觸變泥漿技術在寶應縣小涵洞頂管工程中的施工工藝

喬 勇黃曉慶閔 剛

觸變泥漿技術在寶應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

寶應縣小涵洞新建工程是南水北調東線第一期工程沿運閘洞漏水處理工程之一，該工程位于江蘇省寶應縣涇河鎮運河大堤上，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96.6m（不含上下游護砌段），洞身段全長69m，其中穿堤段50m采用φ150cm圓管涵進行頂管施工，其余19m采用圓涵埋管型式與大運河連接。圓管涵壁厚0.15m，底板高程3.2m，堤頂高程12.6m，堤頂寬14.6m。

頂管進口工作井布置于堤防道路西側坡腳的灘面上，采用沉井結構型式，工作井內凈尺寸長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坡腳處，接收井采用開挖土坑型式。頂管結束后，在進口工作井的上游側布置連接埋管和上游引河，在頂管出口接收土坑內進行消力池的布置。

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，進口處設置鋼筋混凝土結構斜降式U形墻與上游引河銜接。

二、工程水文地質情況

勘區土在鉆深范圍內，上部填土（大運河堤身堆、填土），下部土是地域穩定土層，屬河湖相沉積，從工程地質角度看，勘區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N=5.5擊，比貫入阻力Ps=1.036MPa，承載力標準值fk=70kPa，垂直滲透系數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，粉土夾粉質粘土，Ps=1.149MPa，fk=70kPa，垂直滲透系數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，粉質粘土夾粉土，N=6擊，Ps=0.515MPa，fk=80kPa，垂直滲透系數Kv=4.0E-06cm/s。此層土僅分布在西側灘面斜坡處。

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Kv=5.0E-05cm/s。此層土僅分布在西側灘面斜坡處。

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

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

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

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

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

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

場地地震效應：本勘區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組。地面以下20m深度范圍內均為粘性土，按抗震設計規范判別，無液化土層。場地土類型為中軟場地土，根據區域工程地質資料，場地覆蓋層厚度大于50m，建筑場地類別為Ⅲ類，為建筑抗震有利地段。

三、頂管施工

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

1.觸變泥漿的材料與配方

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

膨潤土是觸變泥漿的主要材料，作為頂管施工用的膨潤土應選鈉基膨潤

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

本工程同步注漿和補漿用同一根管路系統，選用同種配方的漿液。

2.觸變泥漿的制漿工藝

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

3.觸變泥漿系統的管路布置

系統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臺液壓注漿泵注入支管，在管內通過2臺中間接力壓漿站送到機頭，以滿足機尾同步注漿，由地面將漿液通過另一臺液壓注漿泵壓入支管，并送入管內另兩臺中間壓漿站，通過這兩臺壓漿站執行補漿工藝。支管為G1''采用耐高壓橡膠頂管和接頭。在總管上，每隔30m設1只壓力表，支管僅在機尾同步注漿斷面設2只壓力表。

4.觸變泥漿系統的壓注方法

制定合理的操作規程，使頂進時形成的建筑空隙及時用潤滑泥漿所填補，形成泥漿套，達到減少摩阻力和地面沉降。要達到這一目的，就必須嚴格執行頂管注漿操作規程，由專人操作，質量員檢查嚴格把好質量關。壓漿時必須堅持“先壓后頂，隨頂隨壓，及時補漿”的原則，補漿應按順序依次進行，每班（8h）不少于2次循環，定量壓注。

（1）同步跟蹤注漿

地面泥漿站配制好的觸變泥漿，經液壓注漿泵增壓后，進入輸漿總管，通過環形分管注入頂管機及管節的壓漿孔形成泥漿套。當管節頂進時，利用掘進機尾部環向均勻布置的四只壓漿孔，與頂進同步進行跟蹤注漿，以確保當掘進機向前時在其后形成的環形空隙立即被泥漿所充填，從而形成完整的泥漿環套。

（2）補壓漿

管節在頂進過程中，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上的壓漿孔進行補壓漿。一般在一節管節頂進結束后，就應進行補壓漿。而且還要視每段頂進的阻力情況，隨機采取分段補壓漿。

（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外理論空隙體積的5倍左右，補壓漿量一般為管節外理論空隙體積的3倍左右。注漿壓力值不宜過高也不應過小，采用漿液的粘度和管路輸送長度，通過試頂后，壓漿站的壓力控制在0.28～0.3MPa較為合適。

5.壓漿工藝質量的判別和修正

（1）在管內注漿總管上每隔30m設一只隔膜式壓力表，在機尾注漿斷面的支管上也各設一只壓力表。頂管過程中，作業人員每班應記錄各表頭壓力值。判斷方法：如果支管路上，四個壓漿點的壓力值明顯不同，說明沒有形成環狀漿套；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，形成整環漿套；在無壓力表的支管路上，可用手觸摸支管，如感覺有靜止情況，說明該支管堵塞，應予排除；在總管路上，若壓力表超過預定值，說明壓漿量太大，反之說明壓漿量不夠，應給以及時調整。

（2）在頂進過程中，可以從主頂系統的液壓力值推算出頂進阻力。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問題，應立即查明原因，及時調整。

（3）與觸變泥漿有關的常見質量問題及解決方法有：觸變泥漿選材質量不好；現場攪拌不充分，水化時間短；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；管路布置不適應超長距頂管要求；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。出現上述質量問題采取下列方法處理：選材應進行測試和論證；配方應進行篩分和優化；攪拌和水化時間大于6h；科學合理地按設計的管路進行布置；采用液壓注漿泵，并維修好，確保耐壓大于2MPa；按超頂管要求，設中間注漿泵站；注漿量和注漿壓力按設計要求控制；所有壓漿接頭用生料帶包扎，確保無滲漏現象；壓漿工藝由當班班長負責，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上設置的環形分管注入至頂管機及管節的各個注漿孔形成管節外圍泥漿套。地面儲漿箱外形尺寸L×B×H＝2m×1.5m×1m=3m3，由攪拌筒攪拌的泥漿抽入儲漿箱進行水化膨脹，再通過液壓注漿泵壓入管內，在膨潤土泥漿壓入以前，對儲漿箱內經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，與管節上各壓漿孔接通的環形管，采用φ1''高壓軟管。

四、結語

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%，能及時有效地向管節外圍壓注觸變泥漿，形成和維護好泥漿套，起到高效減摩作用，是頂管成敗的關鍵。觸變泥漿是頂力控制的關鍵技術，采用觸變泥漿技術，能夠有效降低頂進阻力，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.江蘇省寶應縣安宜水務站 225800 2.江蘇省寶應縣水務局225800）