何 蓮 劉燦生　　　　　　　　 陳永鋒　林一敏
　　　 （哈爾濱工業(yè)大學(xué)）　　　 （福州洋里污水處理廠建設(shè)公司）

　　摘　要：本文根據(jù)頂管施工的特殊性，對(duì)頂管滲漏以及滲漏對(duì)工程危害進(jìn)行分析，提出了在地下水位較高的軟土地區(qū)，埋深較大的大口徑管道頂管施工驗(yàn)收時(shí)不宜采用閉水試驗(yàn)，建議在管道內(nèi)檢查滲漏點(diǎn)的個(gè)數(shù)和測(cè)量單個(gè)漏水部位的漏水量作為檢驗(yàn)方法并提出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
　　關(guān)鍵詞：頂管 　閉水 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

Suggestion on the Criterion for Testing the Seepage of the Pipe jacking

HE Lian　 LIU CanSheng　　　 　 CHEN YongFeng　 　 LIN YiMin

　　Abstract：At present，there is no the criterion for testing the seepage of the pipe jacking. it analysed seepage and seepage point and raised up the criterion for testing the seepage of the drainage pipes in clay area and under groundwater according to the particularly of the pipe jacking technology.　

　　Keywords：pipe jacking seepage point testing criterion

　　當(dāng)前,我國(guó)排水管道工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)執(zhí)行<<給水排水管道施工及驗(yàn)收規(guī)范>>（GB50268-97），規(guī)范中規(guī)定管道滲漏的檢驗(yàn)方法采用閉水試驗(yàn)（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ3-90規(guī)定相同）。這種質(zhì)量檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)能夠反映一般工程質(zhì)量情況的評(píng)價(jià)和要求， 但在地下水豐富，埋深較大的大口徑排水管頂管施工中，其閉水試驗(yàn)的檢驗(yàn)方法很難操作,并且允許漏水量標(biāo)準(zhǔn)也不能表達(dá)管道的實(shí)際漏失及對(duì)工程的危害程度。根據(jù)對(duì)筆者介入的實(shí)際工程的研究，我們對(duì)國(guó)標(biāo)GB50268-97及行標(biāo)CJJ3-90的閉水試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)提出我們的看法。

1. 目前滲漏檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)存在的問題

　　1．現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定閉水試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)水頭為2m，適用于一般管道的閉水試驗(yàn)，但是當(dāng)管道埋設(shè)較深，地下水位又較高時(shí)則不易實(shí)施閉水試驗(yàn)，例如當(dāng)?shù)叵滤粸?1.5m，管道埋深在6.0-8.5m時(shí)，管外內(nèi)則有4.0-6.0m水頭差，若按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)采用高于管道2m的水頭試驗(yàn)，則管道內(nèi)的水壓小于管外水壓，閉水試驗(yàn)根本測(cè)不出漏水量，無論管道滲漏與否都不會(huì)測(cè)得有關(guān)滲漏的數(shù)據(jù)，如果按照管外水頭為基準(zhǔn)計(jì)算管內(nèi)試壓水頭，則需將試驗(yàn)水箱架空得較高，不易操作而且測(cè)試也不穩(wěn)定。
　　2．閉水試驗(yàn)所測(cè)滲漏水量是整段管道的滲漏水量的總和，不能反映局部情況，相同的滲漏水量,滲水點(diǎn)可以是一個(gè)直徑很大的孔眼，也可能是若干個(gè)小孔眼。對(duì)于一般管道只考慮漏失，閉水試驗(yàn)主要檢測(cè)滲漏情況是適用的，但在本文規(guī)定的條件下，頂管施工的管道對(duì)滲漏水量要求不同于其它管道。頂管是直接將管道頂推入土，沒有基礎(chǔ)。在地質(zhì)較差的情況下，若管道的漏洞的孔眼較大，則細(xì)小泥砂會(huì)被流入管道的水沖刷帶進(jìn)，管外部的泥砂較易被掏空，使基礎(chǔ)不均勻沉降，致使管道開裂脫節(jié)，加劇漏水、沖刷和流砂，愈演愈烈，最終導(dǎo)致整個(gè)管段無法使用。在筆者曾介入的排水管道頂管施工工程中，其管徑為2200mm，設(shè)計(jì)頂距為465.4m，工程地帶大多處于淤泥夾砂層，粒徑小于0.25mm的泥砂含量大于50%，且地下水豐富。頂進(jìn)12節(jié)管后，前幾節(jié)頂管因管節(jié)錯(cuò)口出現(xiàn)漏水，開始漏水量很小，采用邊排水邊施工，后來漏水量越來越大，不得不停工排水，結(jié)果由于停滯時(shí)間過長(zhǎng),向管內(nèi)滲流的地下水沖刷將大量小于孔徑的淤泥和粉砂源源不斷帶入管內(nèi)，形成流砂將管下土體掏空，造成管道下沉，以致脫節(jié)報(bào)廢，處理該事故耗資過百萬元，工期拖了一年。因此，影響管道工程質(zhì)量的不僅為滲漏水量也在于漏水孔洞的大小，一般的閉水試驗(yàn)的檢驗(yàn)不能反映這類管道潛在的事故危險(xiǎn)程度。
　　3. 閉水試驗(yàn)時(shí)要先將試驗(yàn)管段的管道注滿水，然后才能進(jìn)行測(cè)試。因此，閉水試驗(yàn)需要的用水量相當(dāng)大，每公里長(zhǎng)管徑為 2200mm的管道閉水試驗(yàn)的用水量高達(dá)3780 立方米。 這樣大的水量在排水管施工現(xiàn)場(chǎng)很難具備，給閉水試驗(yàn)帶來困難，因此，建議在地下水位較高，埋設(shè)較深的大口徑管道的施工質(zhì)量檢驗(yàn)不采用閉水試驗(yàn)的方法。

