管幕支護橋涵頂推施工中減阻措施的應用

黃宗根

（中國鐵路設計集團有限公司，天津市 300142）

0 引言

目前，在橋涵箱體頂進過程中向箱體邊墻及頂板外側壓注觸變泥漿以減小箱體與土之間的摩擦力，有效避免了頂進時可能帶來兩側的土體隨箱體一起前進，擾動路基土體，造成線路路基產生塌方，嚴重危及行車安全的風險。傳統(tǒng)的注觸變泥漿注漿施工采取的是在橋涵主體上預埋注漿管，頂進時從箱涵內部鏈接注漿設備進行注漿，此注漿方法與頂進出土作業(yè)之間交叉干擾大，尤其在箱體內徑凈尺寸較小的情況下，沒有作業(yè)空間；同時，注漿完成后對預埋注漿管的防水處理施工難度大（尤其對水利工程保護涵而言）、標準要求高、質量控制難；材料及勞力投入較大；頂進周期長。

當前，根據(jù)新的設計理念，在橋涵箱體頂進路基范圍外四周采用管幕支護頂推施工工藝已經(jīng)成為新的趨勢，本項目在河北省南水北調保滄干渠輸水管線穿越朔黃鐵路框架涵工程施工中即采用此工藝。采用管幕支護頂推施工工藝的既有線要點框架涵頂進施工時，框架涵箱體底板下面以管幕鋼管作為滑道（鋼管內已注漿，且預留有附屬注漿管），采用鋼刃角吃土頂進時，底板下土體無擾動，且阻力較小，頂進過程中底板部分不需用采取觸變泥漿注漿措施。但箱體邊墻及頂板為三面吃土頂進，摩阻力較大，需采取邊墻及頂板外側固定無孔注漿鋼管，邊頂進邊開鉆注漿孔的施工工藝，可以更好的提高觸變泥漿注漿效果，避免傳統(tǒng)觸變泥漿注漿時附加的各類問題和條件[1，2]。箱體外側注漿管布置見圖1。

圖1 箱體外側注漿管布置圖

1 工法特點

（1）提高注漿效率，減少注漿施工過程中平行交叉作業(yè)的環(huán)節(jié)，提高施工效率。

（2）提高注漿效果，可以根據(jù)實際注漿效果，便捷調整注漿孔分布間距和開孔角度。

（3）解決防水難題，采用框架涵外墻固定注漿管注漿，避免了主體預埋注漿管注漿后主體內預埋注漿管難以處理的防水封堵難題，提高箱體防水質量。

（4）施工簡便，減少注漿輸送管與預埋注漿管的接頭數(shù)量，更易控制，避免注漿管的反復對接。

（5）節(jié)約成本，與頂進就位后壓注水泥漿固化橋涵兩側及頂面土體施工采用一套注漿管路，減少注漿設備、管路、對接件數(shù)量，節(jié)省預埋注漿管引起防水施工的材料和人工投入，避免質量隱患；注漿效果提升后，可減少頂鎬、頂鐵需用量，投入減少。

（6）縮短工期，與頂進就位后壓注水泥漿固化橋涵兩側及頂面土體施工采用一套注漿管路，就位后可以馬上進行水泥漿固化加固。

（7）作業(yè)安全，采用鐵路要點施工在點內完成觸變泥漿注漿作業(yè)，施工過程不需使用大型吊裝設備，施工過程安全可控。

（8）對環(huán)境干擾小，增加鐵路運輸?shù)陌踩禂?shù)；建筑垃圾很少，對環(huán)境污染小。

2 適用范圍

適用于所有采用管幕支護頂推施工工藝的既有線要點橋涵頂進工施工；橋涵防水標準高；頂進時以底層管幕作為底板頂進滑道；尤其適用于高粘性、高濕度地質下的頂進施工。

3 工藝原理

采用管幕支護頂推施工工藝的既有線要點框架式橋涵頂進施工時，橋涵箱體底板下面以管幕鋼管作為滑道，箱體的邊墻及頂板部分為三面頂進吃土狀態(tài)，外壁摩阻力遠大于正面阻力。尤其在高粘性、高水分地質條件下，外壁摩阻力會更大。若在頂進中向管節(jié)外注入一定量的觸變泥漿，變固體間的滑動摩擦為固液間的滑動摩擦，將極大地減小摩阻力。而傳統(tǒng)的采用箱體內預留注漿管施工時，與頂進出土作業(yè)之間交叉干擾大，尤其在箱體內徑凈尺寸較小的情況下，沒有作業(yè)空間，并且注漿完成后預留注漿管防水封堵要求嚴格，在注漿完成段需要及時封堵，與就位后壓注水泥漿固化橋體邊墻及頂板三側土體施工干擾較大，同時，注漿管接頭多，需要大量輸漿管，施工工藝相對復雜，施工周期相對較長，施工成本較高。

若采用箱體外側固定注漿鋼管，邊頂進邊開注漿孔的觸變泥漿工藝，可以較好解決上述問題，且箱體頂進就位后可以馬上進行壓注水泥漿固化橋涵箱體邊墻及頂板三側土體施工，施工便捷，質量可控，工期較短。

4 工藝流程

工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程圖

5 操作要點

（1）箱體外無孔注漿鋼管固定

利用箱體制作時套有PVC管的拉筋眼，插入鋼筋頭固定無孔注漿鋼管，要求無孔注漿鋼管固定牢固，涵體前端位置無孔注漿鋼管端頭封堵嚴密，涵體末端位置無孔注漿鋼管接注漿設備。

