淤泥质粉质黏土地层钢筋混凝土管施工综合技术与工艺

淤泥质粉质黏土地层钢筋混凝土管施工综合技术与工艺

王伟 查显卫

中化学交通建设集团市政工程有限公司 246008

摘要：工程顶管施工穿越的地层均为淤泥质粉质黏土层，而淤泥质粉质黏土具有含水量高、压缩性高、灵敏度高、强度低、流塑状的特点。所以，如何在顶进施工各环节尽量减少对土层的扰动、如何通过注浆技术改进和顶力精细控制确保管道成型质量是本工程要解决的技术难题。同时，顶管设备选型及设计刀盘开口率以实现对地层、工效、安全最佳适应，顶力计算方法流程和参数的确定是解决难题、实现精细控制的关键。

关键词：淤泥质粉质黏土地层；钢筋混凝土管顶管；施工技术

引言：本文根据地质情况对刀盘的开口率进行调整，对切削刀头进行改良，使开挖面能够保持平衡，确保机头前方土体不坍塌，减少顶管施工对迎面土体的扰动，对顶管机刀盘进行改良改进的研究是本工程的重点；顶管穿越淤泥质粉质黏土层，孔隙比和含水量大，长期微振动扰动下或局部管节接口渗漏状态下造成水土流失，进而造成管道脱节淤堵现象。本文基于顶管施工现场试验，研究淤泥质粉质粘土顶管施工施工工艺。

一、触变泥浆技术研究现状

目前我国的钢管顶管技术在世界上处于领先地位，混凝土顶管技术也发展到较高水平，但是泥浆配制在现阶段没有统一的指标，具有随意性和不稳定性，国内各顶管公司基本都在自行摸索，但主要还是注重注浆工艺来达到技术要求，现代顶管施工中，浆液的作用越来越重要。 其作用主要包括：①减阻：浆液可将顶进管道与土体之间的干摩擦转换为液体摩擦，从而减少顶进摩阻力；②填补：浆液可填补施工时管道与土体之间产生的空隙；③支撑：在注浆的压力下，可减少土体变形，使管洞变得稳定。应用触变泥浆已经成为一个普遍且有效的减阻方法。

笔者依托郑州市红专路下穿中州大道顶管隧道工程，通过室内泥浆性能试验，研究了膨润土、CMC、纯碱和PHP四种材料含量的改变对触变泥浆性能的影响规律，并由此确定了触变泥浆的配合比。通过研究大直径、长距离顶管施工常通过注浆形成泥浆套来减小阻力，泥浆套的形态及其完整性对管壁摩阻力大小有决定性作用，现有摩阻力计算公式一般未考虑不同泥浆套形态对摩阻力的影响，计算结果与实际情况相差较大。

二、淤泥质粉质黏土地层钢筋混凝土管顶管施工综合技术主要内容

1.淤泥质粉质黏土地层顶管机设备研究

依据地层特性，综合施工工效、安全等因素，选用合适的顶管机；并通过刀盘结构设计选型，设置合适的开口率，以适应流塑状软黏土，避免超排或滞排引起对土层过大的扰动。

2.淤泥质粉质黏土地层长距离顶管顶力测算

对迎面水土压力、管壁侧摩阻力进行研究，分析出适用于软黏土地层中埋深不大的顶管顶力计算方法和计算参数，并应满足后背墙稳定验算和管材允许顶力验算的要求，结合当地和其他地区类似施工经验，本课题进一步结合实测数据，对注浆工艺、摩阻系数等进行分析总结，形成对类似工程的成熟理论支撑。

3.减阻泥浆技术研究与参数反算应用

研究同步注浆与跟踪补浆相结合的减阻泥浆技术，形成以每延米顶力增长控制值为直接依据，确定是否需要及时补浆或提高频次，并通过注浆量、注浆压力的精细控制，大大提高一次顶进距离的同时减少对软弱地层的扰动。

