CN106284112B - 管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法 - Google Patents
管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法，属于桥涵施工技术领域。本发明包括以下步骤：箱体外无孔注浆管固定；制备触变泥浆；安装注浆设备；注浆管即将吃土段开钻注浆孔；箱体顶进；压注触变泥浆；涵洞出土；暂停注浆；注浆管即将吃土段开钻注浆孔，箱体继续顶进，之后的工序循环进行，直至箱体顶进到位；压注水泥浆固化箱体三侧土体。本发明解决现有技术中注浆管接头多、需要大量输浆管、施工工艺相对复杂、施工周期相对较长、施工成本较高的问题。
Description
技术领域
本发明属于桥涵施工技术领域，尤其涉及一种管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法。
背景技术
传统的顶进工艺需要在底板预留注浆管，以备底板注浆使用，触变泥浆注浆施必须采用在桥涵主体上预埋注浆管的注浆施工工艺，顶进时从箱涵内部连接注浆设备进行注浆，此注浆方法与顶进出土作业之间交叉干扰大，尤其在涵洞内径净尺寸较小的情况下，没有作业空间；同时，注浆完成后对预埋注浆管的防水处理施工难度大，尤其对水利工程保护涵而言，标准要求高、质量控制难，材料及劳力投入较大，顶进周期长。但是，
当前，根据新的设计理念，在框构桥顶进路基范围外采用管幕支护顶推施工工艺已经成为新的设计趋势，采用管幕支护顶推施工工艺在既有线路要点框构桥顶进施工时，框架涵箱体底板下面以管幕钢管作为滑道（钢管内已注浆，外部留有附属注浆管），且采用钢刃角吃土顶进，底板下土体无扰动，且阻力较小，底板部分不用采取触变泥浆注浆措施。但是，箱体的边墙及顶板部分为三面顶进吃土状态，外壁摩阻力远大于正面阻力。尤其在高粘性、高水分地质下，外壁摩阻力会更大。若在顶进中向管节外注入一定量的触变泥浆，变固体间的滑动摩擦为固液间的滑动摩擦，将极大地减小阻力。但是，采用箱体内预留注浆管施工时，与顶进出土作业之间交叉干扰大，尤其在涵洞内径净尺寸较小的情况下，没有作业空间，并且注浆完成后预留注浆管防水封堵要求严格，并且在注浆完成段需要及时封堵，与就位后压注水泥浆固化箱体边墙及顶板三侧土体施工干扰较大，同时，注浆管接头多，需要大量输浆管，施工工艺相对复杂，施工周期相对较长，施工成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法，解决现有技术中注浆管接头多、需要大量输浆管、施工工艺相对复杂、施工周期相对较长、施工成本较高的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法，包括以下步骤：
箱体外无孔注浆管固定；
制备触变泥浆；
安装注浆设备；
注浆管即将吃土段开钻注浆孔；
箱体顶进；
压注触变泥浆；
涵洞出土；
暂停注浆；
注浆管即将吃土段开钻注浆孔，箱体继续顶进，之后的工序循环进行，直至箱体顶进到位；
压注水泥浆固化箱体三侧土体。
进一步的技术方案，在注浆管即将吃土段开钻注浆孔的步骤中，是根据每次吃土量和注浆效果，确定在注浆管上开钻注浆孔的数量及孔间距，进行开钻注浆孔。
进一步的技术方案，在暂停注浆期间，需要适当调配浆液的比例，浆液采用膨润土、纯碱、水和CMC混合制作而成，膨润土占浆液总质量的25%～30%，水占浆液总质量的70%～75%；CMC：纯碱：膨润土质量比为1：5：150。
进一步的技术方案，桥体顶进前，先在注浆管前段4-5m范围内开钻注浆孔，顶进时确保钢刃角吃土顶进，随着箱体顶进，当已开钻注浆孔全部进入土体时，暂停顶进，开始注浆；同时，涵洞内进行出土作业，临近注浆完成时，调整浆液比例，注浆完成，关闭注浆阀门。
