浅谈触变泥浆减阻法顶管施工工艺流程

何 彪

中国水利水电第七工程局有限公司 四川 成都 611130

1 工程概况及重难点分析对策

1.1 工程概况

本项目为天府新区仁寿视高经济开发区环境保护2018年－2019年度园区规划的建设项目，主要由整治柴桑河（柴桑河外源污染防治+内源污染治理）、建设生态公园两部分组成，通过对柴桑河流域的生态环境进行综合整治，全面提升流域内生态环境质量，为保护柴桑河流域的生态环境，推进岷江生态经济区建设服务。

柴桑河截污干管二期工程主要包括污水管道、顶管工作井的填挖方及管道敷设、施工、检查井浇筑、道路破除恢复、沟渠破除恢复等建设内容。

顶管施工范围为视高镇柴桑河截污干管二期工程西侧WW8～WW24井段，顶管累计工程量942.1m。根据设计图纸，在顶进施工过程中，为了降低管道顶进阻力，需进行注泥浆减阻，本工程采用触变泥浆进行减阻。在每段顶管顶进施工完成后，为改善顶管中管壁周围被扰动土层松散的性状以及管道与土体之间的缝隙，需要进行回填注水泥浆处理。

1.2 工程重难点分析及对策

1、分析

(1)触变泥浆减阻施工工艺中，配置合格泥浆，是施工的重难点。

(2)确保管道回填注水泥浆密实度，是施工的重难点。

2、对策

(1)选择优质的触变泥浆材料，对膨润土、纯碱、CMC等材料进行取样，并进行触变泥浆的试配，选择最佳配合比进行触变泥浆的配置。

(2)注浆前，采用混凝土加膨化剂的方式封闭接收井处管道与土体之间的超挖部分，严格按照要求预留注浆孔，注浆过程中由低侧向高侧进行注浆，注浆直至最后一节管道通气孔出浆时，方可结束注浆。

2 触变泥浆减阻法

2.1 施工示意图

图1 注浆减阻示意图

2.2 泥浆配合比

泥浆拌制主要需要：膨润土、纯碱、CMC、水等材料。膨润土一般要求胶质价在80ml/15g以上，且蒙脱石含量≥60%，膨润土进场后，先进行胶质价的测定，根据胶质价确定相应配合比，见表1所示。

表1 触变膨润土泥浆配合比

2.3 泥浆拌制

泥浆的拌制要均匀，首先将定量的水放入拌和桶内；开动拌和机并缓慢投入膨润土等材料，拌和2～3min；搅拌7～8min，形成泥浆；拌制完成的泥浆排放入贮浆池内贮存10h进行发酵，使拌合材料发生充分的置换作用，形成稳定性良好，具有一定粘度、碱度的泥浆。同时，为防止贮存池内泥浆离析，应间歇性对贮浆池进行搅拌，制备合格的触变泥浆性能指标如下：

1、密度：泥浆比重为1.1～1.16g/cm3；

2、粘度：用漏斗粘度计测量粘度大于30s；

3、失水量：小于或等于25cm3/30min；

4、稳定性：泥浆应无离析水；

5、PH值：小于10。

2.4 注浆设备的组成

1、注浆泵：选用流量波动小，注浆压力平稳的机械。

2、搅拌器：应具备充分拌和泥浆的功能，具有所需要的供浆容量，每次配制时膨润土泥浆搅拌时间必须满足拌合要求。

3、储浆箱：为了保证注浆连续、充分，地面储浆箱尺寸：L×W×H=2.5×2.5×1=6.25m3，采用5mm厚钢板焊接而成。

4、注浆管路：总管选用Φ50mm的钢管，支管采用Φ25mm高压橡胶管，沿顶管横断面弧形布置。

5、控制阀：在每个注浆断面上均加设一组控制阀。

6、压力表：在泥浆出口处设置隔膜式压力表。

2.5 注浆孔设置

顶管主管沿线每间隔5m在管道承插口处设置注浆孔，成120°均匀布置，注浆孔大小φ32mm，采用水磨钻打孔，水钻钻头采用32mm*370mm。

2.6 注浆压计算

根据《顶管施工技术及验收规范》要求。泥浆注浆压力按照如下计算：

工地现场取P=（2～3）γH1

公式一：PA≤P≤PA+30kPa

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

存在卸力拱时：

公式二：PA=γw H1+γh0

式中：

PA——泥浆套顶部的水压力和主动土压力，kPa；

γw——水的重力密度，KN/m3；

D——管道的外径，m；

H——管道顶部以上覆盖土层的厚度，m；

φ——管道所处土层的内摩擦角；

h0——卸力拱的高度，m；

H1——土面或卸力拱以上的水柱高度，m；

C——土的内聚力，kPa；

γ——土的重度，KN/m3

根据现场施工显示，本次施工区域位于岩层中，故φ=35°，γ=21KN/m3，管道顶部以上覆盖土层的厚度按照平均值取5.6m,顶管专用管外径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，由于施工区域位于稍密卵石土层中，故没有C值。

