跨河管道工程防渗处理效果检测技术浅析

徐海波 吴 琼

一、引言

管道工程跨河段建设是全线的重要节点，不仅涉及到管道的安全，还涉及到堤防的安全。近年来随着施工技术以及施工设备的进步，管道跨河往往采用下穿形式。定向钻技术是近年来一种新型的下穿建筑物施工方法，主要利用在钻头上安装定位装置从地下深部穿过目标建筑物。由于钻头的来回反复作用，钻孔侧壁的土体原有密实度被破坏，孔壁易形成渗流通道，威胁工程安全。为消除因渗流产生的影响，工程中往往在管道侧壁进行灌浆防渗处理。本文以某管道工程下穿淮河为例，详细介绍了定向钻施工技术的基本原理及施工工艺，分析了管道压密灌浆防渗处理工程的质量检测技术和效果评价方法。

二、工程概况及施工工艺

1.工程概况

某管道工程需下穿淮河布置2条管线，管道采用定向钻拉管法铺设。为消除管道四周存在的渗漏隐患，沿管道线对管道四周进行压密灌浆防渗处理，确保淮河堤防安全。灌浆材料为P.O42.5普通硅酸盐水泥、水玻璃及土料等；灌浆压力0.1～0.3 MPa；灌浆孔布置范围为入土点至滩地侧堤脚线外30m，管道线共布置4排灌浆孔，管道两侧各2排，灌浆深度至管道底高程下方2m，深度约6～37m，灌浆孔排间距约1.5m，孔间距1.5m，梅花形布置。

2.施工工艺

定向钻是一种非破坏性或破坏性较小的地下管道、电缆铺设的施工技术，被广泛应用于建筑、市政、能源管道等工程中，管道直径位于300～1200mm，工作环境温度为-15℃～+45℃。定向钻技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点。

采用定向钻铺设管道一般为7个流程，即钻孔勘察、钻孔线路规划设计、制备浆液、导向孔施工、钻头扩孔、回拉铺管。钻孔勘察主要掌握工程区域的地层分布、土体特性、地下水以及不良地质等情况；钻孔线路规划设计为施工提供详细的技术参数、钻孔路径规划等；配置钻液为钻头、管道与土层提供润滑作用，减小钻进、铺管过程中的阻力，同时冷却钻头和携带钻屑；导向孔是下穿管道工程的核心，施工过程应加强全过程监控，及时调整施工方案、更换钻具等；钻头扩孔是利用扩孔钻头沿着导向孔来回反复钻进，扩大导向孔的孔径直至满足铺设管道直径铺设要求为止。管道铺设完毕后，为消除管道附近渗漏隐患，多采用灌浆、截渗墙等技术进行防渗处理。

三、质量检测技术方法

管道采用防渗处理的目的是截断因管道施工引起的管道与土体之间可能产生的渗漏通道，避免地下水、河水等沿管道壁渗漏到堤身以外，确保堤防防洪安全。根据上述分析，应参考防渗处理工程的检测技术来评价工程质量。为此可选取不同时期、不同区域的土体渗透性以及浆液与土体胶结情况等方面进行效果评价。涉及的检测方法主要有：（1）钻孔勘查，根据取得的芯样查看管道四周注浆范围内浆液与土体胶结情况；（2）土体防渗能力检验，通过室内与现场渗透性试验测试处理区、非处理区土体的渗透系数，以此对比评价处理前后的土体防渗效果。

1.布置方案

根据设计、施工资料，该工程检测布置方案如下：布置2个检测断面，临、背水侧各1个；钻孔共计6个，其中5个钻孔位于管道灌浆区域，1个钻孔位于非工程区域；钻孔深度为设计灌浆深度，钻探深度范围内每2m取1个土样，检查压密灌浆浆液与土体胶结情况；采用变水头室内渗透试验测试所取土样的渗透系数；采用钻孔变水头试验现场测试灌浆层以及非灌浆层的渗透系数。