（2）注漿管即將吃土段開鉆注漿孔

在頂進前在箱體頂板上放置開鉆電動工具及線路，在箱體頂進過程中，根據(jù)每次吃土量和注漿效果，確定注在漿管上開鉆注漿孔數(shù)量及間距，進行開鉆注漿孔。

（3）采用成熟工藝進行泥漿制備

觸變泥漿的性能要穩(wěn)定，施工期間要求泥漿不失水、不沉淀、不固結，既要有良好的流動性，又要有一定的稠度。頂進施工前要做泥漿配合比試驗，找出適合于施工的最佳泥漿配合比，施工中對泥漿指標進行嚴格的控制。

（4）暫停注漿前調整泥漿配比

為了防止注漿液在暫停注漿期間沉淀堵塞注漿孔，需要適當調配漿液的比例。確保三者混合攪拌均勻后，靜止一段時間后以不失水、不沉淀、不固結，既要有良好的流動性，又要有一定的稠度為基本條件。漿液通常采用膨潤土、純堿、水和CMC混合制作而成，膨潤土占25%～30%，水占70%～75%（質量比），CMC：純堿：膨潤土比例為 1∶5∶150（質量比）。

（5）泥漿壓注系統(tǒng)改進設計

箱體制作完成且防水保護層施做完成后，在箱體邊墻及頂板外側面固定無孔注漿管，注漿管尺寸為內徑25 mm的普通鋼管，內部套絲。

箱體前端位置無孔注漿鋼管端頭封堵密實，箱體末端位置無孔注漿鋼管接注漿設備。

（6）頂進、壓漿與開鉆孔控制

框架涵頂進前，先在注漿管前段4～5 m范圍內開鉆注漿孔。頂進時確保鋼刃角吃土頂進。隨著箱體頂進，當已開鉆注漿孔全部進入土體時，暫停頂進，開始注漿。同時，涵洞內進行出土作業(yè)。臨近注漿完成時，調整漿液比例，注漿完成，關閉注漿閥門。根據(jù)下次頂進長度和注漿效果，確定開鉆注漿孔長度和間距，開鉆第二步注漿孔。出土完成，箱體頂進，當?shù)诙阶{孔全部進入土體時，再次開始注漿。依次循環(huán)，直到框架涵頂進就位，此時注漿孔已全部開鉆完成，馬上將注漿液更換為水泥漿，進行壓注水泥漿固化涵體三側土體施工。整個過程銜接順暢、簡便。

從開鉆第二步注漿孔開始，要嚴格根據(jù)出土量測算預計頂進長度，確定好注漿管開鉆注漿孔的長度。要根據(jù)上一循環(huán)的注漿效果，確定注漿孔開鉆間距。在壓漿過程中，施工人員要控制好漿液的質量。根據(jù)土質實際情況，可適當調整泥漿配合比，滿足施工需要。要合理控制注漿壓力，并在注漿管路中安裝安全閥，以免注漿壓力過高而頂起線路。

6 質量控制

（1）在要點頂進施工前，技術人員詳細檢查各注漿管前端封堵的密實性，確保前端不漏漿。

（2）注漿孔開孔控制

a.注漿孔開孔采用專門電動工具，確?？卓谄交?，并根據(jù)注漿效果調整開孔大小。

b.從開鉆第二步注漿孔開始，要嚴格根據(jù)出土量測算預計頂進長度，確定好注漿管開鉆注漿孔的長度，確保開孔段全部進入土體。

c.根據(jù)注漿效果確定開孔間距和角度。

（3）泥漿比例控制

根據(jù)我單位已近相對成熟的泥漿比例控制措施，結合工程土質情況，嚴格控制泥漿比例，并根據(jù)不同階段的具體情況，進行適當調整。

a.比重：泥漿的比重是一個主要控制指標。掘進中進泥比重不易過高或過低，前者將影響泥水的輸送能力，后者將破壞開挖面的穩(wěn)定。泥水比重的范圍應在1.10～1.30 g/cm3。下限為1.10 g/cm3，上限根據(jù)施工的特殊要求而定，在砂性土中施工、保護地面建筑物、穿越淺覆層等，可達1.30 g/cm3，甚至可達1.35 g/cm3。

b.粘度：從土顆粒的懸浮性要求來講，要求泥漿的粘度越高越好，考慮到泥漿處理系統(tǒng)的自造漿能力，隨著推進距離增加，泥漿越來越濃，比重也呈直線上升，而比重的增加并非說明泥漿的質量越來越高，若在砂性土中施工，粘度甚至會下降，因此，泥水粘度的范圍應控制不小于5 cm3/s。

c.含砂量：泥漿處理的目的是保留全部粘土，去除0.25 mm以上的砂顆粒，并且0.25 mm以下的砂粒也必須控制在一定的范圍內。

d.析水量和PH值：析水量和PH值是泥水管理中的一項綜合指標，它們在很大程度上與泥漿的粘度有關，懸浮性好的泥漿就意味著析水量小，反之就大。泥漿的析水量須小于5%，PH值須呈堿性，降低含砂量、提高泥漿的粘度、在調整槽中添加石堿，是保證析水量合格的主要手段。

在砂性、粉砂性土中掘進時，由于工作泥漿不斷地被劣化，就需要不斷地調整泥漿的各項參數(shù)，添加粘土、膨潤土、CMC；在粘土、淤泥質粘土中掘進時，由于粘性顆粒不斷增加，使排放的泥漿濃度越來越高，添加清水進行稀釋則成為主要手段。

（4）注漿壓力控制

注漿壓力控制在0.3～0.5 MPa。注漿過程中應時刻注意泵壓及流量變化，并應加強對鐵路線路的監(jiān)控量測，以不順邊墻往外冒漿為宜。