三、淤泥质粉质黏土地层钢筋混凝土管顶管施工综合技术研究

1. 富水软黏土地层顶管同步注浆、跟进补浆设备与工艺

（1）注浆泵选用BM160三活塞式泥浆泵，用于沿线补浆。顶管机尾设置同步注浆站，包括螺杆泵，3m³储浆罐，向机尾后3节混凝土管外压注泥浆。

（2）注浆主管每隔60m设1只不锈钢隔膜式压力表(量程0～2MPa)机尾设一注浆泵和储浆管，用于向机尾和后续的三节顶管进行同步注浆。

（3）注浆原则是注浆时必须保持“先压后顶、随顶随压、及时补浆”，根据顶力情况及时补浆，使摩阻力控制在最佳值。当实际减磨的效果大于fk=2.5kN/m2时，必须及时增加补浆频次和补浆量，必要时(如在粉质或砂质含量较高的地层)改变触变泥浆的成分，在润滑剂材料中掺入聚丙烯胺高分子材料，改善润滑效果。

2. 管道线型、轴线偏差控制和纠偏技术

有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测，确保测量万无一失。必须保证顶进过程中布设在工作井后方的测量支架的稳定性，必须定时复测并及时调整。顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10′～20′不得大于0.5°，并设置偏差警戒线。初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。开始顶进前必须制定坡度计划，对每米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。

（1）顶管线型纠偏

顶管施工过程中应做到严格控制机头姿态与设计轴线偏差，当趋势偏差接近规范允许值及时缓慢纠偏。纠偏工作贯穿在顶进施工的全过程，必须做到严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏。

（2）纠偏系统。顶管机纠偏系统位于机头部位，有四个纠偏油缸，纠偏时，通过控制各个纠偏油缸的伸缩，使纠偏油缸活塞杆的合力推动纠偏段朝机身段偏斜的相反方向转过一定的角度，这时纠偏段和机身段之间的环形超挖间隙发生变化，机头的顶进阻力便失去原有平衡，在后方顶推力和土压力的共同作用下，迫使机身段和后续管道向纠偏段偏转的方向前进。

（3）纠偏控制过程。操作手通过观察安装于机头后部示位标靶上激光光点的坐标确定机头的偏差，通过机头纠偏段确定需进行纠偏的角度，然后查阅纠偏油缸行程与纠偏角度对应关系表，调整纠偏油缸行程对机头进行控制。机头的纠偏效果是否有效，要随管道的顶进，持续观测示位靶的激光坐标来验证纠偏效果。

3.各顶进参数协调控制与技术管理

（1）顶管机顶进的理想状态是迎面土体处在主动土压力状态，对于淤泥质粉质黏土等软黏土而言，实际施工时处在主动和被动状态之间，针对本研究地层通过对顶进压力控制及地面沉降观测来调整检测应面土压力的状态，以最合理的顶力和顶进速度状态高效完成淤泥质粉质黏土地层顶管施工。

（2）为提高淤泥质粉质黏土地层顶管施工的一次顶进距离，减少或避免中继间的使用，采用同步注浆和跟踪补浆相结合的减阻泥浆技术，遵循“先注后顶、随顶随注、及时补浆”的总原则；将同步注浆、跟踪补浆设置为两套相对独立的系统，分设流量计、压力计；在以淤泥质粉质黏土等软黏土地层中，主注浆量约为理论空隙的1.5倍，同步注浆加跟踪补浆的总量分摊到每单位管节面积平均用浆量为0.05m³/m²；通过观测出渣量了解注浆的需求量。

（3）针对淤泥质粉质黏土地层的地质性质，顶管机的机头开口率及顶进过程中的顶进速度、刀盘转速应合理控制，合理的参数控制直接影响到顶进前方的地面变形和注浆系统的工作效率，同时每节顶管的贯入度也将直接影响到刀盘的扭矩。

结语：

本文通过现场的实践及不断调整优化最终在各项施工工艺工法得到有效提高，注重在顶管施工过程中泥浆减阻技术的不断升级优化使得顶管长度得到有效提升，同时也为相关类似地质的顶管减阻提供一定的参考价值。

参考文献；

[1] 李梓文. 淤泥质粉质黏土层顶管施工验算及技术措施[J]. 城市建筑,2020,5(17):128-129.

[2] 魏 纲，黄志义，徐日庆，等. 顶管施工引起地面变形的计算方法研究[J]. 岩石力学与工程学报,2005,11(24):5808-5815