浅谈土压平衡式矩形顶管注浆控制

　　摘 要：本文着重介绍了南京水西大街纪念馆段明园地下过街人行通道的矩形顶管注浆施工质量控制，简要说明了土压平衡式矩形顶管注浆量及注浆压力在施工过程中的技术要点。

　　关键词：城市地下过街人行通道,矩形顶管,触变泥浆作用,压浆方法

　　1 概述

　　近年来，随着城市建设的快速发展，交通运输对城市建设发展的作用更加凸现。发展与建设的推进，要求城市解决更多的地下人行通道，如地铁车站的进出口的过街人行隧道、地下过街人行通道等，这类地下工程的发展，加上隧道掘进技术的日益提高，许多地下通道结构的断面是越做越大，同时为了提高地下空间的利用率和成本节约，地下通道断面以矩形，最为经济。因此矩形顶管的应用对于进一步的城市建设具有重要意义，并有十分广阔的应用前景。

　　水西门大街纪念馆段明园地下通道利用土压平衡矩形顶管机进行顶进施工，土压平衡式矩形顶管机全采用断面切削泥土，保持土压平衡，对周围土体扰动小。为减小土体与管壁间的摩阻力，控制好地面沉降，提高工程质量和施工进度，在顶管顶进的同时，向管道外壁压注一定量的润滑泥浆(触变泥浆)，在管道四周形成一圈泥浆套以达到减摩效果;在施工期间要求润滑泥浆不失水，不沉淀，不固结。

　　2 注浆作用

　　目的是降低管壁与土间的摩擦阻力从而降低顶力值。触变泥浆润滑是目前延长顶距的主要措施和首选。将触变泥浆灌注在管外围，使管道在泥浆套中前进，可降低顶力值50%～70%。

　　采用触变泥浆的最大优点是大幅度降低顶力值，而且还能利用泥浆的压力防止塌方，发挥液态支撑作用。因此，在顶管施工中均采用触变泥浆润滑措施。此外泥浆减阻的原因是在管壁与土层间灌注泥浆后，管节处于悬浮状态，每米管节受到浮力为：

　　3 注浆系统

　　本工程注浆系统分为两套，一套为膨润土的拌浆系统;另一套为木碱(盾构专用处理剂)的拌浆系统。

　　膨润土拌浆系统由拌浆筒、存浆筒(方型2m*2m*高1.8m)、油泵、增压泵组成;木碱拌浆系统由拌浆筒、油泵、增压泵组成。

　　4 压浆孔布置

　　洞门密封圈的制作：为了防止泥浆从管节外壁和工作井之间的间隙中流出，而使水土流失造成地面沉降，同时影响触变泥浆套的形成而降低减摩效果，在洞门上预设阻浆密封装置。在洞门上边缘袜套上安装注浆管，注浆管伸入最内侧袜套内钢套环处20cm左右，向钢套环内注木硷和聚氨酯的

　　在管节内侧上、下、左、右每侧各2个注浆口，共计8个注浆孔，并具备排气功能，每个注浆孔安装阀门和注浆管，以防止注浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，关闭阀门经处理后可继续顶进。

　　5 管节减磨

　　① 压浆管路布置

　　压浆系统分为二个独立的子系统。

　　一路为了改良土体的流塑性，对机头内及螺旋机内的土体进行注浆;在矩形顶管机的机头壳体顶部安装压浆管，并开有压浆槽，使浆液均匀分布于整个上顶面，在土体和壳体平面之间形成一泥浆膜，以减少土体同壳体的摩擦力，防止背土现象的发生。(下图：压浆示意图)

　　另一路则是为了形成减摩泥浆套，而对管节外进行注浆。

　　②、压浆设备及压浆工艺

　　采用泥浆搅拌机进行制浆，泥浆要充分搅拌均匀，沉淀24小时后使用。 压浆泵采用HENY泵，将其固定在始发井口，拌浆机出料后先注入储浆桶，储浆桶中的浆液拌制后需经过一定时间方可通过HENY泵送至井下。

