摘要：顶管施工技术在城市地下综合管廊施工中的应用具有极大的优越性，但是对于长距离大口径顶管的施工，必须采用相应的技术措施来处理管壁与土层的摩擦阻力影响。本文结合西安市地下综合管廊雁南一路项目，对大直径顶管注浆减阻施工工艺及应用进行介绍，提出注浆减阻的系列措施，有效减小了顶管的摩擦阻力，提高了顶管施工的工效和施工质量，可为同类型工程提供借鉴。
关键词：顶管施工；注浆减阻；综合管廊；摩擦阻力
引言：顶管施工技术非开挖施工技术的一种管道施工形式，相对于开槽挖掘式施工，对施工场地周边的交通和环境影响较小，并且施工效率高，因此，被广泛应用于城市综合管廊建设中的非开挖施工。
在大直径长距离顶管施工过程中，由于管道四周受到土体的摩擦，从而产生摩擦阻力，进而影响了管道的前进，要尽可能的降低管壁外侧的摩擦阻力，以防止主顶顶力超过控制极限，而造成管材和工作井破损或主顶装置破损，触变泥浆减阻装置通过向管外壁压入触变泥浆，来降低顶进摩擦阻力。
目前实现顶管的长距离施工的技术保证措施，除了设置中继间外，更重要的是通过注浆工艺来减小管材与土壤的摩擦阻力。采用注浆工艺减阻、减阻后可以使顶距提高40%～70%。
在顶管施工中注浆作用机理主要为：一是起减阻作用，二是加固土体作用。泥浆能将管道与土体之间的干摩擦变为湿摩擦，从而减小顶进时的摩擦阻力。浆液在填补管道与土体之间空隙的同时，还可稳固土体，减小地表沉降。
1 工程背景
1.1 总体概况
雁南一路地下缆线管廊全长1185m，位于西安市雁塔区，为二环内老城区，管廊西起长安南路东至翠华路、沿翠华路向南至昌明路，整体呈“L”型布置，入廊管线分别为：电力电缆、通信线缆，廊体敷设于现状雁南一路道路机动车道北侧、翠华路道路机动车道南侧。
采用顶管法施工，沿线路前进方向共布置9口竖井。竖井长6.9～11.4m，宽6.9～7.4m，竖井基坑深度深12.3～18.7m。其中始发井3口、接收井3口、顶管完成后二次开挖施工节点井3口。顶管管道直径3.5m，外径4.14m，C50混凝土III级管。
1.2 施工区域划分及顶进顺序
雁南一路顶管施工整体划分为5个施工区域，配备两台顶管机进行施工，总体施工顺序为：
顶管机1：施工区5→施工区1→施工区4；
顶管机2：施工区2→施工区3。
各施工区长度如下：施工区1长309m；施工区2长384m；施工区3长150m；施工区4长132m；施工区5长134m。
图1 施工区划分示意图
2 材料设备计划
表1 施工主要材料一览表
表2 拟投入施工机械、设备一览表
3 泥浆减阻施工工艺技术
3.1 施工工艺流程
（1）清孔、连接注浆工艺管道：根据管道预留注浆孔的位置，布设注浆支管及主管，每个注浆口支管均设一控制闸阀。
（2）注入浆液：管道布设完成后，顶进过程中持续对管节背后进行注浆，注浆压力控制在0.4～0.8Mpa；
（3）泥浆置换：顶进施工完成以后，将1:1水泥浆压入管外壁与土层之间，将触变泥浆置换出来。
（4）封堵注浆孔：泥浆置换完成后立即采用封堵头封堵注浆孔，防止浆液流失。
（5）冲洗注浆管：泥浆置换完毕，应立即用清水冲洗注浆管，必须采取适当措施处理废水。
3.2 施工方法
本工程注浆采用触变泥浆，泥浆由膨润土、粉末化学浆糊（CMC）、纯碱和水按一定比例配方组成。
现场施工时，采用注浆管向管外壁压入触变泥浆。在被顶进的混凝土管材上预留4个注浆孔，注浆孔在管内90°均匀布置，注浆孔采用DN50不锈钢管带翼环在管节预制浇筑时预埋，顶管注浆过程中连接到主注浆管上，再用钢管连接到注浆泵上，泵的一端连接到储浆罐上。注浆孔中应设且有单向阀，防止注浆停止时，管外的泥会顺着注浆管流向管内，沉淀下来把注浆管堵塞。
顶管注润滑浆的工作压力严格控制在0.4～0.8Mpa，如果注浆压力过高反而会使顶力增大。
考虑顶管顶进过程中扰动土体。为防止地表沉降，顶进完成后即可对泥浆进行泥浆置换。置换浆液采用水泥浆，浆液配比为1:1，注浆压力控制在0.8～1.5Mpa，以起到减少地面沉降和管体稳固的作用。泥浆置换完成后应立即封堵注浆孔。
下图是在顶管管节上注浆孔设置、使用和封堵的情况。
图4 封堵注浆孔
