高压旋喷注浆在地下管道漏水处理中的应用

2012-08-20常永兴张红旗程万宁

山西建筑 2012年31期

常永兴张红旗程万宁

(中冶集团武汉勘察研究院有限公司，湖北武汉 430080)

0 引言

武汉80万t/年乙烯项目第一循环水场某地下大型管道两根平行管子在试水时均出现不同程度漏水，管道直径2 000 mm，管子中心距离地面5.5 m，漏水区域水平方向距离管道阀门井约5 m。发现漏水后，管道修复人员将管道水阀关掉，然后将管道内的水抽出后发现，漏水区域有大量的泥土沙子涌入管内，且一直有水不断的渗入管道内。根据推测，在管道试水过程中，高压水通过漏水点向外漏水，管道外围土体已经充满水，在管道抽水后管道外围水又反向渗入管道内，同时携带大量的泥土沙子。由于管道内渗水已经带入大量泥沙，所以预测管道外围已经有大量的空洞出现。

推测漏水事故发生的原因有两点:

1)地下管道焊接接头有缺陷，在不利的因素诱导下造成的破坏;

2)由于该段地下管道一端插入阀门井中，一端为天然地基，在试水过程中加入荷载之后造成两端不均匀沉降后管道产生内力造成破坏。

根据现场情况，要对管道漏水进行修复，首先必须对管道地基进行加固，保证在管道通水后给管道提供足够的承载力，然后对漏水点进行焊接补漏，由于电焊作业需要干燥的作业面，所以需要采取措施保证电焊焊接作业面干燥。

1 修复方案比选

1.1 大开挖

通过大开挖，将漏水管道挖出来，然后将管道修复作业面风干，满足电焊作业条件之后开始对漏水点焊接补漏，然后层层碾压回填。根据现场情况，由于管道西侧2 m为冷却塔，东侧3 m为循环水过滤装置罐，直接大开挖容易导致临近建筑物基础不均匀沉降变形，方案排除。

1.2 钢板桩支护后开挖

通过在东西两侧建筑物边打钢板桩支护后大开挖进行管道修复，可有效减小大开挖对临近建筑物基础造成的不均匀沉降，但是，由于钢板桩刚度不够，在打完钢板桩开挖之后，钢板桩顶部会有少量位移，对附近建筑物的影响不可忽略，考虑到附近建筑物的重要性，该方案排除。

1.3 打钻孔灌注支护桩后开挖

打钻孔灌注支护桩，然后顶部加冠梁和斜撑对基坑进行支护后开挖，支护刚度可满足要求，不会对周围建筑物造成破坏。但是，由于钻孔灌注桩施工周期长，施工完成后需28 d以后才能达到设计强度。考虑到本项目为抢险工程，工期要求紧张，不适宜采用本方案。

1.4 打降水井降水后从管道内焊接补漏

通过降水，使管道内不再有水渗出，为漏水点焊接提供干燥作业面，然后人进入管道内部对漏水点进行焊接。在现场漏水区域均匀布设6口降水井，根据现场试验，在打完三口井之后就进行抽水，发现抽出水中含有大量的泥沙，抽水后地面出现了塌陷，根据现场情况推测，由于管道周围有空洞且空洞内均充满水，在抽水的时候又将泥沙带出，导致地面塌陷，对附近建筑物造成不利影响，该方案终止。

1.5 高压旋喷注浆对漏水管道周围土体进行加固并止水

使用高压旋喷注浆工艺对管道底部一定深度的土体进行加固，并将管道周围空洞填充密实，达到管道在运行过程中的承载力要求，同时，高压旋喷注浆使水泥浆对管道形成包裹，起到一定的止水作用，给电焊作业提供了条件。该方案在实施过程中不会对临近的建筑物造成不利影响，并且工期短，可操作性强，认定方案可行。

2 高压旋喷注浆加固施工

2.1 高压旋喷注浆施工方案的确定

1)根据现场情况，采用φ800@700的双重管高压旋喷桩对水管底部及侧壁进行加固，共6排，水灰比1∶2，水泥用量220 kg/m，水泥浆中掺入3%的水玻璃，提高其抗渗性，高压泥浆泵压力设计值20 MPa～25 MPa。投入设备表见表1。

表1 投入设备表

图1 高压旋喷注浆平面布置图

2)管道底部采用低压水泥浆注浆加固，注浆压力2 MPa～3 MPa，在注浆点停留喷浆管在管道底部5 min～8 min，一边旋转，一边注浆。

3)高压旋喷桩的施工顺序为:先施工贴近水管的四排，后施工远离水管的两排，施工深度在水管底以上的范围内应减小喷浆压力。

4)注浆施工前应从管道内将管道漏水区域简单封堵，避免在高压旋喷注浆过程中高压水泥浆通过漏水点进入管道内。高压旋喷注浆平面布置图及剖面图见图1，图2。

图2 高压旋喷注浆剖面图

2.2 高压旋喷注浆的施工工艺

1)钻机就位。移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1% ～1.5%。就位后，首先进行低压(0.5 MPa)射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。

2)制备水泥浆。桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10 min～20 min，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网(孔径为0.8 mm)，过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网(孔径为0.8 mm)，第二道过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。

3)当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管两道工序可合二为一。当第一阶段贯入土中时，可借助喷射管本身的喷射或震动贯入。其过程为:启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架震动、射流成孔下沉，直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力(0.5 MPa～1.0 MPa)边下管边喷浆。

4)提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值(20 MPa～25 MPa)，坐底喷浆30 s后，边喷浆，边旋转，同时提升钻杆。在达到设计深度后，接通空压管，开动高压泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制水泥浆压力在20 MPa～25 MPa、风量在1 m3/min～2 m3/min，一边旋喷一边提升，直至达到预期的加固高度后停止。

5)桩头部分处理。当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0 m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5 m，直至桩顶停浆面。

6)若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌;按上述4)～5)步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵、空压机，停止水泥浆、风的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。

7)清洗。向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在旋喷管头上的土清洗干净。

8)移位。移动桩机进行下一根桩的施工。

9)补浆。喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。

2.3 高压旋喷注浆注意事项

由于高压旋喷桩位距离地下管道很近，在施工过程中，测量人员密切配合，严格复核桩位，以防钻孔打到地下管道上造成二次破坏。钻机操作人员在操作钻机钻进过程中也要谨慎，打到障碍物后要判断是否为地下管道。在高压旋喷注浆过程中安排专人通过阀门井中的人孔进入管道内进行监控，以防加固过程中地下管道被顶起。

3 处理效果分析

通过6 d的施工，现场已经按照设计方案施工完成。高压旋喷注浆区域地面被抬高约20 cm～30 cm，推测地下空洞已经被水泥浆填实，承载力可以满足地下管道运行过程中的使用要求。进入地下管道内观察，从管道外向管道内的渗水明显消失。安排工人将管道内通过漏水点渗入的水和泥沙清理干净，用鼓风机将焊接作业面吹干，满足电焊作业条件，该处理方案达到了预期效果。