　　③、压浆施工要点:

　　a.压浆应专人负责，保证触变泥浆的稳定，在施工期间不失水，不固结，不沉淀。

　　b.严格按压浆操作规程施工，在顶进时应及时压注触变泥浆，充填顶进时所形成的建筑空隙，在管节四周形成一泥浆套，减少顶进阻力和地表沉降。

　　c.压浆时必须遵循“先压后顶、随顶随压、逐孔压浆、全线补浆、浆量均匀”的原则，注浆压力控制在0.5Kg/cm2左右。

　　d.压浆顺序：地面拌浆→启动压浆泵→总管阀门打开→管节阀门打开→送浆(顶进开始)→管节阀门关闭(顶进停止)→总管阀门关闭→井内快速接头拆开→下管节→接2寸总管→循环复始。

　　6 压浆量的计算(每节管节)

　　为了保证注浆效果，注浆量应取理论值的2～3倍。

　　Q=V×а

　　V=π(DS2-D02)×μ/4

　　V—计算空隙量，m3

　　а—注入率，

　　DS---开挖外径，m

　　DO----开挖内径，m

　　μ----掘进速度，m /h。

　　矩形顶管顶进过程中，对管节外壁注浆时情形

　　顶进施工中，保证持续、均匀地压浆，使出现的建筑空隙能迅速得到填充，确保顶管管道上部土体的稳定，避免机头发生"背土"现象。对出洞段管节上部进行注浆，随时填堵由于管节“背土”而出现的建筑空隙;当项管机机头后部已建成管道出现较严重下沉时，应对下沉部位进行底部注浆，防止地面沉降。

　　注浆前，应通过注水检查注浆设备，确定设备正常后方可灌注，注浆压力可按不大于0.1MPa开始加压，在注浆过程中的注浆流量、压力等施工参数，应按减阻及控制地面变形的量测资料调整。

　　7 双浆液置换

　　在顶管到达距接收井6m后，开始停止第一节管节的压浆，并在以后顶进中压浆位置逐渐后移，保证顶管进洞前形成完好的6m左右的土塞，避免在进洞过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升。

　　管节到位后然后通过第1、2节管节(自机头开始计数)的注浆孔向外压双液浆，封闭管节与洞门的空隙。双液浆需要全面、适当超量的压注，保证洞门的密封效果。

　　顶管机头吊出接收井后，随即进行砖头砌墙，将两头洞门与管节间的间隙封堵。注入双液浆，置换出触变泥浆，对管节外的土体进行加固。双液浆的水玻璃和水泥重量比为1：6。浆液置换结束后尽快将管节和工作井钢洞门用钢筋连成一体、浇注砼，和工作井内壁浇平。

　　8 结语与展望

　　矩形顶管适粘土、淤泥质粘土、粉质砂土及砂质粉土等地层中施工。特别适用于在不宜大开挖的错综复杂的各类地下管线下进行矩形断面的施工，保证地面建筑物不受损害。矩形顶管在南京的成功案例不下5例，说明矩形顶管适合南京的地质条件，值得在全市推广和使用。只要在顶管施工中把握住顶管的三要素，即：顶力分析与计算，触变泥浆减阻，后背的设计计算。

　　当然，其他的条件也不能忽略，以本工程为例，始发井分布12台千斤顶(每台千斤顶顶力200T，计2400T)，加触变泥浆减阻，实际所用千斤顶8个，每天顶进约4.5～6m。

　　一般条件下要求矩形顶管覆土层厚度不宜小于矩形断面的长边尺寸，覆土过小对矩形顶管施工带来不利的影响，有可能会造成地面变形严重，故浅覆土条件下矩形顶管的施工有着特别重要的意义，克服浅覆土施工对环境造成的不利影响也是未来研究的方向。

　　参考文献：

　　[1] 吕建中、楼如岳 城市交通矩形地下通道掘进机的研究与应用， 非开挖技术，2002。

　　[2] 周民强 顶管施工技术，甘肃水利水电技术,2005。

　　[3] 邓前锋 地下顶管施工引起沉降的分析与控制， 建筑施工，2005。

《浅谈土压平衡式矩形顶管注浆控制》

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