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

　　摘　要：本文根據頂管施工的特殊性，對頂管滲漏以及滲漏對工程危害進行分析，提出了在地下水位較高的軟土地區，埋深較大的大口徑管道頂管施工驗收時不宜采用閉水試驗，建議在管道內檢查滲漏點的個數和測量單個漏水部位的漏水量作為檢驗方法并提出了相應的標準。
　　關鍵詞：頂管 　閉水 檢驗標準

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

　　當前,我國排水管道工程施工質量檢驗執行<<給水排水管道施工及驗收規范>>（GB50268-97），規范中規定管道滲漏的檢驗方法采用閉水試驗（行業標準CJJ3-90規定相同）。這種質量檢驗方法和標準能夠反映一般工程質量情況的評價和要求， 但在地下水豐富，埋深較大的大口徑排水管頂管施工中，其閉水試驗的檢驗方法很難操作,并且允許漏水量標準也不能表達管道的實際漏失及對工程的危害程度。根據對筆者介入的實際工程的研究，我們對國標GB50268-97及行標CJJ3-90的閉水試驗標準提出我們的看法。

1. 目前滲漏檢驗標準存在的問題

　　1．現行標準規定閉水試驗的標準試驗水頭為2m，適用于一般管道的閉水試驗，但是當管道埋設較深，地下水位又較高時則不易實施閉水試驗，例如當地下水水位為-1.5m，管道埋深在6.0-8.5m時，管外內則有4.0-6.0m水頭差，若按現行標準采用高于管道2m的水頭試驗，則管道內的水壓小于管外水壓，閉水試驗根本測不出漏水量，無論管道滲漏與否都不會測得有關滲漏的數據，如果按照管外水頭為基準計算管內試壓水頭，則需將試驗水箱架空得較高，不易操作而且測試也不穩定。
　　2．閉水試驗所測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,滲水點可以是一個直徑很大的孔眼，也可能是若干個小孔眼。對于一般管道只考慮漏失，閉水試驗主要檢測滲漏情況是適用的，但在本文規定的條件下，頂管施工的管道對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。在地質較差的情況下，若管道的漏洞的孔眼較大，則細小泥砂會被流入管道的水沖刷帶進，管外部的泥砂較易被掏空，使基礎不均勻沉降，致使管道開裂脫節，加劇漏水、沖刷和流砂，愈演愈烈，最終導致整個管段無法使用。在筆者曾介入的排水管道頂管施工工程中，其管徑為2200mm，設計頂距為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12節管后，前幾節頂管因管節錯口出現漏水，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，結果由于停滯時間過長,向管內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，形成流砂將管下土體掏空，造成管道下沉，以致脫節報廢，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，一般的閉水試驗的檢驗不能反映這類管道潛在的事故危險程度。
　　3. 閉水試驗時要先將試驗管段的管道注滿水，然后才能進行測試。因此，閉水試驗需要的用水量相當大，每公里長管徑為 2200mm的管道閉水試驗的用水量高達3780 立方米。 這樣大的水量在排水管施工現場很難具備，給閉水試驗帶來困難，因此，建議在地下水位較高，埋設較深的大口徑管道的施工質量檢驗不采用閉水試驗的方法。

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化分析

　　地下水位較高的大口徑鋼筋混凝土管項管工程，由于管道施工的質量問題漏水，能沖刷周邊土壤使之液態化，造成事故，因此，在管道施工質量的檢驗標準中，單孔漏水量與砂土液態化的影響更為重要。下面，我們進行分析。
2.1 規范中允許滲漏水量的當量滲漏水孔徑
　　 假設試驗管段上的全部滲水集中一孔口出流，孔為圓形，直徑為當量孔徑d，對鋼筋混凝土管道，可近似看成圓柱形孔口出流。根據有壓流孔口出流理論

