上海煤氣第二管線工程有限公司 王可棟

工程建設(shè)灌漿工藝探討

上海煤氣第二管線工程有限公司 王可棟

敘述了燃?xì)夤艿栏滦迯?fù)中的灌漿相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及道路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的管道灌漿相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的情況，列舉了引水工程、天然氣長輸管道工程中幾則灌漿案例，提出對燃?xì)夤艿朗┕ぶ泄酀{的相關(guān)建議。

灌漿 燃?xì)夤艿?隧道

0 前言

2011年我單位牽頭承擔(dān)了住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科研項(xiàng)目《城市高壓燃?xì)夤艿篱L距離穿越江河非開挖關(guān)鍵技術(shù)研究》(2011—K3—27)，該項(xiàng)目以上海浦東—長興島—崇明島天然氣過江管道工程(分兩次穿越長江，穿越長度分別為7.5 km和8.2 km)為研究目標(biāo)，對長距離小型盾構(gòu)隧道中天然氣管道安裝技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，研究過程中我們遇到了隧道內(nèi)如何灌漿的問題(在隧洞與燃?xì)夤艿篱g填充材料)。

2013年2月1日上海燃?xì)馐斜变N售有限公司發(fā)布了企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《聚乙烯燃?xì)夤艿来┕荑偨庸こ碳夹g(shù)規(guī)程》(Q/NSGB 001—2013)，我單位認(rèn)真組織公司技術(shù)人員進(jìn)行了深入學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)該規(guī)程中有關(guān)于管道內(nèi)灌漿的圖示(該規(guī)程中圖7—2，插入管與舊管之間環(huán)形空間填充了泥漿，見圖1)。

圖1 規(guī)程中圖7—2(限位器施工示意)

筆者對以上兩種灌漿工藝進(jìn)行了相關(guān)性思考，嘗試對工程建設(shè)中的一些灌漿工藝進(jìn)行敘述。

1 燃?xì)夤艿栏滦迯?fù)中的灌漿

1.1 灌漿的工程實(shí)例

2009年進(jìn)行了浦三路(白蓮涇橋—浦東南路)天然氣改造排管工程，該工程采用非開挖舊管中穿插新管的工藝敷設(shè)天然氣OD250PE管，敷設(shè)管道南起白蓮涇，沿浦三路經(jīng)東方路、臨沂路至浦東南路。建設(shè)方要求，在穿管后向原DN500鑄鐵管內(nèi)注入泥漿，泥漿主要有水泥、粉煤灰、膨潤土、水等組分。

施工過程主要為：

(1)在原DN500鑄鐵管兩端斷管位置安裝專用注漿套筒；

(2)注漿材料攪拌混合；

(3)從一端以較小壓力通過泵送設(shè)備將泥漿緩慢注入DN500鑄鐵管內(nèi)，待另一端注漿套筒可見泥漿后停止注漿，放置一段時間使泥漿通過自身流動均勻填充管內(nèi)；

(4)再次通過泵送設(shè)備向DN500鑄鐵管內(nèi)注入泥漿，填充管內(nèi)空隙，待另一端注漿套筒內(nèi)泥漿溢出后停止注漿；

主要技術(shù)參數(shù)為：注漿流量、注漿壓力、漿液配比。

1.2 灌漿相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范

對燃?xì)夤艿拦こ讨锌赡芘c灌漿工序有關(guān)的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行了查閱：《城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿婪情_挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 147—2010)中有，“3.1.13插(襯)入的聚乙烯管與在役管道兩端點(diǎn)環(huán)形空間應(yīng)采用柔性透氣填料封堵?！?/p>

《聚乙烯埋地燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》(DGJ 08—80—1999)、《城市煤氣、天然氣管道技術(shù)規(guī)程》(DGJ 08—10—2004)、《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》(CJJ 33—2005)中未見到對灌漿工序的相關(guān)要求。

《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028—2006)中有，“6.3.9 燃?xì)夤艿来┰借F路、高速公路、電車軌道或城鎮(zhèn)主要干道時應(yīng)符合下列要求：套管兩端與燃?xì)夤艿拈g隙應(yīng)采用柔性的防腐、防水材料密封，其一端應(yīng)裝設(shè)檢漏管。”

《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)中有，“6.3.9 在各管段端口，插入管與舊管之間的環(huán)形空間應(yīng)采用柔性材料封堵?！?/p>

通過以上標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的查閱，結(jié)合具體施工過程，存在以下疑問：

