淺談觸變泥漿減阻法頂管施工工藝流程

何 彪

中國水利水電第七工程局有限公司 四川 成都 611130

1 工程概況及重難點分析對策

1.1 工程概況

本項目為天府新區仁壽視高經濟開發區環境保護2018年－2019年度園區規劃的建設項目，主要由整治柴桑河（柴桑河外源污染防治+內源污染治理）、建設生態公園兩部分組成，通過對柴桑河流域的生態環境進行綜合整治，全面提升流域內生態環境質量，為保護柴桑河流域的生態環境，推進岷江生態經濟區建設服務。

柴桑河截污干管二期工程主要包括污水管道、頂管工作井的填挖方及管道敷設、施工、檢查井澆筑、道路破除恢復、溝渠破除恢復等建設內容。

頂管施工范圍為視高鎮柴桑河截污干管二期工程西側WW8～WW24井段，頂管累計工程量942.1m。根據設計圖紙，在頂進施工過程中，為了降低管道頂進阻力，需進行注泥漿減阻，本工程采用觸變泥漿進行減阻。在每段頂管頂進施工完成后，為改善頂管中管壁周圍被擾動土層松散的性狀以及管道與土體之間的縫隙，需要進行回填注水泥漿處理。

1.2 工程重難點分析及對策

1、分析

(1)觸變泥漿減阻施工工藝中，配置合格泥漿，是施工的重難點。

(2)確保管道回填注水泥漿密實度，是施工的重難點。

2、對策

(1)選擇優質的觸變泥漿材料，對膨潤土、純堿、CMC等材料進行取樣，并進行觸變泥漿的試配，選擇最佳配合比進行觸變泥漿的配置。

(2)注漿前，采用混凝土加膨化劑的方式封閉接收井處管道與土體之間的超挖部分，嚴格按照要求預留注漿孔，注漿過程中由低側向高側進行注漿，注漿直至最后一節管道通氣孔出漿時，方可結束注漿。

2 觸變泥漿減阻法

2.1 施工示意圖

圖1 注漿減阻示意圖

2.2 泥漿配合比

泥漿拌制主要需要：膨潤土、純堿、CMC、水等材料。膨潤土一般要求膠質價在80ml/15g以上，且蒙脫石含量≥60%，膨潤土進場后，先進行膠質價的測定，根據膠質價確定相應配合比，見表1所示。

表1 觸變膨潤土泥漿配合比

2.3 泥漿拌制

泥漿的拌制要均勻，首先將定量的水放入拌和桶內；開動拌和機并緩慢投入膨潤土等材料，拌和2～3min；攪拌7～8min，形成泥漿；拌制完成的泥漿排放入貯漿池內貯存10h進行發酵，使拌合材料發生充分的置換作用，形成穩定性良好，具有一定粘度、堿度的泥漿。同時，為防止貯存池內泥漿離析，應間歇性對貯漿池進行攪拌，制備合格的觸變泥漿性能指標如下：

1、密度：泥漿比重為1.1～1.16g/cm3；

2、粘度：用漏斗粘度計測量粘度大于30s；

3、失水量：小于或等于25cm3/30min；

4、穩定性：泥漿應無離析水；

5、PH值：小于10。

2.4 注漿設備的組成

1、注漿泵：選用流量波動小，注漿壓力平穩的機械。

2、攪拌器：應具備充分拌和泥漿的功能，具有所需要的供漿容量，每次配制時膨潤土泥漿攪拌時間必須滿足拌合要求。

3、儲漿箱：為了保證注漿連續、充分，地面儲漿箱尺寸：L×W×H=2.5×2.5×1=6.25m3，采用5mm厚鋼板焊接而成。

4、注漿管路：總管選用Φ50mm的鋼管，支管采用Φ25mm高壓橡膠管，沿頂管橫斷面弧形布置。

5、控制閥：在每個注漿斷面上均加設一組控制閥。

6、壓力表：在泥漿出口處設置隔膜式壓力表。

2.5 注漿孔設置

頂管主管沿線每間隔5m在管道承插口處設置注漿孔，成120°均勻布置，注漿孔大小φ32mm，采用水磨鉆打孔，水鉆鉆頭采用32mm*370mm。

2.6 注漿壓計算

根據《頂管施工技術及驗收規范》要求。泥漿注漿壓力按照如下計算：

工地現場取P=（2～3）γH1

公式一：PA≤P≤PA+30kPa

其中：PA=γwH1+γHtan2{45°-φ/2}-2C*tan{45°-φ/2}

存在卸力拱時：

公式二：PA=γw H1+γh0

式中：

PA——泥漿套頂部的水壓力和主動土壓力，kPa；

γw——水的重力密度，KN/m3；

D——管道的外徑，m；

H——管道頂部以上覆蓋土層的厚度，m；

φ——管道所處土層的內摩擦角；

h0——卸力拱的高度，m；

H1——土面或卸力拱以上的水柱高度，m；

C——土的內聚力，kPa；

γ——土的重度，KN/m3

根據現場施工顯示，本次施工區域位于巖層中，故φ=35°，γ=21KN/m3，管道頂部以上覆蓋土層的厚度按照平均值取5.6m,頂管專用管外徑D=1.54m，γ w=mg=1000*10=10000N/m3=10KN/m3，H1按照水位最低埋深取值H1=1.5m，由于施工區域位于稍密卵石土層中，故沒有C值。

