1、顶管出洞注浆加固施工技术探讨摘要：本文根据工程实例，叙述了顶管进出洞注浆施工（SRF 法）加固处理的施工工艺，可供同类工程借鉴。 关键词：顶管工程；注浆加固；软基处理 中图分类号：TU74 文献标识码： A 文章编号： 1、前言 顶管施工技术是目前在市政给排水工程中应用比较成熟的一门技术，但是因地质条件原因，顶管施工时各类软土加固技术依然是困扰顶管施工的难题。特别是顶管工具头进出洞时，如果洞口土体强度不足且未进行加固，可能会导致大量土体和地下水涌入工作坑，造成工作周边地表出现大面积的沉陷，严重的将会出现安全、质量事故；反之，如果进洞土体加固强度过高、过长，又会给顶进和刀盘切削土体带来困难，进而
2、影响施工进度和质量。因此，顶管施工进、出洞段软弱土体加固处理是十分必要的。 2、工程概况 某市政排污工程采用顶管法施工，管径为 DN1200DN2000，管道埋深 512m。尽管在工作井布置时充分考虑了选择在较好地质条件位置，但由于工程条件限制，部分工作坑还是设置在地质条件较差的部位，必须对顶管工具头进、出洞区域进行加固处理。下图为一个典型的工作井的最不利情况，施工管道完全位于淤泥质土层中。 图 1 工作坑地质情况示意图 3、土体加固的方案选择 施工管道位于的淤泥质土呈软塑或半流塑状态，天然含水量较大，具有变形量大，强度低等特点，地质报告显示该层土体物理力学参数见下表： 淤泥质土主要物理力学参
3、数表表 1 由于土的承载力差，不但后背墙的承载力达不到设计要求，而且顶管始发拆除封门时会出现涌泥现象，特别重要的是，在此类土质中，顶管工具管穿墙初期，极可能会产生机头“叩头”下栽现象，因此必须进行加固。 土体加固可采用有注浆法、旋喷法、深层搅拌法等多种形式，加固时须考虑土的摩擦角、土体渗透系数、渗水量和标准贯入值等物理力学参数。本工程加固时还必须考虑增加后背墙土体的承载力和工程成本。根据实际情况，加固区土质为淤泥质土，该土表现为松、软、承载力低、颗粒细、塑性流动等特点，在这样的软土中采用注浆加固、渗透注浆方法是不现实的，只能是劈裂注浆。本工程进出洞口土体加固方案选用软土分层注浆施工（SRF 法
4、） 。 SRF 注浆是一种劈裂注浆施工工法，主要是利用浆液在压力作用下，似利斧劈入土层，浆液在劈入土层过程中，并不与土体混合，而是以二相存在，同时产生充填效应、挤压效应、扩散效应、骨架效应和离子效应等，达到注浆加固土层的效果。它可适用于渗透性较差的粘土或淤泥质土。 4、加固区域的确定 1)后背墙加固长度要求确定 后背墙在水平力作用下加固区域可按土体水平荷载的塑性区理论公式计算： 式 (1) 式中：-土体最小加固长度，m； 式中：- 千斤顶顶力在后背墙上推算的均布荷载，KN/m； -千斤顶顶力 KN；A-组合后背墙的面积 m2； 基坑深度,m； 土的粘聚力，KPa； 土的容重，KN/m3； 土的
5、内摩擦角，。 按上式计算，本工程一般在 1.5m 至 2.5m 之间。 2)进出洞部位加固范围按经验取值 根据经验，在淤泥质土中加固范围采用理论计算值一般偏小，尺寸过小也无法施工，因此按经验取值：顶进方向加固长度为 2D（D 为管径） ，竖直方向加固范围：管顶以上 1.5D，管底以下 1D，顶管壁左右相侧加固宽度不小于 1D。 本工程具体加固范围取值如下：顶进（出洞）方向加固长度为2.54m，上部加固高度取 2.04.0m，下部加固高度取 1.5m，管壁的左右两边加固宽度取 1.52.0m。 以上两方式比较，加固区域可按经验取值。具体加固范围详见下图。5、工艺参数选定 软土分层注浆施工在工作井