进一步的技术方案，在箱体边墙及顶板外侧面固定无孔注浆管，注浆管一端设有外螺纹，另一端设有内螺纹，两两注浆管之间首尾相接，箱体前端位置无孔注浆钢管端头封堵严密，箱体末端位置无孔注浆钢管接注浆设备。
进一步的技术方案，在注浆管路中安装安全阀。
进一步的技术方案，泥水比重为1.10g/cm3～1.30g/cm3。
进一步的技术方案，注浆压力控制在0.3MPa～0.5MPa。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
（1）利用本发明所述的施工方法进行施工时，框架涵箱体底板下面以管幕钢管作为滑道，其中钢管内已注浆且预留有附属注浆管，采用钢刃角吃土顶进时，底板下土体无扰动，且阻力较小，顶进过程中底板部分不用采取触变泥浆注浆措施；而是在边墙及顶板外侧固定无孔注浆钢管，边顶进边开钻注浆孔，边进行注浆，可以更好的提高注浆效率，减少注浆施工过程中平行交叉作业的环节，提高施工效率；
（2）根据实际注浆效果，便捷调整注浆孔分布间距和开孔角度，提高注浆效果；
（3）解决防水难题，采用框架外墙固定注浆管注浆，避免了箱体预埋注浆管注浆后箱体内预埋注浆管难以处理的防水封堵难题，提高箱体防水质量；
（4）施工简便，减少注浆输送管与预埋注浆管的接头数量，更易控制，避免注浆管的反复对接；
（5）节约成本，与顶进就位后压注水泥浆固化箱体两侧土体施工采用一套注浆管路，减少注浆设备、管路、对接件数量，节省预埋注浆管引起防水施工的材料和人工投入，避免质量隐患；注浆效果提升后，可减少顶镐、顶铁需用量，投入减少；
（6）缩短工期，与顶进就位后压注水泥浆固化箱体两侧土体施工采用一套注浆管路，就位后可以马上进行水泥浆固化加固；
（7） 作业安全，采用铁路要点施工在点内完成触变泥浆注浆作业，施工过程不需使用大型吊装设备，施工过程安全可控；
（8）对环境干扰小，增加铁路运输的安全系数；建筑垃圾很少，对环境污染小。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的工艺原理为：采用管幕支护顶推施工工艺在既有线路要点框构桥顶进施工时，框架涵箱体底板下面以管幕钢管作为滑道，钢管内已注浆且预留有附属注浆管，采用钢刃角吃土顶进时，底板下土体无扰动，且阻力较小，顶进过程中底板部分不用采取触变泥浆注浆措施，而采用边墙及顶板外侧固定无孔注浆钢管，在桥涵顶进过程中向箱体边墙及顶板外侧压注触变泥浆以减小箱体与土之间的摩擦力，边顶进边开钻注浆孔，可以更好的提高触变泥浆注浆效果，有效避免了顶进时可能带来两侧的土体随箱体一起前进，扰动路基土体，造成线路路基大面积塌方，严重危及行车安全的风险，避免传统触变泥浆注浆时附加的问题。
本发明适用于所有采用管幕支护顶推施工工艺在既有线路要点框构桥顶进工施工、涵箱防水标准高、顶进时以底层管幕作为底板顶进滑道，尤其适用于高粘性、高湿度地质下的顶桥施工。
本发明包括以下步骤，如图1所示：
箱体外无孔注浆管固定；制备触变泥浆；安装注浆设备；注浆管即将吃土段开钻注浆孔；箱体顶进；压注触变泥浆；涵洞出土；暂停注浆；注浆管即将吃土段开钻注浆孔，箱体继续顶进，之后的工序循环进行，直至箱体顶进到位；压注水泥浆固化箱体三侧土体。
本发明各步骤中，箱体外无孔注浆管固定、制备触变泥浆、安装注浆设备之间的前后顺序可调整。
本发明施工工艺中的操作要点如下：
一、箱体外无孔注浆钢管固定
利用箱体制作时套有PVC管的拉筋眼，插入钢筋头固定无孔注浆钢管，要求无孔注浆钢管固定牢固，箱体前端位置无孔注浆钢管端头封堵严密，箱体末端位置无孔注浆钢管接注浆设备。
