CN115978297A - 一种新型长距离顶管全管道注浆工艺 - Google Patents
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Abstract
一种新型长距离顶管全管道注浆工艺，排海管海域路施工包括：1、顶管工作井：含沉井施工，沉井下沉等。2、顶管接收井：含钢板桩围堰、挖基坑土方、回填碎石、施打钢管桩等。3、钢管顶进：穿堤段施工主要为顶进施工、钢管顶进、注浆等。本发明包括初始顶进、正常顶进施工、中继间设置、注浆减阻和管段压浆等工序。本发明针对项目施工的需要和当地地质状况自主设计了新型长距离顶管全管道注浆工艺，完成了排海管道由岸到海之间的顶管作业，大大提高了作业效率，缩短了排海管道的施工工期，保证了施工质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水排海管道施工技术领域，特别是一种新型长距离顶管全管道注浆工艺。
背景技术
排海管海域路施工，包括：1、顶管工作井：含沉井施工，沉井下沉等。2、顶管接收井：含钢板桩围堰、挖基坑土方、回填碎石、施打钢管桩等。3、钢管顶进：穿堤段施工主要为顶进施工、钢管顶进、注浆等。现有技术中，由地质环境的不同而使用不同的施工工艺，没有统一施工标准。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种提高作业效率的的新型长距离顶管全管道注浆工艺。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种新型长距离顶管全管道注浆工艺，其特点是：
初始顶进
从破洞一直到第三节钢管全部推进入土中的全过程称之为初始顶进；初始顶进分为以下几步：
第一步是破洞：在破洞之前，洞口采用砖砌、混凝土或钢板封门；
第二步是让顶管机入土：当封门破除后，把顶管机刀盘开动，用主顶油缸徐徐把顶管机推入土中；这一过程中采取控制顶进速度和在顶管机左右两侧加设角撑的办法来防止顶管机壳体旋转；
第三步是控制顶进段的高程和中线；至此，初始推进工作完成，此时停下来进行一次全面的测量，并把测量数据绘成曲线，便于分析；
刀盘转速，扭矩的调整和控制
在顶进过程中，根据土质情况和顶进效果进行刀盘转速和扭矩的控制和调整；
正常顶进情况下刀盘应调至高转速、中低扭矩的状态工作，以获得较好的切削和土仓泥土搅拌效果；在施工中需停止刀盘回转时，应先停止顶进，让刀盘空转一段时间，观察到刀盘工作电流或工作油压开始回落后方可停止刀盘回转；在顶进过程中发现刀盘工作电流或油压异常上升时，应降低顶进速度或停止顶进，待刀盘电流或油压平稳后再按正常速度顶进；
当顶管机头发生自转时，应将刀盘回转方向调至与顶管机头自转相同方向进行顶管机头的旋转偏移纠正；
刀盘的重新启动应采取一切可能的措施降低启动阻力，在确认不会对设备造成破坏或进一步加大顶进困难后，方可加大扭矩启动刀盘；
正常顶进施工
出洞及试顶进工作结束后，即可进行正常的顶进施工，
正常顶进时，每顶进1000mm，测量不应少于一次；
一节管节顶进结束后，缩回主千斤顶，拆除洞口处的管线，吊放下一节，然后连接洞口处的管线，再继续顶进；
正常顶进施工时，每次推进进尺保持在800mm，推进速度保持在30~40mm/min，并根据地面监测、掌子面稳定和土体情况进行及时调整；
正常顶进过程中当主顶顶力达到其额定顶力的60%时需要安装中继间辅助推进施工；
中继间设置
随着顶进距离的增加，管壁与土体的摩阻力随之加大，长距离顶管应设置中继间，
中继间采用二段一铰可伸缩的套筒承插式钢结构件，由前体、后体、千斤顶、动力油泵站、止水密封圈五个部分组成；每个中继间配置一个中继泵站，
当管道贯通后，应进行中继间合拢，符合下列规定：
1）合拢时应拆除中继间内部组件，借助后部的中继间或主顶的推力将中继间合拢，合拢时应由前向后依次进行；
2）合拢后应对中继间接缝进行封闭处理；
3）顶管机头进入接收井后，对中继间前后管道压注双液浆，以防止外侧泥浆通过中继间渗漏；
注浆减阻
