海塘是指長江口、東海和杭州灣沿岸以及島嶼四周修筑的堤防(含堤防構(gòu)筑物)及其護灘、保灘工程，是上海抵御風(fēng)暴潮災(zāi)害的第一道防線，是最重要的安全屏障，其安全可靠性和防御能力直接關(guān)系到上海沿河地區(qū)安全[1]。近年來隨著上海地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展，海塘管理范圍內(nèi)新建管線(包括給水、排水、輸油、燃?xì)狻㈦娏Α⑼ㄓ嵉?等穿堤項目越來越多，構(gòu)筑物穿越海塘可能會影響海塘堤防結(jié)構(gòu)運行狀態(tài)，產(chǎn)生堤岸結(jié)構(gòu)變形或河床沖刷、淤積等現(xiàn)象，甚至造成海塘堤防結(jié)構(gòu)損壞，發(fā)生險情。上海新建海塘90%以上都采用了有別于傳統(tǒng)的水力充填堤壩結(jié)構(gòu)，以砂性土充填土工織物外加結(jié)構(gòu)護面，在對海塘進行穿堤結(jié)構(gòu)物建造的時候，如何保證海塘穩(wěn)定及減輕對海塘變形影響是需要解決的問題。目前上海地區(qū)穿堤管道主要以非開挖施工工藝為主，其中水平定向鉆技術(shù)是其中的一種[2]，是近年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，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，主要用于穿越道路、河道、建筑物等障礙物。與傳統(tǒng)大開挖埋管施工方式相比，水平定向鉆技術(shù)具有施工速度快、精度高、成本低等優(yōu)點，目前已在上海地區(qū)多個構(gòu)筑物穿越海塘的工程項目中得以應(yīng)用[3]。

　　1 定向鉆施工對海塘影響分析

　　1.1 海塘滲流穩(wěn)定影響分析

　　穿堤工程中構(gòu)筑物與海塘的連接部位是較為薄弱的環(huán)節(jié)。涵洞、涵管等穿堤構(gòu)筑物與同部位海堤的基礎(chǔ)處理和結(jié)構(gòu)型式有所不同，有可能會造成沉降量的不同，導(dǎo)致基底托空，特別是穿堤構(gòu)筑物在有水位差工況下運行時，托空處即為一個滲漏通道，將直接影響海塘的安全[4]。因此穿構(gòu)筑物與海堤連接處滲流穩(wěn)定極其重要，必須采取必要的防滲流處理措施。

　　1.1.1 影響因素分析

　　各類穿堤構(gòu)筑物施工無可避免會對土體造成擾動，且由于材質(zhì)的不同，穿堤構(gòu)筑物管壁與地基土的接觸面并非如土顆粒之間緊密有序，因此接觸面為薄弱面。若地基土為無粘性土，接觸面則很容易發(fā)生接觸沖刷，導(dǎo)致土體流失，而土體的流失使得接觸面間隙變大，相應(yīng)的滲透速度也變大，繼而加速沖刷，進入惡性循環(huán)，最終危及大堤安全。所以，穿堤構(gòu)筑物對大堤安全的重要影響就是防止接觸沖刷[5]。由于外海潮位是變動的，滲透水流實際上是具有雙向滲流特性。鑒于此特點，接觸面的水頭及地下水滲透速度是影響穿構(gòu)筑物與海堤連接處滲流穩(wěn)定的主要因素[6]。

　　1.1.2 滲流控制的目的

　　為保障穿構(gòu)筑物與海堤連接處滲流穩(wěn)定，需進行滲流控制。滲流控制的目的一方面保證壩體和壩基的滲透穩(wěn)定，其抗?jié)B水力比降或滲透流速滿足穩(wěn)定要求;另一方面控制下游水頭，防止管壁和土體之間接觸沖刷，保證大堤安全。

　　1.1.3 滲控措施要求

　　(1)防滲處理措施

　　目前對于穿堤構(gòu)筑物(以非開挖施工工藝為主的)常用的防滲處理有堤身大面積壓密注漿和截滲墻方案兩大類[7]。壓密注漿對控制地基沉降和管道防滲有優(yōu)勢，但全斷面施工費用較高。截滲墻施工工藝適應(yīng)性強，防滲體應(yīng)具有較強的變形適應(yīng)能力和具有較好的可修補性[8]。

　　(2)跟蹤注漿

　　為了進一步降低非開挖施工對土體造成的擾動，在穿堤管壁四周可采用跟蹤注漿工藝，以減少管壁與地基土的接觸面間的接觸沖刷。

　　(3)止水措施

　　為有效地防止出滲點帶出堤身土料，穿堤管道外壁與接收井連接間應(yīng)設(shè)置必要的止水措施，并且為防止海水從管內(nèi)回灌入堤內(nèi)，穿堤施工時應(yīng)注意密封處理。

