同程度漏水，管道直徑2 000 mm，管子中心距離地面5.5 m，漏水區(qū)域水平方向距離管道閥門井約5 m。發(fā)現(xiàn)漏水后，管道修復(fù)人員將管道水閥關(guān)掉，然后將管道內(nèi)的水抽出后發(fā)現(xiàn)，漏水區(qū)域有大量的泥土沙子涌入管內(nèi)，且一直有水不斷的滲入管道內(nèi)。根據(jù)推測(cè)，在管道試水過程中，高壓水通過漏水點(diǎn)向外漏水，管道外圍土體已經(jīng)充滿水，在管道抽水后管道外圍水又反向滲入管道內(nèi)，同時(shí)攜帶大量的泥土沙子。由于管道內(nèi)滲水已經(jīng)帶入大量泥沙，所以預(yù)測(cè)管道外圍已經(jīng)有大量的空洞出現(xiàn)。

推測(cè)漏水事故發(fā)生的原因有兩點(diǎn):

1)地下管道焊接接頭有缺陷，在不利的因素誘導(dǎo)下造成的破壞;

2)由于該段地下管道一端插入閥門井中，一端為天然地基，在試水過程中加入荷載之后造成兩端不均勻沉降后管道產(chǎn)生內(nèi)力造成破壞。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，要對(duì)管道漏水進(jìn)行修復(fù)，首先必須對(duì)管道地基進(jìn)行加固，保證在管道通水后給管道提供足夠的承載力，然后對(duì)漏水點(diǎn)進(jìn)行焊接補(bǔ)漏，由于電焊作業(yè)需要干燥的作業(yè)面，所以需要采取措施保證電焊焊接作業(yè)面干燥。

1 修復(fù)方案比選

1.1 大開挖

通過大開挖，將漏水管道挖出來，然后將管道修復(fù)作業(yè)面風(fēng)干，滿足電焊作業(yè)條件之后開始對(duì)漏水點(diǎn)焊接補(bǔ)漏，然后層層碾壓回填。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，由于管道西側(cè)2 m為冷卻塔，東側(cè)3 m為循環(huán)水過濾裝置罐，直接大開挖容易導(dǎo)致臨近建筑物基礎(chǔ)不均勻沉降變形，方案排除。

1.2 鋼板樁支護(hù)后開挖

通過在東西兩側(cè)建筑物邊打鋼板樁支護(hù)后大開挖進(jìn)行管道修復(fù)，可有效減小大開挖對(duì)臨近建筑物基礎(chǔ)造成的不均勻沉降，但是，由于鋼板樁剛度不夠，在打完鋼板樁開挖之后，鋼板樁頂部會(huì)有少量位移，對(duì)附近建筑物的影響不可忽略，考慮到附近建筑物的重要性，該方案排除。

1.3 打鉆孔灌注支護(hù)樁后開挖

打鉆孔灌注支護(hù)樁，然后頂部加冠梁和斜撐對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)后開挖，支護(hù)剛度可滿足要求，不會(huì)對(duì)周圍建筑物造成破壞。但是，由于鉆孔灌注樁施工周期長(zhǎng)，施工完成后需28 d以后才能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。考慮到本項(xiàng)目為搶險(xiǎn)工程，工期要求緊張，不適宜采用本方案。

1.4 打降水井降水后從管道內(nèi)焊接補(bǔ)漏

通過降水，使管道內(nèi)不再有水滲出，為漏水點(diǎn)焊接提供干燥作業(yè)面，然后人進(jìn)入管道內(nèi)部對(duì)漏水點(diǎn)進(jìn)行焊接。在現(xiàn)場(chǎng)漏水區(qū)域均勻布設(shè)6口降水井，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在打完三口井之后就進(jìn)行抽水，發(fā)現(xiàn)抽出水中含有大量的泥沙，抽水后地面出現(xiàn)了塌陷，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況推測(cè)，由于管道周圍有空洞且空洞內(nèi)均充滿水，在抽水的時(shí)候又將泥沙帶出，導(dǎo)致地面塌陷，對(duì)附近建筑物造成不利影響，該方案終止。

1.5 高壓旋噴注漿對(duì)漏水管道周圍土體進(jìn)行加固并止水

使用高壓旋噴注漿工藝對(duì)管道底部一定深度的土體進(jìn)行加固，并將管道周圍空洞填充密實(shí)，達(dá)到管道在運(yùn)行過程中的承載力要求，同時(shí)，高壓旋噴注漿使水泥漿對(duì)管道形成包裹，起到一定的止水作用，給電焊作業(yè)提供了條件。該方案在實(shí)施過程中不會(huì)對(duì)臨近的建筑物造成不利影響，并且工期短，可操作性強(qiáng)，認(rèn)定方案可行。

2 高壓旋噴注漿加固施工

2.1 高壓旋噴注漿施工方案的確定

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用φ800@700的雙重管高壓旋噴樁對(duì)水管底部及側(cè)壁進(jìn)行加固，共6排，水灰比1∶2，水泥用量220 kg/m，水泥漿中摻入3%的水玻璃，提高其抗?jié)B性，高壓泥漿泵壓力設(shè)計(jì)值20 MPa～25 MPa。投入設(shè)備表見表1。

表1 投入設(shè)備表

圖1 高壓旋噴注漿平面布置圖

2)管道底部采用低壓水泥漿注漿加固，注漿壓力2 MPa～3 MPa，在注漿點(diǎn)停留噴漿管在管道底部5 min～8 min，一邊旋轉(zhuǎn)，一邊注漿。