管道减阻从两方面着手：一是管材本身润滑，在管道外壁上涂刷润滑剂；二是注浆减阻；
注入的润滑泥浆在管子的外围形成一个比较完整的泥浆套，控制摩阻力减至3KN/㎡～5KN/㎡，
管段压浆
采用顶管机同步注浆和管段补浆两种方式进行减阻，即顶管机尾环向设补浆环，泥浆由此在管外壁形成泥浆套；其后管段部分在顶进时分步、同时补浆，补浆孔环形布置；
采用重叠压浆机理来控制注浆量，即每个压浆环压出去的浆都和下个压浆环的压浆范围重叠，压浆量控制在3～6倍建筑空隙以内。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，每组顶进推力保留30%~40%的富余量。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，中继间的规格型号与性能应相同，中继间顶力应留有余量，第一套中继间不宜小于40%，其余不宜小于30%；主顶施加的顶力应始终大于单套中继间的顶力。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，当顶力达到中继间设计推力60%时，即需设置中继间；当总推力达到中继间总推力40%~60%时，设置第一只中继间，以后每当达到中继间总推力的70%~80%时，设置下一只中继间。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，减阻泥浆配比为膨润土：CMC：纯碱：添加剂＝940：15：40：5。
本发明针对项目施工的需要和当地地质状况自主设计了新型长距离顶管全管道注浆工艺，完成了排海管道由岸到海之间的顶管作业，大大提高了作业效率，缩短了排海管道的施工工期，保证了施工质量。
附图说明
图1为顶管施工工艺流程图；
图2为中继间安装示意图；
图3为顶进设备井下安装示意图
其中： 1.止水圈、2.管片、3. 中继间油泵顶铁、4.中继间油泵、5. 中继间油泵支座、6.油泵车、7.混凝土后撑、8.油缸架子、9.主顶油缸、10.内衬墙、11.顶铁、12.洞口止水、13.钢管节、14.经纬仪、15.混凝土底板、16.导轨。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，而不构成对其权利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种新型长距离顶管全管道注浆工艺，具体步骤如下：
测量放线
根据施工设计图纸和交桩点位将各井位进行放样，并在每个井位旁建立控制网便于后期顶进施工时，顶管机姿态复核和顶进过程中的复核。对自建的控制网必须进行定期复核，保证其精度复核施工要求。
顶进设备安装
1、导轨安装
（1）导轨支架采用钢材制作，固定在工作井底板上的导轨在管道顶进时不可产生位移。其整体刚度和强度应满足施工要求。
（2）导轨对管道的支承角宜为60°，导轨高度应保证管中心对准穿墙管中心。导轨坡度应与设计轴线一致。
（3）导轨安装的允许偏差为：轴线位置：3mm，顶面高程：0～+3mm，两轨内距：±2mm。在顶进过程中经常进行检查和复核。
（4）导轨与侧墙制作操作平台，平台采用25“工”字钢形成底部支架，16*16mm的角钢形成上面平台，然后在满铺16mm模板（处导轨范围内）。
工作平台
主顶顶力设备安装
（1）主顶千斤顶支架采用型钢制作完成。
（2）主顶油缸的行程宜不小于1000mm，单只顶力宜不小于1000KN。千斤顶数量应为偶数，均匀分布在管道两侧，并与管中心左右对称，每只千斤顶均应与管线平行。千斤顶的合力中心应低于管中心，其尺寸宜为管道外径的1/10~1/8。根据工程拟对称安装10支，行程2200mm，单支顶力2000KN的千斤顶作为主顶油缸。
（3）主顶油缸采取油路并联的方式，且规格型号均相同，油缸应单独设进油、退油的控制系统。
（4）高压油管布置应平顺、少转角，油泵与油缸相匹配，油泵流量宜满足顶进速度100mm/min，且油泵安装完毕后进行试运行调试。