表-1

管徑（mm）

需水量（m3/1000m）

1200

1130

1400

1530

1600

2000

1800

2500

2000

3140

2200

3780

2. 滲漏水量與砂土液態(tài)化分析

　　地下水位較高的大口徑鋼筋混凝土管項(xiàng)管工程，由于管道施工的質(zhì)量問題漏水，能沖刷周邊土壤使之液態(tài)化，造成事故，因此，在管道施工質(zhì)量的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，單孔漏水量與砂土液態(tài)化的影響更為重要。下面，我們進(jìn)行分析。
2.1 規(guī)范中允許滲漏水量的當(dāng)量滲漏水孔徑
　　 假設(shè)試驗(yàn)管段上的全部滲水集中一孔口出流，孔為圓形，直徑為當(dāng)量孔徑d，對(duì)鋼筋混凝土管道，可近似看成圓柱形孔口出流。根據(jù)有壓流孔口出流理論

　　　　　　　 　 q=μ_cW(2gH0）^0.5

　　μ_c——管口流量系數(shù)，一般取0.82；
　　q——管口出流量(m³/S)；
　　H₀——管外水頭（m）；
　　W——管口面積(m²)。
　　根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GJJ3-90中的允許滲漏水量可來確定滲漏水量與當(dāng)量滲漏水孔直徑d的關(guān)系，假定H₀取2米 　q=μW（2gH₀）^0.5=0.82 d²·π/4·（2g·2）^0.5=4.03d² 可以計(jì)算出每公里管道在2米水頭差時(shí)的允許滲水量相對(duì)應(yīng)的當(dāng)量滲水孔徑d的值（表-2）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表 2

管徑（mm）

1200

1400

1600

1800

2000

2200

允許滲水量（m³/d）

70

85

102

123

148

179

當(dāng)量滲水孔徑d（mm）

14.17

15.6

17.1

18.79

20.6

22.6

2.2 管周邊土壤結(jié)構(gòu)的影響
　　在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，閉水試驗(yàn)的檢驗(yàn)指標(biāo)只規(guī)定漏水量，而不計(jì)較孔徑，主要是考慮一般的管道施工都要做管道基礎(chǔ)，地質(zhì)狀況不好的地段的基礎(chǔ)相對(duì)加強(qiáng)，水的沖刷以及帶走少量的泥砂并不會(huì)破壞管道的基礎(chǔ)，危及管道工程的安全。另外也主要考慮由管道內(nèi)向管道外漏水，沿途分散開來不會(huì)造成明顯的影響；由管外向管道內(nèi)漏水，也考慮漏水量不要影響其管道輸水能力。但如果管道外邊水壓高，水由管道外向管道內(nèi)流，則會(huì)將泥沙帶入管內(nèi)，破壞地層的原始構(gòu)造，損壞管道的基礎(chǔ) ，造成工程事故。因此，要分析漏水孔洞帶入泥沙的可能性，這也說明了單憑閉水試驗(yàn)不能作為檢測(cè)高地下水時(shí)的頂管施工的質(zhì)量依據(jù)。因此，有必要同時(shí)研究與周圍土壤粒度的關(guān)系。表-3中列出了土壤的粒度分布劃分，由土壤顆粒組成可見，一般砂、粘土的粒徑較小，在淤泥夾砂或粘土層中頂進(jìn)易產(chǎn)生流砂，該層的粒徑范圍在0.01-2mm之間，一般發(fā)生流砂的顆粒粒徑范圍內(nèi)在細(xì)砂、粉土、粉砂的土質(zhì)中。