2.质量检测技术与效果评价

（1）钻孔勘查

根据钻孔勘查结果，堤身和堤基土层自上而下分述如下：①填土：黄褐色，以粘性土为主，该层主要为堤身填土。②堤基轻粉质壤土：灰黄、褐黄色，稍湿，软塑到可塑状。③堤基重粉质壤土：青灰、黄褐色，稍湿，可塑。④堤基砂土：青灰色，湿，密实，本层未揭穿。通过对钻孔芯样检查，发现压密灌浆浆液与土体胶结情况较好，未见疏松和孔洞等现象。

（2）室内渗透试验

管道压密灌浆区域位于轻粉质壤土层，属于细粒土，根据《土工试验规程》（SL237）渗透试验要求，该土体室内渗透系数测试应采用变水头法。

变水头试验法是试验过程中水头差一直随时间而变化，通过观察一定时间内的水头变化高度和渗出流量，计算土体的渗透系数。计算公式见式1：

式中：a—变水头管截面积，cm2；

L—渗径，cm；

△h1—开始时水头，cm；

△h2—终了时水头，cm；

A—试样的断面面积，cm2；

t—时间，s。

表1 室内渗透试验成果汇总表

表2 现场钻孔注水试验成果表

表1为室内渗透试验结果。

根据表1可知，压密灌浆处理区（ZK1～ZK5）土体的渗透系数为1.25×10-6～3.69×10-6，非压密灌浆处理区（ZK6）钻孔取样的室内渗透数为3.48×10-6～5.81×10-6cm/s。

（3）钻孔注水试验

室内渗透试验测试的是钻孔芯样，由于取样、运输、制备过程对样品的影响，室内测试成果的代表性并不真实反映土体的防渗能力。目前能客观反映土层渗透性的试验测试方法是原位钻孔注水试验。变水头钻孔注水试验适用于渗透性较低的粘性土，本次就采用该方法。变水头钻孔注水试验渗透系数计算公式如下：

式中：

k—试验土层的渗透系数，cm/s；

t1、t2—注水试验某一时刻的试验时间，min；

H1、H2—在试验时间t1、t2时的试验水头，cm；

r—套管内半径，cm；

A—形状系数，cm。

表2为各钻孔注水试验结果。

根据表2钻孔注水试验结果可知，ZK1～ZK6钻孔降水头注水试验渗透系数均为i×10-6cm/s，压密灌浆处理区（ZK1～ZK5）钻孔降水头注水试验渗透系数为4.05×10-6～5.73×10-6cm/s，非处理区未扰动土层（ZK6）的钻孔降水头注水试验渗透系数为7.54×10-6cm/s。

3.防渗效果评价

由于缺少施工前灌浆区域内土体的渗透性资料，无法采用该区域内施工前、后土体的渗透性能来判断灌浆工程的防渗效果。根据地质条件在相邻地区的相似性，可采用施工影响范围外的相邻区域的土体渗透性作为施工前土体的渗透指标，依此对处理前和处理后土体的渗透能力变化进行分析，进而评价灌浆工程的防渗效果。

钻孔勘查结果显示，压密灌浆浆液与土体胶结情况较好，未见疏松和孔洞等现象。

室内渗透试验和现场钻孔注水试验结果表明，压密灌浆处理区土体的渗透系数与非处理区土体的渗透系数均在同一个数量级i×10-6，即通过防渗处理后土体的防渗能力与处理前原有土体的防渗能力相当，间接证明了处理后土体的防渗能力达到了原有水平，压密灌浆工程具有较好的防渗效果。

四、结论

本文通过某管道工程为例，介绍了管道工程下穿河道的定向钻施工技术，分析了管道周边压密灌浆防渗处理工程质量检测技术及效果评价方法。

（1）定向钻是一种方便快捷的管道工程下穿河道的施工工艺，施工前应编制详细的施工组织设计，及时监控、掌握钻进过程，确保工程施工质量。

（2）钻孔勘查结果显示，压密灌浆浆液与土体胶结情况较好，未见疏松和孔洞等现象。

（3）土体和土层渗透性试验结果表明，压密灌浆处理区土体的渗透系数与非处理区土体的渗透系数均在同一个数量级i×10-6，即通过防渗处理后土体的防渗能力与处理前原有土体的防渗能力相当，间接证明了处理后土体的防渗能力达到了原有水平，压密灌浆工程具有较好的防渗效果■