(1)燃?xì)夤艿栏滦迯?fù)中的插入法中插入管與舊管之間是否需要灌注水泥漿液；

(2)灌漿前灌漿材料選擇、灌漿設(shè)備選擇、灌漿工藝確定；

(3)灌漿過程中，灌漿壓力、灌漿量、漿液配比等技術(shù)要求；

(4)灌漿后，灌漿質(zhì)量的檢驗(yàn)方法以及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

帶著以上問題，筆者查閱道路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的管道灌漿相關(guān)資料，尋找答案(主要是考慮到預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中孔道灌漿與燃?xì)夤艿啦迦敕ㄖ泄艿拦酀{的情況類似)。

2 道路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的管道灌漿

在道路橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系中，管道灌漿的作用主要有3點(diǎn)：

(1)保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼筋不外露而遭銹蝕，保證預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全；

(2)使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土有良好的黏結(jié)，保證它們之間預(yù)應(yīng)力的有效傳遞，使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土共同作用；

(3)消除預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載作用下應(yīng)力變化對錨具造成的疲勞破壞，延長錨具的使用壽命，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。

管道灌漿質(zhì)量的好壞，將直接影響整個預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，管道灌漿是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中的一道關(guān)鍵工序，2001年交通部將后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實(shí)問題列為了公路橋梁建設(shè)中十大質(zhì)量通病之一。

2.1 灌漿的工程試驗(yàn)案例

2011年，中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)院與湖北荊岳長江公路大橋建設(shè)指揮部對管道灌漿技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，采用3種灌漿料(4組配合比)，通過30 m矩形梁(梁內(nèi)設(shè)置豎向大彎曲半徑預(yù)應(yīng)力管道)和320 m超長平面管道灌漿試驗(yàn)，開展現(xiàn)場灌漿工藝研究，優(yōu)選流動性、勻質(zhì)性好和微膨脹的高性能管道灌漿材料，對灌漿工藝進(jìn)行優(yōu)化。

試驗(yàn)選用4組配比灌漿料：

產(chǎn)品A——國外某品牌預(yù)拌灌漿料，水灰比0.27，主要用于預(yù)應(yīng)力管道灌漿。

產(chǎn)品B1——現(xiàn)場拌制灌漿料，其水灰比0.32，采用黃石P·O 42.5級低堿水泥，用量為1 360 kg/m3；水用量為435 kg/m3；外加劑為聚羧酸高效減水劑，用量為13.6 kg/m3。

產(chǎn)品B2——現(xiàn)場拌制灌漿料，其水灰比0.37，采用黃石P·O 42.5級低堿水泥，用量為1 314 kg/ m3；水用量為486 kg/ m3；外加劑為聚羧酸高效減水劑，用量為13.14 kg/ m3。

產(chǎn)品C——湖北中橋科技有限公司生產(chǎn)的預(yù)拌灌漿料(CHIDGECG—100)，水灰比0.27，具有高流動性、低黏度、無泌水、微膨脹的特性。

試驗(yàn)采用真空輔助灌漿工藝和傳統(tǒng)灌漿工藝，對4種管道灌漿料開展矩形梁模型試驗(yàn)和超長預(yù)應(yīng)力索模型試驗(yàn)，對比研究不同產(chǎn)品的流動性能和填充預(yù)應(yīng)力管道的能力。其中，矩形模型梁為C30現(xiàn)澆，設(shè)計(jì)長度為30 m，截面尺寸為150×75 cm，埋設(shè)10根金屬波紋管。超長預(yù)應(yīng)力索模型是根據(jù)場地坡度挖設(shè)長320 m，截面尺寸為120 cm×40 cm的“U”形地槽，制作4根長320 m預(yù)應(yīng)力波紋管埋設(shè)其中，置于地溝截面中心位置，內(nèi)穿預(yù)應(yīng)力鋼絞線，見圖2。

圖2 超長管道模型

試驗(yàn)人員對4種材料的凝結(jié)時間、流動度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、泌水率、膨脹率等性能指標(biāo)進(jìn)行對比。

試驗(yàn)結(jié)論：傳統(tǒng)灌漿料在灌漿過程中易分層、泌水，導(dǎo)致灌漿不密實(shí)。預(yù)拌灌漿料(CHIDGECG—100)具有無泌水、高黏、大流動性的特點(diǎn)，便于灌漿施工。

顯而易見，在孔徑相對較小的預(yù)應(yīng)力孔道中要求灌漿料具備低泌水、大流動性、不分層等特性，進(jìn)而保證灌漿密實(shí)、飽滿。那么在燃?xì)夤艿栏滦迯?fù)穿管法中(如果設(shè)計(jì)要求灌漿)，同樣要求在灌漿過程中不分層、充滿死角、具備較大抗壓強(qiáng)度和較低的質(zhì)量，由于施工中受灌漿設(shè)備選取、施工條件、灌漿材料配制、灌漿工藝、施工人員技術(shù)水平及責(zé)任心等多種因素影響，往往出現(xiàn)諸如泌水、分層、空洞等質(zhì)量缺陷，對于這些質(zhì)量缺陷應(yīng)采用必要的檢測方法和儀器進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.2 灌漿相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范

