劉 慧 明

(蘇州城市地下綜合管廊開發(fā)有限公司，江蘇 蘇州 215000)

0 引言

近年來(lái)隨著地下空間建設(shè)不斷加快，安全、綠色的頂管技術(shù)將廣泛用于綜合管廊、地下物流通道、海綿城市等地下工程[1]，其中大斷面、長(zhǎng)距離及復(fù)雜地層頂進(jìn)的矩形頂管技術(shù)漸成發(fā)展主流[2]。針對(duì)大斷面土壓平衡式矩形頂管，施工過程中注漿減阻技術(shù)是保證頂管施工的順利進(jìn)行的關(guān)鍵技術(shù)[3]。

減阻泥漿的配制與注入的選取與相應(yīng)的工程特點(diǎn)有關(guān)，針對(duì)減阻泥漿的差異性，國(guó)內(nèi)外已有一定的研究。

1 工程概況

本文以蘇州城北路矩形頂管項(xiàng)目為工程背景，針對(duì)頂管斷面大、淺覆土上穿運(yùn)營(yíng)地鐵線路等難點(diǎn)，介紹了減阻泥漿的配制與注入技術(shù)的應(yīng)用。創(chuàng)新性的將一種高濃度泥漿的新型泥漿——“濃泥”，應(yīng)用在了實(shí)際工程中，取得了良好的使用效果。

人民路段矩形頂管工程位于蘇州姑蘇區(qū)城北東路，頂進(jìn)設(shè)備采用土壓平衡矩形頂管機(jī)，如圖1所示。頂進(jìn)長(zhǎng)度為73.6 m，由西向東通道坡度為上坡2.7‰。頂管通道在人民路路口上跨軌道交通2號(hào)線，平均覆土深度為4.06 m，頂管底部與軌道交通2號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間豎向距離2.767 m，水平距離23 m～27 m。

管節(jié)為鋼筋混凝土預(yù)制，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50，抗?jié)B等級(jí)P8，管節(jié)斷面外徑尺寸為6.9 m×4.2 m，壁厚0.5 m，長(zhǎng)1.5 m。頂管區(qū)間所穿越土層主要為③粉質(zhì)粘土和⑤粉質(zhì)粘土夾粉土，地下水埋深1 m～2 m，淺部微承壓水賦存于粉土和粉砂層中。

矩形頂管施工中泥漿注入地層，在地層與管節(jié)間形成泥漿套，將頂進(jìn)管道與土體之間的干摩擦變?yōu)闈衲Σ?，減小頂進(jìn)時(shí)的摩擦阻力，如圖2所示。此外膨潤(rùn)土泥漿還有填補(bǔ)和支撐作用，漿液填補(bǔ)施工時(shí)管道與土體之間產(chǎn)生的空隙，減小土體變形。

人民路段矩形頂管頂進(jìn)過程中主要穿越粉土及粉砂地層，同時(shí)上穿地鐵2號(hào)線，良好的泥漿可有效降低頂管施工對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道與地面的影響。因此該地層要求泥漿具有足夠的粘度和小的濾失量，減小管壁周圍土體擾動(dòng)；具有良好的觸變性，使泥漿注入后能迅速變成凝膠狀，支撐地層；具有穩(wěn)定性，不因地下水侵入、隨時(shí)間增長(zhǎng)而失去穩(wěn)定性。

2 泥漿的配置與注入

2.1 泥漿的配置

泥漿主要采用膨潤(rùn)土與水進(jìn)行配制，配制比例為4%～5%。當(dāng)漿液被攪拌、振動(dòng)或泵送時(shí)，轉(zhuǎn)變成黏性液體；當(dāng)其再次處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，又會(huì)形成凝膠體。本工程泥漿配制主要采用了以下5種材料：

1)優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土：采用穩(wěn)定性好、造漿率高的鉆井用鈉基膨潤(rùn)土，其膠體率大于96%，含砂率小(0%～0.3%)；

2)CMC(羧甲基纖維素納)：降濾失劑，有高粘、中粘和低粘三種，對(duì)于砂層頂管施工，粘度不是主要的性能，采用低粘CMC即可；

3)PHP(水解聚丙烯酰胺)：絮凝劑，高水解度的PHP還具有提粘、防漏、降濾失性能；

4)燒堿NaOH，改善粘土的水化分散能力；

5)清水。

通過實(shí)驗(yàn)確定每種原材料的三種最優(yōu)含量，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，檢查各材料的配伍性，通過濾失量、粘度、觸變性等參數(shù)的大小，確定泥漿的最優(yōu)配方。相關(guān)結(jié)果如表1所示。

