觸變泥漿技術(shù)在寶應(yīng)縣小涵洞頂管工程中的施工工藝

喬 勇黃曉慶閔 剛

觸變泥漿技術(shù)在寶應(yīng)縣小涵洞頂管工程中的施工工藝

喬 勇1黃曉慶2閔 剛1

一、工程概況

寶應(yīng)縣小涵洞新建工程是南水北調(diào)東線第一期工程沿運(yùn)閘洞漏水處理工程之一，該工程位于江蘇省寶應(yīng)縣涇河鎮(zhèn)運(yùn)河大堤上，保留原小涵洞，新建小涵洞在原址向南移址新建，主體部分全長(zhǎng)96.6m（不含上下游護(hù)砌段），洞身段全長(zhǎng)69m，其中穿堤段50m采用φ150cm圓管涵進(jìn)行頂管施工，其余19m采用圓涵埋管型式與大運(yùn)河連接。圓管涵壁厚0.15m，底板高程3.2m，堤頂高程12.6m，堤頂寬14.6m。

頂管進(jìn)口工作井布置于堤防道路西側(cè)坡腳的灘面上，采用沉井結(jié)構(gòu)型式，工作井內(nèi)凈尺寸長(zhǎng)6.5m、寬5.0m，井壁厚90cm，井壁頂高程8.5m，井底板高程2.0m，底板厚0.7m。頂管出口接收井布置于道路東側(cè)坡腳處，接收井采用開挖土坑型式。頂管結(jié)束后，在進(jìn)口工作井的上游側(cè)布置連接埋管和上游引河，在頂管出口接收土坑內(nèi)進(jìn)行消力池的布置。

工作井上游的連接埋管采用φ150cm圓管涵壁厚0.15m，底板高程3.2m，進(jìn)口處設(shè)置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)斜降式U形墻與上游引河銜接。

二、工程水文地質(zhì)情況

勘區(qū)土在鉆深范圍內(nèi)，上部填土（大運(yùn)河堤身堆、填土），下部土是地域穩(wěn)定土層，屬河湖相沉積，從工程地質(zhì)角度看，勘區(qū)土自上而下分別描述如下：

第1層：自12.71～3.86m，素填土，貫入擊數(shù)N=5.5擊，比貫入阻力Ps=1.036MPa，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=70kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=2.0E-04cm/s。

第2-1層：自6.12～3.09m，淤泥，Ps=0.49MPa，fk=55kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=3.0E-07cm/s。此層土僅分布在西坡角處。

第2-2層：自3.09～0.28m，粉土夾粉質(zhì)粘土，Ps=1.149MPa，fk=70kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=4.0E-05cm/s。此層土僅分布在西坡角處。

第3-1層：自6.62～4.5m，粉質(zhì)粘土夾粉土，N=6擊，Ps=0.515MPa，fk=80kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=4.0E-06cm/s。此層土僅分布在西側(cè)灘面斜坡處。

第3-2層：自4.5～2.9m，粉土，N =9擊，Ps=2.578MPa，fk=90kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=5.0E-05cm/s。此層土僅分布在西側(cè)灘面斜坡處。

第4層：自3.86～1.71m，粉質(zhì)粘土，N=5擊，Ps=1.781MPa，fk=180kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=3.0E-06cm/s。

第5層：自1.71～-0.22m，粉質(zhì)粘土，N=14擊，Ps=3.443MPa，fk=230kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=5.0E-06cm/s。

第6層：自-0.22～-4.36m，粉土夾粉質(zhì)粘土，N=26.7擊，Ps=9.058MPa，fk=180kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=6.0E-05cm/s。

第7層：自-4.36～-8.11m，粉質(zhì)粘土，N=21.4擊，Ps=4.009MPa，fk=260kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=4.0E-06cm/s。

第8層：自-8.11～-11.79m，粉土夾粉質(zhì)粘土，N=21.5擊，Ps=9.231MPa，fk=200kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=1.0E-05cm/s。

第9層：自-11.79m以下，該層土未揭穿，為粉質(zhì)粘土，N=10.2擊，fk=160kPa，垂直滲透系數(shù)Kv=3.0E-06cm/s。

場(chǎng)地地震效應(yīng)：本勘區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。地面以下20m深度范圍內(nèi)均為粘性土，按抗震設(shè)計(jì)規(guī)范判別，無(wú)液化土層。場(chǎng)地土類型為中軟場(chǎng)地土，根據(jù)區(qū)域工程地質(zhì)資料，場(chǎng)地覆蓋層厚度大于50m，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，為建筑抗震有利地段。