3)高壓旋噴樁的施工順序?yàn)?先施工貼近水管的四排，后施工遠(yuǎn)離水管的兩排，施工深度在水管底以上的范圍內(nèi)應(yīng)減小噴漿壓力。

4)注漿施工前應(yīng)從管道內(nèi)將管道漏水區(qū)域簡(jiǎn)單封堵，避免在高壓旋噴注漿過程中高壓水泥漿通過漏水點(diǎn)進(jìn)入管道內(nèi)。高壓旋噴注漿平面布置圖及剖面圖見圖1，圖2。

圖2 高壓旋噴注漿剖面圖

2.2 高壓旋噴注漿的施工工藝

1)鉆機(jī)就位。移動(dòng)旋噴樁機(jī)到指定樁位，將鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心，同時(shí)整平鉆機(jī)，放置平穩(wěn)、水平，鉆桿的垂直度偏差不大于1% ～1.5%。就位后，首先進(jìn)行低壓(0.5 MPa)射水試驗(yàn)，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

2)制備水泥漿。樁機(jī)移位時(shí)，即開始按設(shè)計(jì)確定的配合比拌制水泥漿。首先將水加入桶中，再將水泥和外摻劑倒入，開動(dòng)攪拌機(jī)攪拌10 min～20 min，而后擰開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網(wǎng)(孔徑為0.8 mm)，過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進(jìn)第二道過濾網(wǎng)(孔徑為0.8 mm)，第二道過濾后流入漿液桶中，待壓漿時(shí)備用。

3)當(dāng)采用旋噴注漿管進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆孔和插管兩道工序可合二為一。當(dāng)?shù)谝浑A段貫入土中時(shí)，可借助噴射管本身的噴射或震動(dòng)貫入。其過程為:啟動(dòng)鉆機(jī)，同時(shí)開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液，使鉆桿沿導(dǎo)向架震動(dòng)、射流成孔下沉，直到樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高，觀察工作電流不應(yīng)大于額定值。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可用較小壓力(0.5 MPa～1.0 MPa)邊下管邊噴漿。

4)提升噴漿管、攪拌。噴漿管下沉到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，停止鉆進(jìn)，旋轉(zhuǎn)不停，高壓泥漿泵壓力增到施工設(shè)計(jì)值(20 MPa～25 MPa)，坐底噴漿30 s后，邊噴漿，邊旋轉(zhuǎn)，同時(shí)提升鉆桿。在達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，接通空壓管，開動(dòng)高壓泥漿泵、空壓機(jī)和鉆機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并用儀表控制水泥漿壓力在20 MPa～25 MPa、風(fēng)量在1 m3/min～2 m3/min，一邊旋噴一邊提升，直至達(dá)到預(yù)期的加固高度后停止。

5)樁頭部分處理。當(dāng)旋噴管提升接近樁頂時(shí)，應(yīng)從樁頂以下1.0 m開始，慢速提升旋噴，旋噴數(shù)秒，再向上慢速提升0.5 m，直至樁頂停漿面。

6)若遇礫石地層，為保證樁徑，可重復(fù)噴漿、攪拌;按上述4)～5)步驟重復(fù)噴漿、攪拌，直至噴漿管提升至停漿面，關(guān)閉高壓泥漿泵、空壓機(jī)，停止水泥漿、風(fēng)的輸送，將旋噴漿管旋轉(zhuǎn)提升出地面，關(guān)閉鉆機(jī)。

7)清洗。向漿液罐中注入適量清水，開啟高壓泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿，直至基本干凈，并將粘附在旋噴管頭上的土清洗干凈。

8)移位。移動(dòng)樁機(jī)進(jìn)行下一根樁的施工。

9)補(bǔ)漿。噴射注漿作業(yè)完成后，由于漿液的析水作用，一般均有不同程度的收縮，使固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，要及時(shí)用水灰比為1.0的水泥漿補(bǔ)灌。

2.3 高壓旋噴注漿注意事項(xiàng)

由于高壓旋噴樁位距離地下管道很近，在施工過程中，測(cè)量人員密切配合，嚴(yán)格復(fù)核樁位，以防鉆孔打到地下管道上造成二次破壞。鉆機(jī)操作人員在操作鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中也要謹(jǐn)慎，打到障礙物后要判斷是否為地下管道。在高壓旋噴注漿過程中安排專人通過閥門井中的人孔進(jìn)入管道內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控，以防加固過程中地下管道被頂起。

3 處理效果分析

通過6 d的施工，現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)按照設(shè)計(jì)方案施工完成。高壓旋噴注漿區(qū)域地面被抬高約20 cm～30 cm，推測(cè)地下空洞已經(jīng)被水泥漿填實(shí)，承載力可以滿足地下管道運(yùn)行過程中的使用要求。進(jìn)入地下管道內(nèi)觀察，從管道外向管道內(nèi)的滲水明顯消失。安排工人將管道內(nèi)通過漏水點(diǎn)滲入的水和泥沙清理干凈，用鼓風(fēng)機(jī)將焊接作業(yè)面吹干，滿足電焊作業(yè)條件，該處理方案達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié)語

在石化工程建設(shè)中，大直徑地下管道很多，由于埋設(shè)管道的地面多數(shù)均有建筑物，在建設(shè)和使用過程中如果管道出現(xiàn)故障需要修復(fù)，明挖作業(yè)一般不具有可操作性。在一定的條件下，高壓旋噴注漿可作為一個(gè)不錯(cuò)的處理方案，一方面可以對(duì)管道地基進(jìn)行加固，一方面還可以起到止水作用，為地下人工修復(fù)作業(yè)提供條件。

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