　　1.2 海塘變形影響分析

　　定向鉆施工對周邊環(huán)境的影響機理主要表現(xiàn)為地面或建構(gòu)筑物隆起和沉降，造成的隆起主要是由于擴孔器對周邊土體的擠壓和通道泥漿的壓力，造成的沉降主要是因管道周邊泥漿的塑性變形引起土體變形及擾動后土體的固結(jié)變形[9]。對于定向鉆施工，因采用管徑相對較小，成孔后采用泥漿護壁，在不出現(xiàn)坍孔的正常情況下，對環(huán)境的影響范圍及擾動一般小于同等條件下的盾構(gòu)、頂管等類似非開挖工藝造成的影響。

　　2 工程案例

　　2.1 工程概況

　　上海地區(qū)某通信工程為滿足國際通信需要，鋪設(shè)海底光纜，光纜設(shè)計登陸點位于上海臨城新港東南部的南匯嘴海岸，其路由走向從南匯嘴海岸下海后向東南方向。工程位置示意圖如圖1所示。

　　2.2 海纜穿堤方案設(shè)計

　　本次海纜登陸需要穿越的堤防為臨港新城二期圍堤工程。該段堤防為上海市一線海塘，防洪標(biāo)準(zhǔn)高，海纜穿堤施工應(yīng)盡量減少對大堤防洪安全及正常運行的不利影響。

　　根據(jù)布置需要，在大堤內(nèi)坡腳以內(nèi)40m登陸點位置進行非開挖定向鉆施工，共埋設(shè)兩根海纜保護套管。水平定向鉆進穿越鋪設(shè)施工首先采用鉆進導(dǎo)向孔，然后擴孔，最后回拉鋪管的施工技術(shù)[10]。光纜保護套管采用MPP管材，外徑22.5cm，管壁厚20mm。穿堤平面布置及斷面如圖2—3所示。

　　2.3 穿堤處防滲處理方案

　　為保障穿構(gòu)筑物與海堤連接處滲流穩(wěn)定，對海纜穿越大堤處采用截滲墻方案進行防滲處理[11]。截滲墻方案可分為以下三類:

　　(1)攪拌成墻施工法，實際上就是利用深層攪拌機械在堤身、堤基一定深度范圍內(nèi)鉆進攪拌，就地將土體與輸入的水泥(或石灰)等固化劑充分拌和，使固化劑與土體產(chǎn)生一系列的物理—化學(xué)變化而凝結(jié)成墻體達(dá)到防滲目的。攪拌成墻機械又分為單頭、雙頭和多頭攪拌樁，三軸攪拌樁(SMW)，橫向連續(xù)切削式地下連續(xù)墻工法(TRD)，雙輪銑深攪工藝(CSM)等[12]。

　　(2)置換成墻施工法，是將堤身、堤基一定深度內(nèi)的需置換土體挖除成槽，再填筑或鋪設(shè)塑性混凝土、防滲膜等防滲墻體材料并連成整體的防滲墻，根據(jù)成槽工藝又分為:垂直鋪塑法、鋸(拉)槽法、射水法、抓斗法等。置換成墻防滲工程均需進行泥漿護壁。

　　(3)高壓噴漿成墻施工法，是以高壓噴射流直接沖擊破壞土體，漿液與土攪拌固結(jié)來建造防滲墻。高壓噴漿按其噴射方式分為旋噴、擺噴和定噴三種;接其噴管數(shù)目又可分為單管、二重管、三重管和多重管四種[13]。

　　根據(jù)以上各施工工藝的技術(shù)原理、特點可知，攪拌成墻和置換成墻必須在定向鉆施工前完成，對定向鉆的施工造成困難，而高壓噴漿施工工藝可以在定向鉆施工完成后進行防滲處理，而且高壓噴漿壓力高，墻體與管道的銜接好，另外，漿液對接觸面間隙具有一定的填充補強的作用，對防滲有利，所以推薦采用高壓噴漿施工工藝。

　　3 結(jié)語

　　(1)為保障穿堤構(gòu)筑物施工期間海塘安全穩(wěn)定，穿堤構(gòu)筑物施工過程中，應(yīng)考慮穿堤建(構(gòu))筑物與海堤的連接部位的滲流穩(wěn)定，并進行必要防滲處理措施。

　　(2)對于采用定向鉆施工工藝的穿堤管道，一般管道埋深較深，管徑不大，推薦采用截滲墻的滲控措施。通過不同截滲墻施工工藝方案比選，推薦采用高壓噴漿施工工藝。

　　(3)因穿堤管道施工完成后周圍土體會出現(xiàn)一定量的收縮，從而引起海堤的沉降變形。可采用有限元分析方法，考慮相應(yīng)土層損失，模擬管道穿越后對海塘沉降的影響。

　　參考文獻

　　[1]夏嘯玲.海塘工程維修養(yǎng)護的技術(shù)管理工作[J].科技視界，2014(19):112.

　　[2]宋利華.水平定向鉆法在管道穿河工程中的應(yīng)用[J].山東水利，2018(7):39-40.

　　[3]林瑞潤，杜年夫.淺談海上定向鉆牽引管在海底管道中穿越海纜的應(yīng)用[J].中國水運，2018(5):226,229.

　　《定向鉆施工對海塘影響分析及保護措施研究》來源：《水利規(guī)劃與設(shè)計》，作者：張欽杰,田利勇,曹睿哲