纏繞式壓密注漿法在定向鉆穿越工程中的應(yīng)用

李偉 賈烊 文向峰

（1中建五局土木工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2中國(guó)建筑國(guó)際工程公司，北京 100029）

0 引言

采用水平定向鉆進(jìn)行過路管道的牽引施工時(shí)，擴(kuò)孔直徑一般為套管外徑的1.1～1.3倍，套管與泥壁間的空隙暫時(shí)由護(hù)壁泥漿填充[1]。受制于泥漿體較差的抗變形能力，在道路活載和土體自重的作用下，泥壁會(huì)發(fā)生蠕變甚至坍塌，致使地面產(chǎn)生沉陷。

目前，通常采取壓密注漿法對(duì)套管周身的泥漿進(jìn)行置換，漿液會(huì)擠壓土體并充填剪切裂縫，達(dá)到強(qiáng)化土體承載能力的效果[2]。馬點(diǎn)飛等[3]以中俄原油管道穿越工程為例，介紹了采用鋼套筒結(jié)合壓密注漿的入、出土段穩(wěn)管工藝。魏立鵬等[4]利用三道不同長(zhǎng)度的注漿管進(jìn)行壓密注漿作業(yè)，注漿管由同一側(cè)拖入，且均固定在套管底部。對(duì)于定向鉆牽引管道二次注漿施工，國(guó)內(nèi)暫無詳細(xì)的規(guī)范要求。中國(guó)建筑泗洪項(xiàng)目部在注漿管布設(shè)方面進(jìn)行創(chuàng)新，提出了實(shí)用性較強(qiáng)的“纏繞式壓密注漿施工方法”，能夠?yàn)橥惞こ烫峁﹨⒖肌?/p>

1 纏繞式壓密注漿法

1.1 施工準(zhǔn)備

水平定向鉆管道擴(kuò)孔完成后，形成的孔位結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 擴(kuò)孔布置圖

注漿管采用PE管材，為避免產(chǎn)生過多余料，需要對(duì)注漿管長(zhǎng)度合理取值。注漿管長(zhǎng)度L1按式（1）計(jì)算：

其中：L2為套管長(zhǎng)度（m）；D1為注漿管外徑（m）；D2為套管外徑（m）；S為螺距（m）。

為使孔位兩端均有注漿管露出，以方便連接灌漿泵，在公式中考慮了注漿管0.8m的富余長(zhǎng)度。第一次施工時(shí)，螺距S尚未知，建議布置1.5倍于套管長(zhǎng)度的注漿管，記錄下鉆頭轉(zhuǎn)速、牽引速度、管材型號(hào)、螺距等關(guān)鍵參數(shù)。下次施工前，可使用式（1）預(yù)估注漿管長(zhǎng)度。在注漿管上鉆出直徑10mm、間距1m的小孔，注漿管放置于套管同一側(cè)，然后將定向鉆鉆頭分別與套管、注漿管連接。

1.2 注漿管行進(jìn)纏繞

定向鉆鉆頭同時(shí)回拖套管和注漿管進(jìn)入孔位，注漿管在扭力、拉力和摩擦力的共同作用下，按螺距S順勢(shì)纏繞在套管表面，拉至設(shè)計(jì)終點(diǎn)樁號(hào)。圖2為注漿管行進(jìn)纏繞的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 纏繞式壓密注漿法結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 壓力灌漿

現(xiàn)場(chǎng)制備水泥漿，首先在出土側(cè)利用灌漿泵將水泥漿注入注漿管。停止注漿分兩種情況：若兩側(cè)管口均能持續(xù)冒漿1min以上，則注漿完成；若僅一側(cè)持續(xù)冒漿，則轉(zhuǎn)移材料設(shè)備至另一側(cè)注漿，直至出現(xiàn)第一種情況為止。

1.4 施工流程

纏繞式壓密注漿施工方法的操作步驟為：材料設(shè)備就位→PE注漿管鉆孔→鉆頭與管件連接→管件回拖→解除構(gòu)件連接→漿液制備→壓力灌漿→清場(chǎng)退場(chǎng)。

2 工法特點(diǎn)

傳統(tǒng)施工方法采用兩根與套管等長(zhǎng)的鋼管作為注漿管，相比之下，本工法具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）施工效率高