表 3　　土粒粒組的劃分

粗組名稱

碎石土 砂土 粉粒 卵石

圓礫

細(xì)砂

礫砂

粗砂

中砂

細(xì)砂

粉砂

細(xì)砂

粒徑范圍（mm）

》20

10-5

5-2

2-0.5

0.5-0.25

0.25-0.1

0.1-0.05

0.05.0.01

0.01-0.0005

2.3 土的液態(tài)化條件
　　土的液態(tài)化與地下水及動(dòng)水壓力有密切關(guān)系，當(dāng)?shù)叵滤膭?dòng)水壓力大于土顆粒的重度時(shí)或地下水的水力坡度大于臨界水力坡度時(shí)就會(huì)液化產(chǎn)生流砂，粉砂，細(xì)砂和粉土層厚度較大，孔隙比大，含水量大，愈容易產(chǎn)生流砂。構(gòu)成產(chǎn)生流砂的條件，最主要的還是取決于漏水孔的大小。當(dāng)漏水孔口直徑d₁大于相接觸土層顆粒中d₅₀-d₇₀（指篩分時(shí)留在篩上重量為50%-70%時(shí)篩孔直徑）的三倍以上時(shí)，就容易產(chǎn)生流砂。而且管內(nèi)外壓差愈大，愈容易發(fā)生液態(tài)化。

3. 建議的檢驗(yàn)方法

　　1．對(duì)于DN1000以上可進(jìn)入管道進(jìn)行滲水觀察,滲水量可通過目測(cè)或量筒測(cè)定。
　　2．對(duì)頂管滲水量檢驗(yàn)之前,首先應(yīng)了解頂管所處土層的顆粒的級(jí)配組成，密度及透水性等土質(zhì)條件,根據(jù)不同的土質(zhì)確定所允許滲漏的最大孔徑dmax=3d₅₀?！?br> 　　式中d₅₀——篩分時(shí)留在篩上重量為50%時(shí)篩孔直徑。
　　3．根據(jù)孔口及管內(nèi)外壓差來確定允許單孔滲漏水量

　　　　　　　 q=μcW(2gH)_0.5

　　4．因頂管的特殊性，允許滲水量的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)減小，根據(jù)實(shí)際工程測(cè)算，建議采用0.8的折減系數(shù)，即每公里頂管段滲漏水量不得大于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（GJJ3-90）允許滲水量Q_允許的0.8倍,且單孔滲漏水量不得大于單孔最大允許滲水量Q_允許。并應(yīng)依此計(jì)算出允許滲漏孔眼的個(gè)數(shù)。
　　5．過河段由于管外水頭大，對(duì)頂管的滲水要求更嚴(yán),管段滲水孔徑和滲水孔數(shù)要相應(yīng)減少。　
　　6． 應(yīng)用分析
　　某段DN1800頂管處于淤泥夾砂地段,全長(zhǎng)560m，檢測(cè)滲漏是否合乎標(biāo)準(zhǔn)
　?。?）在頂管時(shí)應(yīng)及時(shí)采留土樣,作為檢驗(yàn)時(shí)分析使用。在檢驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行土樣篩分，從該處土的顆粒粒徑級(jí)配曲線可知　 　 d₅₀=0.15mm　 　
　　由此得最大允許漏水孔直徑D允許=3 d₅₀=0.45mm
　?。?）當(dāng)管內(nèi)外水頭H=4m時(shí)，單孔允許最大流量q允許=μ（π/4）d允許（2gH）_0.5=4.7ml/s=0.4 m³/d（3）從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上可計(jì)算出DN1800mm管道允許漏水量Q=123 m³/d·km,本方案560m管道允許漏水量Q允許=0.56×123×0.8=55m³/d
　　（4）允許漏水孔的個(gè)數(shù)：n=Q_允許／q_允許 =137個(gè)
　　在所檢驗(yàn)的管段上，當(dāng)漏水單孔漏水量均小于0.4 m³/d，且相當(dāng)于同樣漏水量的孔口個(gè)數(shù)不多于137個(gè)時(shí)，工程則為合格。若超過上述范圍，則為不合格工程?！? 　
　　筆者在實(shí)際工程中感覺到對(duì)于地下水位較高，管道埋設(shè)較深的大口徑排水管的頂管施工的質(zhì)量檢驗(yàn)采用這種方法代替閉水試驗(yàn)是適宜的。建議在規(guī)范（GB50268-97），（CJJ3-90）修訂時(shí)，予以考慮。

參考文獻(xiàn)

　　1 許其昌主編.給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范. 第一版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998：263～273
　　2 夏明耀等主編.地下工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè). 第一版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999：678～681
　　3 顧曉魯?shù)染?地基與基礎(chǔ). 第二版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1993：120～124