三、頂管施工

按照常規(guī)施工方案，頂管部分可以采用土頂方案，為確保大堤穩(wěn)定和施工安全，本工程采用保守的封閉式泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工，該方案在刀盤作用下在開挖面形成塑性流動(dòng)狀態(tài)，采用泥水平衡使工程質(zhì)量和進(jìn)度能得到有效控制，地表沉降控制精度高；采用大刀盤泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)，這種掘進(jìn)機(jī)具有沉降控制精度高，頂進(jìn)速度快，可以遠(yuǎn)距離遙控操作，施工可靠性好等特點(diǎn)。根據(jù)施工實(shí)踐，改進(jìn)主軸密封、提高掘進(jìn)機(jī)靈敏度，使糾偏操作更靈活可靠。

1.觸變泥漿的材料與配方

泥漿潤(rùn)滑減摩劑又稱觸變泥漿，是由膨潤(rùn)土、CMC（粉末化學(xué)漿糊）、純堿和水按一定比例配制組成。不同的土質(zhì)應(yīng)采用不同的配方，才能滿足不同的需要。

膨潤(rùn)土是觸變泥漿的主要材料，作為頂管施工用的膨潤(rùn)土應(yīng)選鈉基膨潤(rùn)

土，由其拌制成的漿液，觸變以后的流動(dòng)性和靜止下來的膠凝性、固化性都比鈣基膨潤(rùn)土拌制的漿液要好，對(duì)土層的支承和潤(rùn)滑效果好。由于我國(guó)的膨潤(rùn)土多為鈣基膨潤(rùn)土，故一般用鈣基土進(jìn)行鈉化處理。

本工程同步注漿和補(bǔ)漿用同一根管路系統(tǒng)，選用同種配方的漿液。

2.觸變泥漿的制漿工藝

理論和實(shí)際施工表明，除了材料的選擇和配方以外，觸變泥漿的制漿工藝對(duì)注漿減摩效果影響很大。攪拌要充分，攪拌后靜置時(shí)間一般要12h以上，對(duì)同一配方的材料，攪拌不充分，靜置時(shí)間短，其最終流限可以降低一倍以上。經(jīng)高速拌漿30min以上抽入儲(chǔ)漿箱靜置，儲(chǔ)漿箱的容積為5m3，充分滿足供漿要求。在儲(chǔ)漿箱內(nèi)另設(shè)3臺(tái)攪拌器，靜置6h后，再次攪拌，待6h以后抽入另一臺(tái)高速攪拌器，經(jīng)再次高速攪拌壓入總管。

3.觸變泥漿系統(tǒng)的管路布置

系統(tǒng)管路采用同一根總管，總管為2''鍍鋅鋼管，從地面將漿液通過1臺(tái)液壓注漿泵注入支管，在管內(nèi)通過2臺(tái)中間接力壓漿站送到機(jī)頭，以滿足機(jī)尾同步注漿，由地面將漿液通過另一臺(tái)液壓注漿泵壓入支管，并送入管內(nèi)另兩臺(tái)中間壓漿站，通過這兩臺(tái)壓漿站執(zhí)行補(bǔ)漿工藝。支管為G1''采用耐高壓橡膠頂管和接頭。在總管上，每隔30m設(shè)1只壓力表，支管僅在機(jī)尾同步注漿斷面設(shè)2只壓力表。

4.觸變泥漿系統(tǒng)的壓注方法

制定合理的操作規(guī)程，使頂進(jìn)時(shí)形成的建筑空隙及時(shí)用潤(rùn)滑泥漿所填補(bǔ)，形成泥漿套，達(dá)到減少摩阻力和地面沉降。要達(dá)到這一目的，就必須嚴(yán)格執(zhí)行頂管注漿操作規(guī)程，由專人操作，質(zhì)量員檢查嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。壓漿時(shí)必須堅(jiān)持“先壓后頂，隨頂隨壓，及時(shí)補(bǔ)漿”的原則，補(bǔ)漿應(yīng)按順序依次進(jìn)行，每班（8h）不少于2次循環(huán)，定量壓注。

（1）同步跟蹤注漿

地面泥漿站配制好的觸變泥漿，經(jīng)液壓注漿泵增壓后，進(jìn)入輸漿總管，通過環(huán)形分管注入頂管機(jī)及管節(jié)的壓漿孔形成泥漿套。當(dāng)管節(jié)頂進(jìn)時(shí)，利用掘進(jìn)機(jī)尾部環(huán)向均勻布置的四只壓漿孔，與頂進(jìn)同步進(jìn)行跟蹤注漿，以確保當(dāng)掘進(jìn)機(jī)向前時(shí)在其后形成的環(huán)形空隙立即被泥漿所充填，從而形成完整的泥漿環(huán)套。

（2）補(bǔ)壓漿

管節(jié)在頂進(jìn)過程中，由于有部分漿液流失到土層中去，因此必須利用混凝土管節(jié)上的壓漿孔進(jìn)行補(bǔ)壓漿。一般在一節(jié)管節(jié)頂進(jìn)結(jié)束后，就應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)壓漿。而且還要視每段頂進(jìn)的阻力情況，隨機(jī)采取分段補(bǔ)壓漿。