二、注浆管即将吃土段开钻注浆孔
在顶进前在箱体顶板上放置开钻电动工具及线路，在箱体顶进过程中，根据每次吃土量和注浆效果，确定注在浆管上开钻注浆孔数量及间距，进行开钻注浆孔。
三、采用成熟工艺进行出边触变泥浆制备
触变泥浆的性能要稳定，施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。顶进施工前要做泥浆配合比试验，找出适合于施工的最佳泥浆配合比，施工中对泥浆指标进行严格的控制。
四、 暂停注浆前调整泥浆配比
为了防止注浆液在暂停注浆期间沉淀堵塞注浆孔，需要适当调配浆液的比例，确保三者混合搅拌均匀后，静止一段时间后以不失水、不沉淀、不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度为基本条件。浆液通常采用膨润土、纯碱、水和CMC混合制作而成，膨润土占总质量的25%～30%，水占总质量的70%～75%，CMC：纯碱：膨润土的质量比为1：5：150。
羧甲基纤维素钠盐（CMC)产品是一种重要的纤维素醚，是植物纤维经过化学改性后获得的一种水溶性很好的聚阴离子产品。CMC具有增稠、分散、悬浮、粘合、成膜、保护胶体和保护水分等优良性能。CMC是一种大分子化学物质，能够吸水膨胀，在水中溶胀时，可以形成透明的粘稠胶液，应用到浆液配置中能够起到很好的作用。
五、泥浆压注系统改进设计
箱体制作完成且防水工程完成后，在箱体边墙及顶板外侧面固定无孔注浆管，注浆管尺寸为内径25mm的普通钢管，注浆管一端设置外螺纹，一端设置内螺纹，用于两两首尾相接。
箱体前端位置无孔注浆管端头封堵严密，箱体末端位置无孔注浆管接注浆设备。
六、顶进、压浆与开钻孔控制
框架桥顶进前，先在注浆管前段4-5m范围内开钻注浆孔。顶进时确保钢刃角吃土顶进。随着桥体顶进，当已开钻注浆孔全部进入土体时，暂停顶进，开始注浆。同时，涵洞内进行出土作业。临近注浆完成时，调整浆液比例，注浆完成，关闭注浆阀门。根据下次顶进长度和注浆效果，确定开钻注浆孔长度和间距，开钻第二步注浆孔。出土完成，箱体顶进，当第二步注浆孔全部进入土体时，再次开始注浆。依次循环，直到箱体顶进就位，此时注浆孔已全部开钻完成，马上将注浆液更换为水泥浆，进行压注水泥浆固化箱体三侧土体施工。整个过程衔接顺畅、简便。
从开钻第二步注浆孔开始，要严格根据出土量测算预计顶进长度，确定好注浆管开钻注浆孔的长度。要根据上一循环的注浆效果，确定注浆孔开钻间距。在压浆过程中，施工人员要控制好浆液的质量。根据土质实际情况，可适当调整泥浆配合比，满足施工需要。要合理控制注浆压力，并在注浆管路中安装安全阀，以免注浆压力过高而顶起线路。
本发明施工用材料和机具设备见表1、表2
表1注浆机具设备
表2注浆劳力组织
本发明质量控制
1、在要点顶进施工前，技术人员详细检查各注浆管前端封堵的密实性，确保前端不漏浆；
2、注浆孔开孔控制
2.1注浆孔开孔采用专门电动工具，确保孔口平滑，并根据注浆效果调整开孔大小；
从开钻第二步注浆孔开始，要严格根据出土量测算预计顶进长度，确定好注浆管开钻注浆孔的长度，确保开孔段全部进入土体；
根据注浆效果确定开孔间距和角度；
3、泥浆比例控制
结合工程土质情况，严格控制泥浆比例，并根据不同阶段的具体情况，进行适当调整。
3.1比重：泥浆的比重是一个主要控制指标。掘进中进泥比重不易过高或过低，前者将影响泥水的输送能力，后者将破坏开挖面的稳定。泥浆比重的范围应在1.10～1.30 g/cm3。下限为1.10 g/cm3,上限根据施工的特殊要求而定，在砂性土中施工、保护地面建筑物、穿越浅覆层等，可达1.30g/cm3，甚至可达1.35 g/cm3；
