管幕支护桥涵顶推施工中减阻措施的应用

黄宗根

（中国铁路设计集团有限公司，天津市 300142）

0 引言

目前，在桥涵箱体顶进过程中向箱体边墙及顶板外侧压注触变泥浆以减小箱体与土之间的摩擦力，有效避免了顶进时可能带来两侧的土体随箱体一起前进，扰动路基土体，造成线路路基产生塌方，严重危及行车安全的风险。传统的注触变泥浆注浆施工采取的是在桥涵主体上预埋注浆管，顶进时从箱涵内部链接注浆设备进行注浆，此注浆方法与顶进出土作业之间交叉干扰大，尤其在箱体内径净尺寸较小的情况下，没有作业空间；同时，注浆完成后对预埋注浆管的防水处理施工难度大（尤其对水利工程保护涵而言）、标准要求高、质量控制难；材料及劳力投入较大；顶进周期长。

当前，根据新的设计理念，在桥涵箱体顶进路基范围外四周采用管幕支护顶推施工工艺已经成为新的趋势，本项目在河北省南水北调保沧干渠输水管线穿越朔黄铁路框架涵工程施工中即采用此工艺。采用管幕支护顶推施工工艺的既有线要点框架涵顶进施工时，框架涵箱体底板下面以管幕钢管作为滑道（钢管内已注浆，且预留有附属注浆管），采用钢刃角吃土顶进时，底板下土体无扰动，且阻力较小，顶进过程中底板部分不需用采取触变泥浆注浆措施。但箱体边墙及顶板为三面吃土顶进，摩阻力较大，需采取边墙及顶板外侧固定无孔注浆钢管，边顶进边开钻注浆孔的施工工艺，可以更好的提高触变泥浆注浆效果，避免传统触变泥浆注浆时附加的各类问题和条件[1，2]。箱体外侧注浆管布置见图1。

图1 箱体外侧注浆管布置图

1 工法特点

（1）提高注浆效率，减少注浆施工过程中平行交叉作业的环节，提高施工效率。

（2）提高注浆效果，可以根据实际注浆效果，便捷调整注浆孔分布间距和开孔角度。

（3）解决防水难题，采用框架涵外墙固定注浆管注浆，避免了主体预埋注浆管注浆后主体内预埋注浆管难以处理的防水封堵难题，提高箱体防水质量。

（4）施工简便，减少注浆输送管与预埋注浆管的接头数量，更易控制，避免注浆管的反复对接。

（5）节约成本，与顶进就位后压注水泥浆固化桥涵两侧及顶面土体施工采用一套注浆管路，减少注浆设备、管路、对接件数量，节省预埋注浆管引起防水施工的材料和人工投入，避免质量隐患；注浆效果提升后，可减少顶镐、顶铁需用量，投入减少。

（6）缩短工期，与顶进就位后压注水泥浆固化桥涵两侧及顶面土体施工采用一套注浆管路，就位后可以马上进行水泥浆固化加固。

（7）作业安全，采用铁路要点施工在点内完成触变泥浆注浆作业，施工过程不需使用大型吊装设备，施工过程安全可控。

（8）对环境干扰小，增加铁路运输的安全系数；建筑垃圾很少，对环境污染小。

2 适用范围

适用于所有采用管幕支护顶推施工工艺的既有线要点桥涵顶进工施工；桥涵防水标准高；顶进时以底层管幕作为底板顶进滑道；尤其适用于高粘性、高湿度地质下的顶进施工。

3 工艺原理

采用管幕支护顶推施工工艺的既有线要点框架式桥涵顶进施工时，桥涵箱体底板下面以管幕钢管作为滑道，箱体的边墙及顶板部分为三面顶进吃土状态，外壁摩阻力远大于正面阻力。尤其在高粘性、高水分地质条件下，外壁摩阻力会更大。若在顶进中向管节外注入一定量的触变泥浆，变固体间的滑动摩擦为固液间的滑动摩擦，将极大地减小摩阻力。而传统的采用箱体内预留注浆管施工时，与顶进出土作业之间交叉干扰大，尤其在箱体内径净尺寸较小的情况下，没有作业空间，并且注浆完成后预留注浆管防水封堵要求严格，在注浆完成段需要及时封堵，与就位后压注水泥浆固化桥体边墙及顶板三侧土体施工干扰较大，同时，注浆管接头多，需要大量输浆管，施工工艺相对复杂，施工周期相对较长，施工成本较高。

若采用箱体外侧固定注浆钢管，边顶进边开注浆孔的触变泥浆工艺，可以较好解决上述问题，且箱体顶进就位后可以马上进行压注水泥浆固化桥涵箱体边墙及顶板三侧土体施工，施工便捷，质量可控，工期较短。

4 工艺流程

工艺流程见图2。

图2 工艺流程图

5 操作要点

（1）箱体外无孔注浆钢管固定

利用箱体制作时套有PVC管的拉筋眼，插入钢筋头固定无孔注浆钢管，要求无孔注浆钢管固定牢固，涵体前端位置无孔注浆钢管端头封堵严密，涵体末端位置无孔注浆钢管接注浆设备。