根据公式一：PA≤P≤PA+30kPa

故压力为：36.84KN/m2，本次使用压力取整：PA=0.04MPa

2.7 注浆

本顶管施工方法采用膨润土减阻泥浆，经过地面压浆站的配制后，通过注浆压力泵压入注浆总管，总管选用直径为Φ50mm的钢管，从泥浆站直通机头，主管沿线每间隔5m设一个三通连接注浆支管，支管采用直接Φ25mm高压橡胶管，沿顶管横断面弧形布置，支管上设3个三通管，连接管壁上的预留注浆孔。顶管过程中安排专人交替打开注浆孔的阀门，不间断向管外壁注浆。

3 回填注浆

3.1 施工原则

主要以改善顶管中管壁周围被扰动土层松散的性状及管外壁与土体的缝隙为目的，使管道顶部及侧面增加抗压强度和粘结性，实现加固目的，保证以减少管道以上土体沉降，防止路面沉陷。

3.2 注浆孔的布置

根据设计图纸，本工程采用承插口混凝土管道进行顶管施工，注浆孔设置在混凝土管道插口上，通过两管道之间的间隙出浆，注浆孔呈120°，每间隔5m布置注浆孔，注浆孔大小φ32mm，采用水磨钻钻孔，见图2、3。

图2 注浆孔布置图

图3 注浆孔布置图

3.3 注浆设备的组成

1、注浆泵：选用YSH-6砂浆泵。

2、搅拌器：应具备充分拌和的功能，具有所需要的供浆容量，每次配制时间必须大于3min。

3、注浆管路：管道选用Φ32mm的塑料管，牛油嘴出浆。

4、控制阀：在出浆管道上设一组控制阀。

5、压力表：在砂浆出口处设置隔膜式压力表。

3.4 注浆材料

1、灌浆水泥

（1）回填灌浆采用P.O32.5普通硅酸盐水泥，出厂时间不得超过三个月。

（2）灌浆用的水泥必须符合规定的质量标准，不得使用受潮结块的水泥。为了防止中断灌注工作，水泥应有足够的储备。

2、灌浆用水

符合拌制混凝土用水要求（凡适宜于饮用的水，均可用以拌制），在夏季气温高时，拌浆用水的温度不得高于40℃。

3、外加剂

在灌浆过程中，遇用特殊情况，可在水泥浆液中掺入速凝剂、减水剂、稳定剂等批准的其它外加剂，各种外加剂的质量符合DL/T5148和DL/T5100的规定。

3.5 制浆

1、材料必须称量，称量误差小于5%，水泥按照标准袋装水泥重量计算，其他固相材料采用重量称量法。

2、浆液必须搅拌均匀并量测浆液比重，严格按照水灰比1:1的比列拌制浆液。用NB-1型泥浆比重计控制浆液浓度。

3、纯水泥浆液搅拌时间：在使用普通搅拌机时，应大于3分钟，使用高速搅拌机(转速大于1200r/min)不小于30s。浆液在使用前用过滤筛过滤。

4、浆液的温度保持在5℃～40℃之间，低于或超过此标准的浆液作废[1]。

3.6 注浆工程量

本工程在回填注浆施工工程量主要包含两方面：管道外侧25mm范围内超挖土体进行注浆；管道周围15cm范围内被扰动的土体进行注浆。在实际施工过程中，注浆工程量根据现场实际注浆量或流量表数据确定。

本工程注浆部位如表2。

表2 注浆工程量明细表

3.7 注浆施工

注浆前，采用混凝土加膨胀剂的方法封堵接收井及工作井处管道与土体之间的间隙，防止漏浆。注浆采用YSH-6砂浆泵，通过φ32mm塑料软管及设置三通与注浆孔上的牛油嘴相连（下部区域的2个注浆孔），注入土层，开始注浆时采用水灰比1:1的水泥浆，一段时间后，水泥浆已经填充附近土体较低位置的缝隙，这时灌浆压力按照设计的0.05MPa～0.1MPa慢慢升高，期间浆液浓度逐步加大[2]。

注浆按照孔布置情况，每5m为一注浆循环进行循，注浆压力不小于0.05MPa，以注满管壁周围缝隙为准，施工时注意观察压浆机上的压力表读数，压力不能超过0.1MPa，当出现灌浆压力或者耗浆量突然增大时，应立即查明原因，及时采取相应的措施，并报告监理工程师和质量控制技术人员。

在规定的压力下，注浆孔停止吸浆或者通气孔出浆时，延续注注10min即可结束，灌浆结束后，关闭注浆机出浆阀门，并收回注浆管。对被浆液污染的区域进行处理，待注浆完成4小时之后方可拆除孔口牛油嘴，用水泥砂浆加膨胀剂的方式将孔口堵塞。

3.8 注意事项

1、注浆过程中若因故中断时，应及早恢复注浆。中断时间超过30min后应清洗原孔后恢复注浆，若清洗孔仍不吸浆，则就近重新钻孔进行注浆。

2、回填注浆施工时整个过程技术员必须旁站，用NB-1型泥浆比重计对浆液进行检查，同时作好注浆详细记录，如发现异常情况时及时向监理工程师汇报。

3、注浆结束3～7天内，向监理工程师提交注浆成果资料报请审查并布置检查孔。

质量合格标准：采用钻孔注浆法，向孔内注入水灰比2:1的浆液，在规定的压力下，初始10min内注入量不超过10L，即为合格[3]。