對道路橋梁工程中與預(yù)應(yīng)力管道灌漿工序有關(guān)的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行了查閱：

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50—2011)中7.9節(jié)后張孔道壓漿及封錨對灌漿工序有較為詳細(xì)的規(guī)定，明確規(guī)定了原材料、漿液性能、灌漿設(shè)備性能、灌漿前準(zhǔn)備工作、灌漿過程控制等方面的要求。明確要求形成以下施工記錄：灌漿材料、配合比、灌漿時間、攪拌時間、初始流動度、漿液溫度、環(huán)境溫度、穩(wěn)壓壓力及時間，采用真空輔助灌漿工藝時要求真空度。規(guī)范對漿液流動度試驗(yàn)及漿液自由泌水率和自由膨脹率試驗(yàn)提出了具體要求,但是未對灌漿質(zhì)量的無損檢測提出明確要求，只提到了漿液的充盈度試驗(yàn)。

《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》(GB 506666—2011)同樣對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿工序在材料、設(shè)備、工藝參數(shù)等方面給予了明確要求。在質(zhì)量檢查方面該規(guī)范要求有水泥漿的稠度、泌水率、膨脹率、灌漿記錄和水泥漿試塊強(qiáng)度。

2.3 灌漿質(zhì)量缺陷的檢測

道路橋梁中預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在張拉、錨固、壓漿（灌漿）、養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，要對灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢測。國內(nèi)外對此相繼開展了一些研究， 多數(shù)采用無損檢測技術(shù)， 主要包括中擊回波法(IE)、表面波頻譜成像法(SASW)、超聲波成像法(UT)、探地雷達(dá)法(GPR)、超聲相陣法等。各種檢測方法的原理、范圍、精度等不同，適用對象和范圍也是不同的。

如果設(shè)想將預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中灌漿質(zhì)量無損檢測技術(shù)引入到燃?xì)夤艿栏滦迯?fù)中灌漿（假定設(shè)計(jì)要求灌漿）工序中的話，那么無損檢測設(shè)備的布置和如何正確使用將是問題，燃?xì)夤艿缆裨O(shè)在地下，這與預(yù)應(yīng)力構(gòu)件放置在制造廠地面上或模板支架上不同，無損檢測儀器布置到正確位置并正常工作對現(xiàn)場可布置空間提出了要求。

3 其它幾種“灌漿”

除了上述燃?xì)夤艿栏滦迯?fù)中灌漿以及道路橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系的灌漿之外,在引水工程中也有利用灌漿填充混凝土管與隧洞間隙的情況；天然氣長輸管道工程中的灌漿也屢見不鮮。

3.1 引水工程中的“灌漿”

山西引黃入晉工程中, 2001年12月~2002年9月埋設(shè)了直徑3.45 m、單根長5 m、總長43.5 km的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。聯(lián)結(jié)段I標(biāo)段有6個洞穿管隧洞，最長3 400 m，最短90 m。設(shè)計(jì)要求隧洞內(nèi)安裝的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管與隧洞一次支護(hù)之間的空隙需填充混凝土，見圖3。

圖3 超長引水管道模型

中國建筑材料科學(xué)研究院在此工程中采用泡沫混凝土進(jìn)行填充試驗(yàn)。采用密度為1 200 kg/m3泡沫混凝土填充整個洞穿管與隧洞間的空隙，抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求(2.0 MPa)。泡沫混凝土中含有大量的封閉孔隙,具備良好的施工性能和物理力學(xué)性能,如流動性好、填充率高、輕質(zhì)、保溫隔熱、防潮、隔音等。普通混凝土存在一次填充長度短、凝結(jié)硬化慢、管道上浮力大、輸送速度慢等局限性, 山西引黃入晉工程采用泡沫混凝土進(jìn)行填充，減小了混凝土對隧洞內(nèi)管道的浮托力, 從而避免了管道接口因浮托力而錯動變形, 確保已安裝完成的管道接口的密封性能。

3.2 天然氣長輸管道工程中的“灌漿”