根據公式一：PA≤P≤PA+30kPa

故壓力為：36.84KN/m2，本次使用壓力取整：PA=0.04MPa

2.7 注漿

本頂管施工方法采用膨潤土減阻泥漿，經過地面壓漿站的配制后，通過注漿壓力泵壓入注漿總管，總管選用直徑為Φ50mm的鋼管，從泥漿站直通機頭，主管沿線每間隔5m設一個三通連接注漿支管，支管采用直接Φ25mm高壓橡膠管，沿頂管橫斷面弧形布置，支管上設3個三通管，連接管壁上的預留注漿孔。頂管過程中安排專人交替打開注漿孔的閥門，不間斷向管外壁注漿。

3 回填注漿

3.1 施工原則

主要以改善頂管中管壁周圍被擾動土層松散的性狀及管外壁與土體的縫隙為目的，使管道頂部及側面增加抗壓強度和粘結性，實現加固目的，保證以減少管道以上土體沉降，防止路面沉陷。

3.2 注漿孔的布置

根據設計圖紙，本工程采用承插口混凝土管道進行頂管施工，注漿孔設置在混凝土管道插口上，通過兩管道之間的間隙出漿，注漿孔呈120°，每間隔5m布置注漿孔，注漿孔大小φ32mm，采用水磨鉆鉆孔，見圖2、3。

圖2 注漿孔布置圖

圖3 注漿孔布置圖

3.3 注漿設備的組成

1、注漿泵：選用YSH-6砂漿泵。

2、攪拌器：應具備充分拌和的功能，具有所需要的供漿容量，每次配制時間必須大于3min。

3、注漿管路：管道選用Φ32mm的塑料管，牛油嘴出漿。

4、控制閥：在出漿管道上設一組控制閥。

5、壓力表：在砂漿出口處設置隔膜式壓力表。

3.4 注漿材料

1、灌漿水泥

（1）回填灌漿采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，出廠時間不得超過三個月。

（2）灌漿用的水泥必須符合規定的質量標準，不得使用受潮結塊的水泥。為了防止中斷灌注工作，水泥應有足夠的儲備。

2、灌漿用水

符合拌制混凝土用水要求（凡適宜于飲用的水，均可用以拌制），在夏季氣溫高時，拌漿用水的溫度不得高于40℃。

3、外加劑

在灌漿過程中，遇用特殊情況，可在水泥漿液中摻入速凝劑、減水劑、穩定劑等批準的其它外加劑，各種外加劑的質量符合DL/T5148和DL/T5100的規定。

3.5 制漿

1、材料必須稱量，稱量誤差小于5%，水泥按照標準袋裝水泥重量計算，其他固相材料采用重量稱量法。

2、漿液必須攪拌均勻并量測漿液比重，嚴格按照水灰比1:1的比列拌制漿液。用NB-1型泥漿比重計控制漿液濃度。

3、純水泥漿液攪拌時間：在使用普通攪拌機時，應大于3分鐘，使用高速攪拌機(轉速大于1200r/min)不小于30s。漿液在使用前用過濾篩過濾。

4、漿液的溫度保持在5℃～40℃之間，低于或超過此標準的漿液作廢[1]。

3.6 注漿工程量

本工程在回填注漿施工工程量主要包含兩方面：管道外側25mm范圍內超挖土體進行注漿；管道周圍15cm范圍內被擾動的土體進行注漿。在實際施工過程中，注漿工程量根據現場實際注漿量或流量表數據確定。

本工程注漿部位如表2。

表2 注漿工程量明細表

3.7 注漿施工

注漿前，采用混凝土加膨脹劑的方法封堵接收井及工作井處管道與土體之間的間隙，防止漏漿。注漿采用YSH-6砂漿泵，通過φ32mm塑料軟管及設置三通與注漿孔上的牛油嘴相連（下部區域的2個注漿孔），注入土層，開始注漿時采用水灰比1:1的水泥漿，一段時間后，水泥漿已經填充附近土體較低位置的縫隙，這時灌漿壓力按照設計的0.05MPa～0.1MPa慢慢升高，期間漿液濃度逐步加大[2]。

注漿按照孔布置情況，每5m為一注漿循環進行循，注漿壓力不小于0.05MPa，以注滿管壁周圍縫隙為準，施工時注意觀察壓漿機上的壓力表讀數，壓力不能超過0.1MPa，當出現灌漿壓力或者耗漿量突然增大時，應立即查明原因，及時采取相應的措施，并報告監理工程師和質量控制技術人員。

在規定的壓力下，注漿孔停止吸漿或者通氣孔出漿時，延續注注10min即可結束，灌漿結束后，關閉注漿機出漿閥門，并收回注漿管。對被漿液污染的區域進行處理，待注漿完成4小時之后方可拆除孔口牛油嘴，用水泥砂漿加膨脹劑的方式將孔口堵塞。

3.8 注意事項

1、注漿過程中若因故中斷時，應及早恢復注漿。中斷時間超過30min后應清洗原孔后恢復注漿，若清洗孔仍不吸漿，則就近重新鉆孔進行注漿。

2、回填注漿施工時整個過程技術員必須旁站，用NB-1型泥漿比重計對漿液進行檢查，同時作好注漿詳細記錄，如發現異常情況時及時向監理工程師匯報。

3、注漿結束3～7天內，向監理工程師提交注漿成果資料報請審查并布置檢查孔。

質量合格標準：采用鉆孔注漿法，向孔內注入水灰比2:1的漿液，在規定的壓力下，初始10min內注入量不超過10L，即為合格[3]。