3.2粘度：从土颗粒的悬浮性要求来讲，要求泥浆的粘度越高越好，考虑到泥浆处理系统的自造浆能力，随着推进距离增加，泥浆越来越浓，比重也呈直线上升，而比重的增加并非说明泥浆的质量越来越高，若在砂性土中施工，粘度甚至会下降，因此，泥水粘度的范围应控制不小于5 cm3/s；
3.3含砂量：泥浆处理的目的是保留全部粘土，去除0.25mm 以上的砂颗粒，并且0.25mm以下的砂粒也必须控制在一定的范围内；
3.4析水量和PH值：析水量和 PH值是泥浆管理中的一项综合指标，它们在很大程度上与泥浆的粘度有关，悬浮性好的泥浆就意味着析水量小，反之就大。泥浆的析水量须小于5%，PH值须呈碱性，降低含砂量、提高泥浆的粘度、在调整槽中添加石碱，是保证析水量合格的主要手段；
在砂性、粉砂性土中掘进时，由于工作泥浆不断地被劣化，就需要不断地调整泥浆的各项参数，添加粘土、膨润土、CMC；在粘土、淤泥质粘土中掘进时，由于粘性颗粒不断增加，使排放的泥浆浓度越来越高，添加清水进行稀释则成为主要手段；
4、注浆压力控制
注浆压力控制在0.3MPa～0.5MPa。注浆过程中应时刻注意泵压及流量变化，并应加强对铁路线路的量测，以不顺边墙往外冒浆为宜。
本发明施工过程中的安全措施如下
1、严格执行、遵守工程印发的关于既有线行车施工安全管理的各项规章制度，确保既有线行车安全；
2、所有施工人员施工前必须进行既有线施工安全培训教育，并通过考试合格后方可上岗作业，考试不合格者严禁上岗作业；
3、施工期间必须设专人驻站，使施工现场时刻与车站保持密切联系，以便于列车接近时施工人员及时避车，确保行车、人员安全；
4、批准顶进后，必须认真组织，保证昼夜连续进行施工，在确保行车安全的情况下，尽量缩短工期；
5、有足够数量的道碴、方木、草袋，如果线路发生变形，立即抢修，以免影响行车安全；
6、在注浆施工过程中，必须建立完整的观测网，设置观测点，加强监控量测，要严密观测铁路路基及铁路线变形情况，及时调整参数，防止铁路线路隆起；
7、注浆工点附近道床污染、护肩及排水沟损坏应进行清换及修补。
本发明施工过程中的环保措施如下
1、严格遵守国家、地方政府有关文明施工的规定。认真贯彻业主有关文明施工的各项要求。制定以“方便居民生活，利于生产发展，维护环境卫生”为宗旨的文明施工措施；
2、加强宣传教育，统一思想，使全体职工认识到文明施工是企业的形象，是队伍素质的反映，是安全生产的保证，以提高员工文明施工和加强现场管理的自觉性；
3、合理布置场地，严格按照有关部门审批后的平面布置图进行场地建设。施工现场坚持工完料清，垃圾杂物集中堆放，及时处理，施工废水严禁乱排乱放，必须严格按照文明施工要求经处理达标后排放；
4、遵守地方政府及环境保护法，采取有效措施保护工地周围的植被和环境。
利用本发明施工的效益分析
在顶桥施工过程中，利用传统的触变泥浆注浆工艺，需要在桥涵主体上预埋注浆管，这种工艺在注浆完成后，对预埋注浆管进行防水处理时存在较大难题，尤其是水利工程保护涵，对防水工程要求严格。在主体上预埋注浆管，位置、间距固定，难以根据注浆效果进行注浆孔间距、角度调整。同时，在箱体内接注浆管数量较多，与出土作业等交叉干扰大，尤其是箱体内径尺寸较小的箱涵，空间狭小，布管困难，干扰更加严重。另外，注浆输送管与预埋注浆管接头较多，需要固定的输送管也很多，需要较多的劳动力和作业时间。
采用这一注浆工序，在箱体外侧墙体上固定无孔注浆管，边顶进边开钻注浆孔。首先，不用再在主体上预埋注浆管，克服了注浆后防水施工难题；其次，注浆管固定部分和送浆联接部分均在箱体外完成，施工干扰小，可以提高顶进速度，避免因桥体静止时间较长而造成顶进阻力加大的情况出现；再次，在顶进施工过程中，可以根据注浆效果及时调整注浆孔间距和角度，调整空间大，也可以提高注浆减阻效果。最后，此工艺接头少，需要的输送管线短，与动辄几十个接头、几百米输送管相比，可以大幅减少工程材料投入和劳力投入，工期效益和经济效益可观。同时，由于本工艺有效解决了预埋注浆管防水施工难题，提高了施工质量，更是一笔难以估量的无形财富。