3.2.1 注水

陜京二線天然氣管道是國家為確保北京2008年奧運(yùn)會和華北地區(qū)天然氣供應(yīng)而修建的一條國家級天然氣干線，管徑為1 016 mm。陜京二線黃河隧道工程由中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司設(shè)計(jì)，華北油田工程建設(shè)有限公司安裝(隧道管道安裝)工程于2003年7月28日開槽動工，歷時近11個月，于2004年6月22日隧道貫通，10月5日開始隧道內(nèi)管道安裝施工，于10月29日完成兩岸管道焊接任務(wù)，12月16日黃河隧道完成中間驗(yàn)收，12月18日注水封洞，即對整個隧道采用水封措施(隧洞與管道之間注水)。

該工程參建方提出注水封洞的優(yōu)點(diǎn)：

易發(fā)現(xiàn)漏氣。在管道運(yùn)行中，一旦發(fā)生漏氣，就會在水中產(chǎn)生氣泡，并從兩岸井口處冒出，極易被管理人員發(fā)現(xiàn)，從而便于組織搶修。

可提高隧道的安全性。利用水的不可壓縮性和均勻?qū)盒裕麠l隧道注滿水后，可減輕江水和巖石對隧道的壓力，提高隧道的安全性。

水封起到了隔絕氧氣的作用，減少氧化過程，延長了管道的使用壽命。

中石油燃?xì)夤艿厘X塘江盾構(gòu)法隧道、中石油燃?xì)夤?/p>

道贛江盾構(gòu)法隧道也都進(jìn)行了注水。

3.2.2 填充泡沫混凝土

日本多條燃?xì)夤艿蓝軜?gòu)隧道采用泡沫混凝土進(jìn)行填充，認(rèn)為填充后可防止外力破壞，特別是在地震多發(fā)地區(qū)可以提高管道運(yùn)行安全性，如日本伊勢灣盾構(gòu)法隧道。缺點(diǎn)在于填充施工工藝復(fù)雜，填充完成后人員無法進(jìn)入維護(hù)，成本高,隧道建成后不考慮維修與檢修。優(yōu)點(diǎn)在于填充均勻，填充后管道運(yùn)營安全、穩(wěn)定風(fēng)險低。

另外，國外采用密度等級為600~1 100 kg/m3的泡沫混凝土(純水在4℃時的密度是1 000 kg/m3)回填地下廢棄的油柜、管線(內(nèi)裝粗油、化學(xué)品)、污水管等周圍的空穴，以避免火災(zāi)或塌方。

從投資決策角度看，填充泡沫混凝土造價較高；從施工角度看，注水簡單易行，填充泡沫混凝土則施工工藝比較復(fù)雜、施工管理要求高。從運(yùn)營角度看，注水可能更便于安全預(yù)警，填充混凝土可能會提高管道抗震效果。從設(shè)計(jì)角度看，關(guān)于燃?xì)夤艿蓝軜?gòu)隧道的填充既缺乏成熟經(jīng)驗(yàn)和中試試驗(yàn)論證，又缺少工程軟件進(jìn)行諸如地下燃?xì)夤艿揽拐鸱治?、?yīng)力分析等。比如，由美國COADE公司研發(fā)的CAESAR II管道應(yīng)力分析軟件被國內(nèi)化工類設(shè)計(jì)院普遍采用、由美國能源部與麻省理工學(xué)院(MIT)開發(fā)的Aspen Plus流程模擬軟件是舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件，應(yīng)用案例數(shù)以百萬計(jì)，該軟件在國內(nèi)化工、石化、煉油等企業(yè)和工程公司中認(rèn)知度和普及度也很高。

4 結(jié)語

通過對市政燃?xì)夤艿佬迯?fù)中灌漿、道路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)管道灌漿相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的查閱，以及結(jié)合具體工程實(shí)踐的思考，筆者認(rèn)為：

(1)對燃?xì)夤艿拦こ探ㄔO(shè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中灌漿部分應(yīng)進(jìn)一步明確要求和細(xì)化內(nèi)容；

(2)適當(dāng)條件下，將道路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的灌漿質(zhì)量無損檢測技術(shù)引入到對燃?xì)夤艿拦こ探ㄔO(shè)中，有利于進(jìn)一步提高燃?xì)夤艿佬迯?fù)工程中灌漿的工程質(zhì)量。

通過列舉管道隧道中填充案例，對于借助盾構(gòu)隧道穿越大型江河的燃?xì)夤艿拦こ蹋诠艿腊惭b完畢后選擇注水還是注漿仍無定論。

Discussion of Grouting Techniques in Engineering Construction Process

Shanghai Gas No.2 Pipeline Engineering Co., Ltd. Wang Kedong

The paper introduces the related standards and specifications of grouting in bridge and road engineering and gas pipeline renewing engineering, enumerating several grouting project cases in drinking engineering and natural gas long-distance transmission pipeline engineering, and puts forward suggestions for grouting in gas pipeline construction as well.

grouting, gas pipeline, tunnel