PE注漿管重量較輕，易于安裝；單根注漿管在鉆頭的帶動(dòng)下自動(dòng)纏繞在套管表面，省去了定位綁扎雙側(cè)注漿管的工作；注漿完成后，注漿管無需拔出。

2）加固效果好

漿液通過密集的注漿孔環(huán)向注滿管道周身的空隙，提高了土體的致密程度和抗變形能力；PE管材自身抗腐蝕性能較好，包裹在牽引管周圍，節(jié)省漿液用量的同時(shí)，避免注漿管滑移造成孔壁擾動(dòng)。

3）經(jīng)濟(jì)效益顯著

管材長(zhǎng)度減少，造價(jià)降低；相比鋼管，PE注漿管具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)，且PE注漿管重量輕，節(jié)省了運(yùn)輸成本。

3 技術(shù)要點(diǎn)

3.1 注漿管處理

1）選擇合適的PE注漿管尺寸。注漿管外徑應(yīng)小于套管與孔位設(shè)計(jì)直徑差的1/2，為漿液的流動(dòng)預(yù)留空間，避免管件回拖過程中強(qiáng)烈擾動(dòng)孔壁。但注漿管不宜過細(xì)，否則會(huì)影響注漿效率。

2）在注漿管前端貫穿兩排直徑10mm的小孔，利用鋼絲繩、鐵絲以及U型鍍鋅鋼卡扣將注漿管固定在定向鉆鉆頭的扣件上。

3.2 注漿管纏繞

1）由于定向鉆單根拉管長(zhǎng)度有限，需要進(jìn)行人工卸管，因此管件在洞內(nèi)為間歇式前進(jìn)。但間歇時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免泥漿護(hù)壁失效，管道內(nèi)部發(fā)生坍塌。

2）鉆頭轉(zhuǎn)速宜取低值且保持穩(wěn)定，較低的轉(zhuǎn)速對(duì)泥壁的擾動(dòng)更小，有利于維持孔壁的穩(wěn)定。

3）在定向鉆回拖管件的過程中，于孔位入口處和與之相隔一定距離的位置處各安排一名工人，輔助注漿管的均勻纏繞。

3.3 漿液制備

利用水泥攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)制備水泥漿。根據(jù)設(shè)計(jì)地基承載力要求，進(jìn)行漿液制備。由于雙漿液（水泥漿和水玻璃）成本較高，普遍采用純水泥漿作為漿體。對(duì)于純水泥漿，隨著水灰比的增大，其黏度、結(jié)石率和抗壓強(qiáng)度會(huì)顯著降低，而初凝時(shí)間和終凝時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，因此需要確定合適的水灰比[5]。

3.4 壓力灌漿

1）注漿前將灌漿泵壓力調(diào)試準(zhǔn)確，注漿壓力可通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，一般不超過1.0MPa。試灌漿液為清水或較稀的水泥漿。

2）計(jì)算注漿量時(shí)，需要考慮套管與泥壁之間的空隙體積，以及漿液在壓力作用下的擴(kuò)散半徑。在灌漿壓力持續(xù)的情況下，應(yīng)當(dāng)以最大流量輸送水泥漿，以提高置換管道周圍泥漿的速度，避免泥漿固結(jié)造成灌漿困難。

4 工程實(shí)例

在泗洪項(xiàng)目中，定向鉆牽引長(zhǎng)度約為10km，共計(jì)240處，采用的是DN630PE套管和DN40PE注漿管。設(shè)計(jì)地基承載力不小于140kPa，水灰比取1:1，采用P.O42.5普通硅酸水泥。纏繞式壓密注漿施工現(xiàn)場(chǎng)情況見圖3。

圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)

5 結(jié)語

1）定向鉆回拖管件后應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行壓密注漿，有利于防范地基的后期沉降。相比傳統(tǒng)的雙鋼管注漿法，纏繞式壓密注漿法成本低，施工效率高，有良好的應(yīng)用前景。

2）對(duì)于纏繞式壓密注漿法，預(yù)先確定合理的注漿管長(zhǎng)度是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。隨著工程應(yīng)用的增加，可以建立螺距與管材型號(hào)、定向鉆施工參數(shù)的對(duì)照表，以便快速計(jì)算注漿管長(zhǎng)度。