顶管施工注浆减阻技术探讨|水泥浆|注浆减阻|管壁|钢管|顶管施工

余姚市尾水排海延伸工程海域管线工程主要由排海调压井、放流管、扩散管及上升管组成，其中调压井1座，DN2000放流管和扩散管全长约1765m。本工程放流管和扩散管，管中心标高为-23.0m，管顶覆土厚度17.5~25.33m，采用D2020×26螺旋焊接钢管，钢管接头采用电焊对接，钢管外壁防腐采用双层熔结环氧粉末涂层，顶进采用泥水平衡顶进方式。

如何降低顶力？怎样避免使用中继间？

一、工程地质

本工程施工区域原为滩涂区域，涂面大致东南高、西北低，地势较平坦，向钱塘江倾斜，起伏不大。沿线穿越的土层以3-1层淤泥质粉质黏土为主，北段零星分布2-4层粉细砂，2-5层粉土夹粉砂，3-1夹层淤泥质粉质黏土混粉砂。该顶管主要下穿的构筑物有十一横塘江和十一塘。

二、注浆减阻措施

该工程顶管管径2.0m，一次性顶进1765m，属于大直径超长距离一次性顶进工程。理论计算顶进后期顶力过大，中继间启用后，施工效率将降低为1/3（6m/24h），且顶力过大时管道有变形的风险。为保证工程顺利进行，需要根据不同的顶进阶段、不同部位制定不同的注浆方案。

1.触变泥浆套的形成与作用

触变泥浆通过管道上的注浆孔压入管道与土体之间空隙后，不断向周围扩散，然后横向和纵向相互连通，形成一层环抱钢管的泥浆套。泥浆套将管壁和土体隔离开来，消除土体的摩擦阻力。而触变泥浆与管壁之间的摩擦系数大大小于管壁与土体之间的摩擦系数，因此，施工过程中如何形成和保持泥浆套的有效性是减阻的关键。

注浆料设计时，主要的技术要求有：足够黏度、化学稳定性、小的水流失量、良好的触变性。

2.注浆料拌制与发酵

根据地质勘查资料选取合适的膨润土，依据膨润土的性能指标、拌和水的化学指标、施工经验等，按照质量比1：50进行配置。但是，随着穿越土层的不同需要调整，调整原则为：注浆管道越长浆液越稀，砂性土质要比淤泥质土更浓。搅拌桶内首先注入清水，拌和水必须经过检测合格后使用，以避免浆液失效，开动搅拌设备，不断倒入膨润土，连续搅拌20~30min，再注入发酵池备用，发酵时间不低于8h，且不超过24h。

3.注浆孔制作

注浆孔沿管道呈120°均匀布置，每节管道布置3个注浆孔，即注浆孔纵向间距6.0m（管道尾部会放宽至18.0m）。管道壁厚26mm，用成孔工具钻出螺纹后，将带有单向阀的DN25mm短节旋入钻孔，安装注浆管和阀门，每个注浆孔必须单独设置阀门，以提高注浆效果。

注浆孔的布置间距需要根据不同位置进行调整，控制在顶管机尾部20m范围内，为提高注浆效率，应加密间距为3.0m。

4.注浆施工工艺

注浆施工工艺流程如图所示：

（1）在顶进过程中，注浆整体分为盾尾部分和补浆部分。盾尾10~20m长度范围内由于机头的直径略大于管道的直径，使得管壁与土体产生空隙，因此，必须及时注入浆液，以减少前期沉降，并且起到更好的润滑作用。

（2）随着机头的前进，前期注入的浆液一部分会被管道带走，一部分会被地下水带走，所以，必须不断补浆，以保证泥浆套的持久性。

（3）通常情况下，顶管过程中注浆量为空隙体积的4~5倍，本工程机头外径2060mm，管道外径2020mm，每节理论注浆量为3.07~3.84m³。

（4）管道顶进完成后，必须注入适量的水泥浆置换泥浆套，由于机头无法取出，需要压注水泥浆，防止后期泄露。

5.注浆控制要点

（1）初次注浆。泥浆套形成的关键阶段是管壁与土体之间间隙刚形成的一段时间。如果浆液不能快速填充空隙，土体会很快膨胀填充空隙包裹管道，增加后期注浆压力，且浆液也会与土体混合，降低泥浆套的润滑效果。因此，当顶进超过500m以后，需要在机头位置启用中继注浆泵和临时储存浆液的储浆池。

（2）及时补浆。本工程由于管道很长，注浆压力在管道内损失较快，虽然可以适当将注浆压力提高到0.4-0.5MPa，但如果控制不当，管道前端压力不足，将无法完成补浆。补浆必须由专业师傅进行精准注浆，即设置注浆总阀门、每节的分阀门、每个注浆孔的阀门，每次每个注浆孔补浆2~3min。前期补浆间隔在2~3d，稳定后间隔3-5d，在穿越含砂量高的部位时，必须增加补浆次数。

（3）实时调整。穿越海塘时，提高泥浆套的质量可以降低管周摩擦力，减少钢管的背土效应，但是，过多的注浆又会增加施工完成后的沉降，因此，此部位需严格控制注浆量。靠近工作井的部位应减少注浆，防止浆液沿管壁外流，由止水部位溢出。长时间停工再启动时，必须先进行补浆，防止重启时顶力过大，本工程由于台风影响暂停两次，虽然停工期间保证了补浆，但重启时顶力仍明显增加。