徐海波 吳 瓊

一、引言

管道工程跨河段建設是全線的重要節(jié)點，不僅涉及到管道的安全，還涉及到堤防的安全。近年來隨著施工技術(shù)以及施工設備的進步，管道跨河往往采用下穿形式。定向鉆技術(shù)是近年來一種新型的下穿建筑物施工方法，主要利用在鉆頭上安裝定位裝置從地下深部穿過目標建筑物。由于鉆頭的來回反復作用，鉆孔側(cè)壁的土體原有密實度被破壞，孔壁易形成滲流通道，威脅工程安全。為消除因滲流產(chǎn)生的影響，工程中往往在管道側(cè)壁進行灌漿防滲處理。本文以某管道工程下穿淮河為例，詳細介紹了定向鉆施工技術(shù)的基本原理及施工工藝，分析了管道壓密灌漿防滲處理工程的質(zhì)量檢測技術(shù)和效果評價方法。

二、工程概況及施工工藝

1.工程概況

某管道工程需下穿淮河布置2條管線，管道采用定向鉆拉管法鋪設。為消除管道四周存在的滲漏隱患，沿管道線對管道四周進行壓密灌漿防滲處理，確?；春拥谭腊踩９酀{材料為P.O42.5普通硅酸鹽水泥、水玻璃及土料等；灌漿壓力0.1～0.3 MPa；灌漿孔布置范圍為入土點至灘地側(cè)堤腳線外30m，管道線共布置4排灌漿孔，管道兩側(cè)各2排，灌漿深度至管道底高程下方2m，深度約6～37m，灌漿孔排間距約1.5m，孔間距1.5m，梅花形布置。

2.施工工藝

定向鉆是一種非破壞性或破壞性較小的地下管道、電纜鋪設的施工技術(shù)，被廣泛應用于建筑、市政、能源管道等工程中，管道直徑位于300～1200mm，工作環(huán)境溫度為-15℃～+45℃。定向鉆技術(shù)是將石油工業(yè)的定向鉆進技術(shù)和傳統(tǒng)的管線施工方法結(jié)合在一起的一項施工新技術(shù)，具有施工速度快、施工精度高、成本低等優(yōu)點。

采用定向鉆鋪設管道一般為7個流程，即鉆孔勘察、鉆孔線路規(guī)劃設計、制備漿液、導向孔施工、鉆頭擴孔、回拉鋪管。鉆孔勘察主要掌握工程區(qū)域的地層分布、土體特性、地下水以及不良地質(zhì)等情況；鉆孔線路規(guī)劃設計為施工提供詳細的技術(shù)參數(shù)、鉆孔路徑規(guī)劃等；配置鉆液為鉆頭、管道與土層提供潤滑作用，減小鉆進、鋪管過程中的阻力，同時冷卻鉆頭和攜帶鉆屑；導向孔是下穿管道工程的核心，施工過程應加強全過程監(jiān)控，及時調(diào)整施工方案、更換鉆具等；鉆頭擴孔是利用擴孔鉆頭沿著導向孔來回反復鉆進，擴大導向孔的孔徑直至滿足鋪設管道直徑鋪設要求為止。管道鋪設完畢后，為消除管道附近滲漏隱患，多采用灌漿、截滲墻等技術(shù)進行防滲處理。

三、質(zhì)量檢測技術(shù)方法

管道采用防滲處理的目的是截斷因管道施工引起的管道與土體之間可能產(chǎn)生的滲漏通道，避免地下水、河水等沿管道壁滲漏到堤身以外，確保堤防防洪安全。根據(jù)上述分析，應參考防滲處理工程的檢測技術(shù)來評價工程質(zhì)量。為此可選取不同時期、不同區(qū)域的土體滲透性以及漿液與土體膠結(jié)情況等方面進行效果評價。涉及的檢測方法主要有：（1）鉆孔勘查，根據(jù)取得的芯樣查看管道四周注漿范圍內(nèi)漿液與土體膠結(jié)情況；（2）土體防滲能力檢驗，通過室內(nèi)與現(xiàn)場滲透性試驗測試處理區(qū)、非處理區(qū)土體的滲透系數(shù)，以此對比評價處理前后的土體防滲效果。

1.布置方案

根據(jù)設計、施工資料，該工程檢測布置方案如下：布置2個檢測斷面，臨、背水側(cè)各1個；鉆孔共計6個，其中5個鉆孔位于管道灌漿區(qū)域，1個鉆孔位于非工程區(qū)域；鉆孔深度為設計灌漿深度，鉆探深度范圍內(nèi)每2m取1個土樣，檢查壓密灌漿漿液與土體膠結(jié)情況；采用變水頭室內(nèi)滲透試驗測試所取土樣的滲透系數(shù)；采用鉆孔變水頭試驗現(xiàn)場測試灌漿層以及非灌漿層的滲透系數(shù)。