表1 泥漿配比正交實(shí)驗(yàn)表

正交實(shí)驗(yàn)表明，膨潤(rùn)土加量增加使泥漿性能增加明顯，添加10%的膨潤(rùn)土泥漿性能可達(dá)到70 s以上，如添加10%膨潤(rùn)土+1.5%CMC+1.0%燒堿+0.3%PHP泥漿性能優(yōu)越，粘度達(dá)到78 s，失水量達(dá)8 mL/30 min。但原材料用量大、不夠經(jīng)濟(jì)，而且泥漿粘度大、泵送困難?？稍谑看蟮木植康囟问褂?。

對(duì)于一般地段，現(xiàn)場(chǎng)采用5%膨潤(rùn)土+1.0%CMC+1.0%燒堿+0.6%PHP，泥漿性能為63 s(粉砂地層>45 s即可)，失水量為10 mL/30 min(粉砂地層<15 mL/30 min即可)。對(duì)于砂土含量高、水壓高的地段，可采用特殊地段泥漿配方：7.5%膨潤(rùn)土+1.5%CMC+1.0%燒堿+0.6%PHP，相應(yīng)增加了膨潤(rùn)土和CMC的含量，增加泥漿粘度及減小泥漿濾失量。

最終確定現(xiàn)場(chǎng)采用的泥漿配方如表2所示。

表2 現(xiàn)場(chǎng)采用優(yōu)質(zhì)泥漿配比及性能

2.2 泥漿的注入

由于隧道覆土較淺，注漿設(shè)備選用螺桿泵，注漿過程中無(wú)脈動(dòng)，注漿壓力均勻平穩(wěn)。注漿孔沿管節(jié)周圍進(jìn)行布置，實(shí)際管節(jié)使用了12個(gè)DN25減阻注漿孔。注漿管路分為總管和支管，其中總管采用DN50的鋼管，支管采用DN25的膠管。注漿管路如圖3所示。

泥漿注漿分同步注漿和二次補(bǔ)漿兩步進(jìn)行，一般每節(jié)同步注漿量為理論注漿量的3倍～4倍，每節(jié)二次補(bǔ)漿量一般為同步注漿量的0.2倍～0.3倍[1]；注漿壓力為地層壓力的1.1倍～1.3倍；注漿時(shí)必須遵循“先壓后頂、隨頂隨壓、及時(shí)補(bǔ)漿”[2]的原則，確保及時(shí)形成完整的泥漿套。施工過程中以注漿量控制為主，注漿壓力控制為輔，并有效監(jiān)測(cè)地面、地鐵隧道結(jié)構(gòu)、頂管機(jī)姿態(tài)等變化，及時(shí)調(diào)整注漿工藝，確保減阻效果。

2.3 效果評(píng)價(jià)

依據(jù)人民路北側(cè)頂管單位面積摩阻力監(jiān)測(cè)分析，頂管在頂進(jìn)10 m之前，由于未使用泥漿，管節(jié)外壁與管周土體直接接觸，導(dǎo)致單位面積摩阻力過大；頂進(jìn)10 m之后開始使用泥漿，泥漿逐步填充管土之間的間隙，泥漿套逐步形成，單位面積摩阻力下降明顯；后期泥漿套持續(xù)作用，摩阻力變化平穩(wěn)，直至頂進(jìn)完成頂管機(jī)出洞。整個(gè)過程中由于使用泥漿，單位面積摩阻力可有效降低70%～80%。

3 結(jié)語(yǔ)

1)減阻泥漿的配制與相關(guān)注漿技術(shù)可有效降低管土之間摩阻力，并對(duì)地層形成有效支撐，保障了大斷面矩形頂管的正常施工。

2)通過室內(nèi)正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的泥漿配方。對(duì)于一般地段，現(xiàn)場(chǎng)采用5%膨潤(rùn)土+1.0%CMC+1.0%燒堿+0.6%PHP，對(duì)于砂土含量高，水壓高的特殊地段，現(xiàn)場(chǎng)采用7.5%膨潤(rùn)土+1.5%CMC+1.0%燒堿+0.6%PHP。