（3）壓漿量與注漿壓力

壓漿量原則上控制在同步跟蹤壓漿量為管節(jié)外理論空隙體積的5倍左右，補(bǔ)壓漿量一般為管節(jié)外理論空隙體積的3倍左右。注漿壓力值不宜過高也不應(yīng)過小，采用漿液的粘度和管路輸送長(zhǎng)度，通過試頂后，壓漿站的壓力控制在0.28～0.3MPa較為合適。

5.壓漿工藝質(zhì)量的判別和修正

（1）在管內(nèi)注漿總管上每隔30m設(shè)一只隔膜式壓力表，在機(jī)尾注漿斷面的支管上也各設(shè)一只壓力表。頂管過程中，作業(yè)人員每班應(yīng)記錄各表頭壓力值。判斷方法：如果支管路上，四個(gè)壓漿點(diǎn)的壓力值明顯不同，說明沒有形成環(huán)狀漿套；這樣就必須在壓力較小的壓漿孔處壓漿，或者把壓力超高的壓漿孔處的漿液放掉一些，以使各孔壓力均衡，形成整環(huán)漿套；在無(wú)壓力表的支管路上，可用手觸摸支管，如感覺有靜止情況，說明該支管堵塞，應(yīng)予排除；在總管路上，若壓力表超過預(yù)定值，說明壓漿量太大，反之說明壓漿量不夠，應(yīng)給以及時(shí)調(diào)整。

（2）在頂進(jìn)過程中，可以從主頂系統(tǒng)的液壓力值推算出頂進(jìn)阻力。繪出頂力曲線變化圖。如果該曲線顯示頂力突然升高，就說明壓漿工藝出現(xiàn)問題，應(yīng)立即查明原因，及時(shí)調(diào)整。

（3）與觸變泥漿有關(guān)的常見質(zhì)量問題及解決方法有：觸變泥漿選材質(zhì)量不好；現(xiàn)場(chǎng)攪拌不充分，水化時(shí)間短；注漿泵耐壓低；觸變泥漿材料配方不合理；注漿孔布置不合理；注漿量沒有控制好；管路布置不適應(yīng)超長(zhǎng)距頂管要求；注漿壓力不合理；管路接頭滲漏、沒有形成完整泥漿套，只是偏心漿套，管外壁帶土頂進(jìn)。出現(xiàn)上述質(zhì)量問題采取下列方法處理：選材應(yīng)進(jìn)行測(cè)試和論證；配方應(yīng)進(jìn)行篩分和優(yōu)化；攪拌和水化時(shí)間大于6h；科學(xué)合理地按設(shè)計(jì)的管路進(jìn)行布置；采用液壓注漿泵，并維修好，確保耐壓大于2MPa；按超頂管要求，設(shè)中間注漿泵站；注漿量和注漿壓力按設(shè)計(jì)要求控制；所有壓漿接頭用生料帶包扎，確保無(wú)滲漏現(xiàn)象；壓漿工藝由當(dāng)班班長(zhǎng)負(fù)責(zé)，確保整條管道形成完整泥漿套。

6.觸變泥漿具體施工及布置

本工程頂管施工用膨潤(rùn)土觸變泥漿，在地面壓漿站配制后，通過液壓注漿泵壓入輸漿總管及管節(jié)上設(shè)置的環(huán)形分管注入至頂管機(jī)及管節(jié)的各個(gè)注漿孔形成管節(jié)外圍泥漿套。地面儲(chǔ)漿箱外形尺寸L×B×H＝2m×1.5m×1m=3m3，由攪拌筒攪拌的泥漿抽入儲(chǔ)漿箱進(jìn)行水化膨脹，再通過液壓注漿泵壓入管內(nèi)，在膨潤(rùn)土泥漿壓入以前，對(duì)儲(chǔ)漿箱內(nèi)經(jīng)水化的泥漿再一次攪拌，以減少壓漿管道的阻力。注漿泵站由SYB50／50—II型單缸液壓注漿泵和液壓動(dòng)力站組成，注漿量Q＝80L／min，注漿壓力 P=0.28～0.3MPa，輸漿總管由φ2''鍍鋅鋼管和球閥、水暖管件等組成，與管節(jié)上各壓漿孔接通的環(huán)形管，采用φ1''高壓軟管。

四、結(jié)語(yǔ)

在頂管施工中，采用觸變泥漿摩阻力可減少至理論摩阻力的20%，能及時(shí)有效地向管節(jié)外圍壓注觸變泥漿，形成和維護(hù)好泥漿套，起到高效減摩作用，是頂管成敗的關(guān)鍵。觸變泥漿是頂力控制的關(guān)鍵技術(shù)，采用觸變泥漿技術(shù)，能夠有效降低頂進(jìn)阻力，提高頂管施工速度，降低施工難度，保證施工安全■

（作者單位：1.江蘇省寶應(yīng)縣安宜水務(wù)站 225800 2.江蘇省寶應(yīng)縣水務(wù)局225800）