　　　　　　　 　 q=μ_cW(2gH0）^0.5

　　μ_c——管口流量系數，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)。
　　根據行業標準GJJ3-90中的允許滲漏水量可來確定滲漏水量與當量滲漏水孔直徑d的關系，假定H₀取2米 　q=μW（2gH₀）^0.5=0.82 d²·π/4·（2g·2）^0.5=4.03d² 可以計算出每公里管道在2米水頭差時的允許滲水量相對應的當量滲水孔徑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 管周邊土壤結構的影響
　　在現行標準中，閉水試驗的檢驗指標只規定漏水量，而不計較孔徑，主要是考慮一般的管道施工都要做管道基礎，地質狀況不好的地段的基礎相對加強，水的沖刷以及帶走少量的泥砂并不會破壞管道的基礎，危及管道工程的安全。另外也主要考慮由管道內向管道外漏水，沿途分散開來不會造成明顯的影響；由管外向管道內漏水，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流，則會將泥沙帶入管內，破壞地層的原始構造，損壞管道的基礎 ，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不能作為檢測高地下水時的頂管施工的質量依據。因此，有必要同時研究與周圍土壤粒度的關系。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易產生流砂，該層的粒徑范圍在0.01-2mm之間，一般發生流砂的顆粒粒徑范圍內在細砂、粉土、粉砂的土質中。

表 3　　土粒粒組的劃分

粗組名稱

碎石土 砂土 粉粒 卵石

圓礫

細砂

礫砂

粗砂

中砂

細砂

粉砂

細砂

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 土的液態化條件
　　土的液態化與地下水及動水壓力有密切關系，當地下水的動水壓力大于土顆粒的重度時或地下水的水力坡度大于臨界水力坡度時就會液化產生流砂，粉砂，細砂和粉土層厚度較大，孔隙比大，含水量大，愈容易產生流砂。構成產生流砂的條件，最主要的還是取決于漏水孔的大小。當漏水孔口直徑d₁大于相接觸土層顆粒中d₅₀-d₇₀（指篩分時留在篩上重量為50%-70%時篩孔直徑）的三倍以上時，就容易產生流砂。而且管內外壓差愈大，愈容易發生液態化。

3. 建議的檢驗方法

　　1．對于DN1000以上可進入管道進行滲水觀察,滲水量可通過目測或量筒測定。
　　2．對頂管滲水量檢驗之前,首先應了解頂管所處土層的顆粒的級配組成，密度及透水性等土質條件,根據不同的土質確定所允許滲漏的最大孔徑dmax=3d₅₀。　
　　式中d₅₀——篩分時留在篩上重量為50%時篩孔直徑。
　　3．根據孔口及管內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，允許滲水量的標準應適當減小，根據實際工程測算，建議采用0.8的折減系數，即每公里頂管段滲漏水量不得大于行業標準（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。并應依此計算出允許滲漏孔眼的個數。
　　5．過河段由于管外水頭大，對頂管的滲水要求更嚴,管段滲水孔徑和滲水孔數要相應減少。　
　　6． 應用分析
　　某段DN1800頂管處于淤泥夾砂地段,全長560m，檢測滲漏是否合乎標準
　　（1）在頂管時應及時采留土樣,作為檢驗時分析使用。在檢驗前應進行土樣篩分，從該處土的顆粒粒徑級配曲線可知　 　 d₅₀=0.15mm　 　
　　由此得最大允許漏水孔直徑D允許=3 d₅₀=0.45mm
　　（2）當管內外水頭H=4m時，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）從行業標準上可計算出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）允許漏水孔的個數：n=Q_允許／q_允許 =137個
　　在所檢驗的管段上，當漏水單孔漏水量均小于0.4 m³/d，且相當于同樣漏水量的孔口個數不多于137個時，工程則為合格。若超過上述范圍，則為不合格工程。　 　
　　筆者在實際工程中感覺到對于地下水位較高，管道埋設較深的大口徑排水管的頂管施工的質量檢驗采用這種方法代替閉水試驗是適宜的。建議在規范（GB50268-97），（CJJ3-90）修訂時，予以考慮。

參考文獻

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　　2 夏明耀等主編.地下工程設計施工手冊. 第一版.北京：中國建筑工業出版社,1999：678～681
　　3 顧曉魯等編.地基與基礎. 第二版.北京：中國建筑工業出版社,1993：120～124