2.質(zhì)量檢測技術(shù)與效果評價

（1）鉆孔勘查

根據(jù)鉆孔勘查結(jié)果，堤身和堤基土層自上而下分述如下：①填土：黃褐色，以粘性土為主，該層主要為堤身填土。②堤基輕粉質(zhì)壤土：灰黃、褐黃色，稍濕，軟塑到可塑狀。③堤基重粉質(zhì)壤土：青灰、黃褐色，稍濕，可塑。④堤基砂土：青灰色，濕，密實，本層未揭穿。通過對鉆孔芯樣檢查，發(fā)現(xiàn)壓密灌漿漿液與土體膠結(jié)情況較好，未見疏松和孔洞等現(xiàn)象。

（2）室內(nèi)滲透試驗

管道壓密灌漿區(qū)域位于輕粉質(zhì)壤土層，屬于細粒土，根據(jù)《土工試驗規(guī)程》（SL237）滲透試驗要求，該土體室內(nèi)滲透系數(shù)測試應采用變水頭法。

變水頭試驗法是試驗過程中水頭差一直隨時間而變化，通過觀察一定時間內(nèi)的水頭變化高度和滲出流量，計算土體的滲透系數(shù)。計算公式見式1：

式中：a—變水頭管截面積，cm2；

L—滲徑，cm；

△h1—開始時水頭，cm；

△h2—終了時水頭，cm；

A—試樣的斷面面積，cm2；

t—時間，s。

表1 室內(nèi)滲透試驗成果匯總表

表2 現(xiàn)場鉆孔注水試驗成果表

表1為室內(nèi)滲透試驗結(jié)果。

根據(jù)表1可知，壓密灌漿處理區(qū)（ZK1～ZK5）土體的滲透系數(shù)為1.25×10-6～3.69×10-6，非壓密灌漿處理區(qū)（ZK6）鉆孔取樣的室內(nèi)滲透數(shù)為3.48×10-6～5.81×10-6cm/s。

（3）鉆孔注水試驗

室內(nèi)滲透試驗測試的是鉆孔芯樣，由于取樣、運輸、制備過程對樣品的影響，室內(nèi)測試成果的代表性并不真實反映土體的防滲能力。目前能客觀反映土層滲透性的試驗測試方法是原位鉆孔注水試驗。變水頭鉆孔注水試驗適用于滲透性較低的粘性土，本次就采用該方法。變水頭鉆孔注水試驗滲透系數(shù)計算公式如下：

式中：

k—試驗土層的滲透系數(shù)，cm/s；

t1、t2—注水試驗某一時刻的試驗時間，min；

H1、H2—在試驗時間t1、t2時的試驗水頭，cm；

r—套管內(nèi)半徑，cm；

A—形狀系數(shù)，cm。

表2為各鉆孔注水試驗結(jié)果。

根據(jù)表2鉆孔注水試驗結(jié)果可知，ZK1～ZK6鉆孔降水頭注水試驗滲透系數(shù)均為i×10-6cm/s，壓密灌漿處理區(qū)（ZK1～ZK5）鉆孔降水頭注水試驗滲透系數(shù)為4.05×10-6～5.73×10-6cm/s，非處理區(qū)未擾動土層（ZK6）的鉆孔降水頭注水試驗滲透系數(shù)為7.54×10-6cm/s。

3.防滲效果評價

由于缺少施工前灌漿區(qū)域內(nèi)土體的滲透性資料，無法采用該區(qū)域內(nèi)施工前、后土體的滲透性能來判斷灌漿工程的防滲效果。根據(jù)地質(zhì)條件在相鄰地區(qū)的相似性，可采用施工影響范圍外的相鄰區(qū)域的土體滲透性作為施工前土體的滲透指標，依此對處理前和處理后土體的滲透能力變化進行分析，進而評價灌漿工程的防滲效果。

鉆孔勘查結(jié)果顯示，壓密灌漿漿液與土體膠結(jié)情況較好，未見疏松和孔洞等現(xiàn)象。

室內(nèi)滲透試驗和現(xiàn)場鉆孔注水試驗結(jié)果表明，壓密灌漿處理區(qū)土體的滲透系數(shù)與非處理區(qū)土體的滲透系數(shù)均在同一個數(shù)量級i×10-6，即通過防滲處理后土體的防滲能力與處理前原有土體的防滲能力相當，間接證明了處理后土體的防滲能力達到了原有水平，壓密灌漿工程具有較好的防滲效果。

四、結(jié)論

本文通過某管道工程為例，介紹了管道工程下穿河道的定向鉆施工技術(shù)，分析了管道周邊壓密灌漿防滲處理工程質(zhì)量檢測技術(shù)及效果評價方法。

（1）定向鉆是一種方便快捷的管道工程下穿河道的施工工藝，施工前應編制詳細的施工組織設計，及時監(jiān)控、掌握鉆進過程，確保工程施工質(zhì)量。

（2）鉆孔勘查結(jié)果顯示，壓密灌漿漿液與土體膠結(jié)情況較好，未見疏松和孔洞等現(xiàn)象。

（3）土體和土層滲透性試驗結(jié)果表明，壓密灌漿處理區(qū)土體的滲透系數(shù)與非處理區(qū)土體的滲透系數(shù)均在同一個數(shù)量級i×10-6，即通過防滲處理后土體的防滲能力與處理前原有土體的防滲能力相當，間接證明了處理后土體的防滲能力達到了原有水平，壓密灌漿工程具有較好的防滲效果■