3.3 技术参数
减阻用的主要材料是膨润土和水，膨润土，它的主要化学成份为SiO2、AL2O3、CaO、MgO、Na2O+K2O等。它的矿物成份主要是蒙脱石、云母、石英和少量高岭土等，膨润土在水中膨胀重量可增加6～7倍，经搅拌储存呈凝状，在有外力作用下呈流动状态，将其注入管外壳与土层之间，会大大降低管节推进的摩阻力。为增加膨润浆液的减阻性能，适量加一些如纯碱、纤维素（CMC）、缓凝剂等辅助原料。并且根据土质选择采用不同配比的触变泥浆，根据地勘报告，本工程顶管区间主要穿越古土壤和黄土层，触变泥浆的配方见下表。
调制浆液时，必须经过充分搅拌。搅拌的方式采用机械式搅拌，必须注意搅拌均匀。调制好的浆液用一枝木棍插入，木棍能自立于浆液中不倒则表明浆液制作完成。浆液搅拌好后须经3～4h存储，使膨润土颗粒充分吸水膨胀，达到下表中指标方可使用。
表3 触变泥浆的配方和性能指标
在顶进过程中，减阻泥浆的用量主要取决于管道周围的空隙的大小及周围土层的特性，由于泥浆的流失及地下水等的作用，泥浆的实际用量要比理论用量大得多，因此，施工过程中必须坚持“先压后顶、随压随顶、及时补浆”的原则做适当的调整。
泥浆注入有专人负责，对注入压力、注入量、泥浆配比等都应有详细的记录，这些都有待通过初始推进阶段试验以后再决定。
4 质量保证措施
（1）工程质量严格国家有关技术规范、规程、标准控制施工。
（2）成立工程项目经理为责任的质量管理小组，完善质量保证体系，严格按照质量体系中规定的责权要求运行。
（3）配料：采用准确的计量工具，严格按照设计配方配料施工。
（4）注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制在0.4～0.8Mpa，专人操作。当压力突然上升或从孔壁溢浆，应立即停止注浆，每段注浆量应严格按设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。
（5）注浆完成后，应采用措施保证注浆不溢浆跑浆。
（6）每道工序均要安排专人，负责每道工序的操作记录。
5 安全保证措施
（1）建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度。
（2）螺杆注浆泵及高压管路必须试运转，确认机械性能和各种阀门管路，压力表完好后，方准施工。
（3）每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定注浆压力位置。
（4）安装高压管路和泵头各部件时，各丝扣的联接必须拧紧，确保连接完好。
（5）注浆过程中，禁止现场人员在注浆孔附近停留，防止阀门破裂伤人。
（6）注浆时不得随意停水停电，必要时必须事先通知，待注浆完成并冲洗后方可停水停电。
（7）注浆施工期间，必须有专门机电修理工，以便出现机械和电器故障时能及时处理。
（8）注浆现场操作人员必须佩戴安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品，方可进行注浆施工。
结语：
通过分析顶管顶进过程千斤顶的顶力情况，发现注浆减阻的效果非常明显，因此，本工程顶管施工中所采用的泥浆减阻系统是有效的，注浆减阻施工工艺减小了顶管施工过程中所需的顶力，减少了长距离顶管中继环的使用数量，同时注浆的填补支撑作用防止顶管施工过程土体变形的风险，提高了顶管施工的施工工效和施工质量。
参考文献
[1]刘小华.关于市政给排水施工中非开挖顶管施工技术的探讨[J].建材与装饰. 2017(18)
[2]徐朝晖,郑全兴.长距离大口径钢管顶管施工质量控制[J].山西建筑.2009（32）
[3]滕明纯,杨麦丽.市政工程施工中顶管施工技术运用实践[J].企业技术开发.2016(18)
论文作者:杨雅伟,盛光鑫,惠昆勃,祝永辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/18
标签：注浆论文; 泥浆论文; 顶管论文; 浆液论文; 摩擦论文; 阻力论文; 管道论文; 《基层建设》2019年第23期论文;