（2）注浆管即将吃土段开钻注浆孔

在顶进前在箱体顶板上放置开钻电动工具及线路，在箱体顶进过程中，根据每次吃土量和注浆效果，确定注在浆管上开钻注浆孔数量及间距，进行开钻注浆孔。

（3）采用成熟工艺进行泥浆制备

触变泥浆的性能要稳定，施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。顶进施工前要做泥浆配合比试验，找出适合于施工的最佳泥浆配合比，施工中对泥浆指标进行严格的控制。

（4）暂停注浆前调整泥浆配比

为了防止注浆液在暂停注浆期间沉淀堵塞注浆孔，需要适当调配浆液的比例。确保三者混合搅拌均匀后，静止一段时间后以不失水、不沉淀、不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度为基本条件。浆液通常采用膨润土、纯碱、水和CMC混合制作而成，膨润土占25%～30%，水占70%～75%（质量比），CMC：纯碱：膨润土比例为 1∶5∶150（质量比）。

（5）泥浆压注系统改进设计

箱体制作完成且防水保护层施做完成后，在箱体边墙及顶板外侧面固定无孔注浆管，注浆管尺寸为内径25 mm的普通钢管，内部套丝。

箱体前端位置无孔注浆钢管端头封堵密实，箱体末端位置无孔注浆钢管接注浆设备。

（6）顶进、压浆与开钻孔控制

框架涵顶进前，先在注浆管前段4～5 m范围内开钻注浆孔。顶进时确保钢刃角吃土顶进。随着箱体顶进，当已开钻注浆孔全部进入土体时，暂停顶进，开始注浆。同时，涵洞内进行出土作业。临近注浆完成时，调整浆液比例，注浆完成，关闭注浆阀门。根据下次顶进长度和注浆效果，确定开钻注浆孔长度和间距，开钻第二步注浆孔。出土完成，箱体顶进，当第二步注浆孔全部进入土体时，再次开始注浆。依次循环，直到框架涵顶进就位，此时注浆孔已全部开钻完成，马上将注浆液更换为水泥浆，进行压注水泥浆固化涵体三侧土体施工。整个过程衔接顺畅、简便。

从开钻第二步注浆孔开始，要严格根据出土量测算预计顶进长度，确定好注浆管开钻注浆孔的长度。要根据上一循环的注浆效果，确定注浆孔开钻间距。在压浆过程中，施工人员要控制好浆液的质量。根据土质实际情况，可适当调整泥浆配合比，满足施工需要。要合理控制注浆压力，并在注浆管路中安装安全阀，以免注浆压力过高而顶起线路。

6 质量控制

（1）在要点顶进施工前，技术人员详细检查各注浆管前端封堵的密实性，确保前端不漏浆。

（2）注浆孔开孔控制

a.注浆孔开孔采用专门电动工具，确保孔口平滑，并根据注浆效果调整开孔大小。

b.从开钻第二步注浆孔开始，要严格根据出土量测算预计顶进长度，确定好注浆管开钻注浆孔的长度，确保开孔段全部进入土体。

c.根据注浆效果确定开孔间距和角度。

（3）泥浆比例控制

根据我单位已近相对成熟的泥浆比例控制措施，结合工程土质情况，严格控制泥浆比例，并根据不同阶段的具体情况，进行适当调整。

a.比重：泥浆的比重是一个主要控制指标。掘进中进泥比重不易过高或过低，前者将影响泥水的输送能力，后者将破坏开挖面的稳定。泥水比重的范围应在1.10～1.30 g/cm3。下限为1.10 g/cm3，上限根据施工的特殊要求而定，在砂性土中施工、保护地面建筑物、穿越浅覆层等，可达1.30 g/cm3，甚至可达1.35 g/cm3。

b.粘度：从土颗粒的悬浮性要求来讲，要求泥浆的粘度越高越好，考虑到泥浆处理系统的自造浆能力，随着推进距离增加，泥浆越来越浓，比重也呈直线上升，而比重的增加并非说明泥浆的质量越来越高，若在砂性土中施工，粘度甚至会下降，因此，泥水粘度的范围应控制不小于5 cm3/s。

c.含砂量：泥浆处理的目的是保留全部粘土，去除0.25 mm以上的砂颗粒，并且0.25 mm以下的砂粒也必须控制在一定的范围内。

d.析水量和PH值：析水量和PH值是泥水管理中的一项综合指标，它们在很大程度上与泥浆的粘度有关，悬浮性好的泥浆就意味着析水量小，反之就大。泥浆的析水量须小于5%，PH值须呈碱性，降低含砂量、提高泥浆的粘度、在调整槽中添加石碱，是保证析水量合格的主要手段。

在砂性、粉砂性土中掘进时，由于工作泥浆不断地被劣化，就需要不断地调整泥浆的各项参数，添加粘土、膨润土、CMC；在粘土、淤泥质粘土中掘进时，由于粘性颗粒不断增加，使排放的泥浆浓度越来越高，添加清水进行稀释则成为主要手段。

（4）注浆压力控制

注浆压力控制在0.3～0.5 MPa。注浆过程中应时刻注意泵压及流量变化，并应加强对铁路线路的监控量测，以不顺边墙往外冒浆为宜。