6、、接收井完成后进行，采用地面打孔注浆的施工方法。 1)钻孔布置 钻孔平面布置采用梅花点，如图 2 所示，纵横间距为500mm1000mm，孔径为 110mm。钻孔深度按顶进管下 1m 确定，钻孔超深50cm。施工时跳孔间隔作业。 2)注浆压力 0.5-1.0MPa。 3)浆液采用普通硅酸盐 P42.5 级水泥，采用级以上磨细粉煤灰，水灰比 1：1。需要时可掺入 1-3%的水玻璃作为速凝剂。 4)实行间断分层注浆，注浆范围为管下 1m、管上 2m，顶管部分采取空桩处理。 5)注浆采用压力控制和每分钟注入量进行控制。注浆采用分层注浆，分层高度 50cm，分 7 次压浆完成，注浆间隔 4h。 6)封
7、孔泥浆，采用粘土浆液，水：干土重量比=1：1.6，浆液比重1.6 g/cm3，一般控制在 1.641.66 g/cm3,浆液粘度大于 80。 6、施工工艺 1)施工工艺流程及步序 2)主要施工工艺 钻孔 采用 XY100 型桩机钻进成孔。孔位充许误差20mm，钻孔重直度充许误差小于 1%，孔深误差100mm。钻孔时采用顺序成孔，跳孔注浆工艺。 灌入封闭泥浆 在钻孔完成后采用 SDY-50 注浆泵通过钻杆向孔向注入封闭泥浆，直至孔口返浆方可提杆。当提杆至中间深度时应二次补浆。 插入塑料袖阀管 插入塑料阀管到设计深度。阀管下端部有管塞，管中应逐段加入清水，以增加重量，减少弯曲。塑料阀管每一节均应作
8、检查，要求管口平整无收缩，内壁光滑。事先将每 6 节塑料管对接成 3.5m 长度，每一节螺纹必须旋紧。 插入注浆芯管 待封闭泥浆凝固后，在塑料阀管中插入双向密封注浆芯管。注浆芯管的聚氨酯密封圈使用前应进行检查，应无残缺和大量气泡现象，上部密封圈裙边向下，下部密封圈裙边向上，而且要抹上黄油。 注浆按设计配方用 SM200-1 外循环高速拌浆机拌和浆液。 将配制好的浆液送入 SS-400 搅拌式贮浆捅，在进入口应用过滤筛网，以保证浆液中无大颗粒，当桶内贮满浆后可以开始注浆。搅拌时间不小于 3min。 启动注浆泵，浆液从泵中压出经自动记录仪，再进入注浆芯管，浆液冲破塑料阀管外的橡胶套和封闭泥浆后进入
9、被加固土体。注浆时采用0.8-1.0MPa 压力劈开橡胶单向阀，然后降压至 0.5MPa 由下至上按每层0.50m 一节逐层注浆。注浆流速控制在 15L/min 以内。同时注意每节注浆量应基本一致，当每分钟注入量达到要求后停止注浆。 封孔 注浆完成后，将注浆管拨出，用清水冲洗塑料阀管中的残留浆液。采用 C20 细石子砼对上部空孔段进行封闭。 图 5DRE 型双向封隔器注浆芯管 7、注浆效果检查 该工程采用分层注浆法对顶管进出洞管段进行加固，共加固工作井管段 10 处。施工中未发生串浆、返浆现现象。通过对注浆后的土体进行力学试验检查，加固效果达到预期。具体加固结果如下： 淤泥质土加固前后主要物理
10、力学参数对比表 表 2 8、结语 1)顶管施工中的进、出洞区段软弱土体应进行加固，地基加固可有效解决顶管穿墙初期的质量问题，确保了管道顶进的顺利实施。 2）进、出洞区段软弱土体加固范围可按经验考虑，加固长度为2D（D 为管径） ，深度管顶 1.5D，管底 1D，且加固尺寸不宜小于 1 米。 3）对于淤泥质粘应选用劈裂注浆施工工艺，其注浆加固的强度不宜过大，浆液水灰比以 1：1 为宜。 4)顶管注浆中采用粉煤灰+水泥浆代替水泥浆，尽管加固土体强度有所下降，但对顶管施工是适宜的，可节省工程费用。 参考文献： 1、中国非开挖技术协会， 顶管施工技术及验收规范（试行） M，北京： 人民交通出版社，2007。 2、何宇光、陈春茂， 顶管进出洞设计与施工技术探讨 J，中国市政工程，2004， （2）：6264。