试验证明
以某铁路K416+239.24处为例进行对比分析如下：某铁路段宽1-4米，长38米，自重1800吨，高路基、万吨重载线路，土质为高粘性、高水分，按照传统工艺需要注浆管375m，止水钢板384块，注浆管接头384个，注浆输送管200m，以及配套的防水材料若干。原设计加设了两个中继间千斤顶进行顶进，计划使用10台320T顶镐，24台定制方向镐，10台500T，由于土质粘湿，桥体内径净尺寸为3m×4m，出土困难，原计划顶进施工需要15天。
利用本方法，在边墙及顶板外墙进行注浆减阻施工，注浆效果明显提升，施工交叉干扰明显降低，在没有启动中继间的情况下只用了8台顶镐、10个接头、100m注浆管，历时6天就顺利顶进就位，没发生任何偏差。就位后即可以马上进行箱体外水泥注浆加固土体施工，同时，不用进行预埋注浆管防水施工，避免了一个质量控制难点，节约了防水材料及人工，直接经济效益和无形经济效益非常可观。
Claims (7)
1.一种管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
箱体外无孔注浆管固定；
制备触变泥浆；
安装注浆设备；
注浆管即将吃土段开钻注浆孔；
箱体顶进；
压注触变泥浆；
涵洞出土；
暂停注浆；
注浆管即将吃土段开钻注浆孔，箱体继续顶进，之后的工序循环进行，直至箱体顶进到位；
压注水泥浆固化箱体三侧土体；
在注浆管即将吃土段开钻注浆孔的步骤中，是根据每次吃土量和注浆效果，确定在注浆管上开钻注浆孔的数量及孔间距，进行开钻注浆孔。
2.根据权利要求1所述的管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法，其特征在于，在暂停注浆期间，需要适当调配浆液的比例，浆液采用膨润土、纯碱、水和CMC混合制作而成，膨润土占浆液总质量的25％～30％，水占浆液总质量的70％～75％；CMC：纯碱：膨润土质量比为1：5：150。
3.根据权利要求1所述的管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法，其特征在于，箱体顶进前，先在注浆管前段4-5m范围内开钻注浆孔，顶进时确保钢刃角吃土顶进，随着箱体顶进，当已开钻注浆孔全部进入土体时，暂停顶进，开始注浆；同时，涵洞内进行出土作业，临近注浆完成时，调整浆液比例，注浆完成，关闭注浆阀门。
4.根据权利要求1所述的管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法，其特征在于，在箱体边墙及顶板外侧面固定无孔注浆管，注浆管一端设有外螺纹，另一端设有内螺纹，两两注浆管之间首尾相接，箱体前端位置无孔注浆钢管端头封堵严密，箱体末端位置无孔注浆钢管接注浆设备。
5.根据权利要求1所述的管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法，其特征在于，在注浆管路中安装安全阀。
6.根据权利要求1所述的管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法，其特征在于，触变泥浆泥水比重为1.10～1.30。
7.根据权利要求1所述的管幕支护顶推施工中箱体外跟进注入触变泥浆施工方法，其特征在于，注浆压力控制在0.3MPa～0.5MPa。
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