（5）主油缸的数量根据管径允许最大顶力确定。主顶液压动力机组由二台大流量斜轴式轴向柱塞泵供油，采用大通径的电磁阀和系统管路，减小系统阻尼，油缸可以单动，亦可联动。主顶系统由PLC可编程序计算器控制，并采用变频调速器实现流量的无级调速。主顶系统操作台设在地面控制室内。
（6）液压泵站
主顶液压动力机组由二台大流量三柱塞式轴向柱塞泵供油，采用大通径的电磁阀和系统管路，减小系统阻尼，油缸可以单动，亦可联动。主顶系统由PLC可编程序计算器控制，并采用变频调速器实现流量的无级调速。主顶系统操作台设在地面控制室内，型号为YZ-1000。
顶铁安装
工程采用“U”型或“O”型顶铁，顶铁安装应符合下列要求：
（1）顶铁应满足传递顶力、便于出泥和人员出入的需要。
（2）顶铁的两个受力应平整，互相平行。
（3）与管尾接触的部位，应加木垫圈。
（4）顶铁与导轨应平滑接触，在导轨上应能平滑移动。
（5）顶铁使用时，顶铁轴线应与顶进的管道轴线平行，当发现顶铁有变形、断裂和开焊的现象时，要及时维修处理。
全环顶铁外径与管道直径一致，顶铁采用30mm厚钢板焊接成型，确保足够的刚度，油缸位置布置加强肋板。
环形顶铁与管口之间的接触面还应设置20mm厚松木板衬垫作为缓冲材料。
顶管设备安装及调试
1、设备安装
（1）主顶设备底盘的安装应支撑牢固、防止产生受力变形或位移。底盘的调整定位宜在将顶管机吊运至底盘导轨上后进行。
（2）主顶设备液压系统宜设置在主顶设备附近以便于操作，液压软管接头连接清洁无污染。
（3）吊运完成后，调整底盘及顶管机机头的位置、高程、中线、仰俯角、旋转角等。
（4）工作井总电源闸箱及用电设备必须执行三相五线制，且安装漏电保护装置，工作坑及管内施工采用LED照明设备；总电源的匹配大于顶管施工过程中需同时运行的全部设备功耗之和；长距离顶管时须考虑电缆的电压降。顶管机头内应设有应急照明电源，顶管机机头、工作坑及地面设备之间设置通讯联络设备。
（5）工作井内测量仪器的基座不能固定在主顶装置底盘、工作井后背或其他可能在顶进受力时产生变形或位移的基础上，应安装在独立的固定基座上，以减少重复移动和调整次数；宜使用激光经纬仪或激光指向仪与安装在顶管机内的激光目标靶共同组成方位误差测量系统，对顶进的高程的轴线误差进行全过程的监控。
（6）顶进时应根据所顶管道的管径确定安装通风设备的位置及长度。通风设备结合管内的工作环境条件选定，保证管内有足够的氧气。
2、设备调试
设备调试之前，应对设备的安装、各种管线、电缆的连接进行检查，确认安装和连接无误后方可接通电源。
设备的调试应遵照设备说明书进行。通过试运转查找和消除设备可能存在的所有问题，确认其处于完好状态。主要包括以下内容：
（1）不加载的情况下，电源电路开关的接通、切断工况试验的检查。
（2）液压系统控制阀件的动作灵敏、正确，特别注意有无控制电路反接现象、操作台显示动作与实际动作是否一致。
（3）设备润滑和密封系统供油正常，油路畅通，供油压力可在设定的范围内调节。
（4）刀盘正反转动作正确，无异常响声。
（5）纠偏千斤顶的伸缩动作正常，编组动作与操作台显示一致。试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。
（6）顶进千斤顶伸缩动作正常，试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。
（7）注浆系统输送泵的试运转符合设备说明书的规定。
（8）对注浆管路进行加压试验和检查，保证管路畅通、无泄漏。
其调试顺序为：将操作台输出电缆分别与对应的接口接好后，逐步送电，观察各仪表电压值是否正常；然后依次送电检查各设备运行状态，送水泵、排泥泵、抽水泵以及搅拌筒电机旋转方向，排泥泵的调速系统是否正常，若旋转方向相反则调换该电机两相电源线，若发生异常声音或气味，立刻停电检查故障原因，尽快排除；注浆泵一般采用螺杆泵，不能在无浆液下运行，在调试或运行之前先用管钳扭动转轴，待灵活以后可加水运转，看泵的旋转方向与出口压力；将掘进机各电缆接好，开启操作按钮、动力按钮，并使后方动力站运行（运行前检查油箱内油量是否充足，有无污染）；调速旋钮拨至10位，千斤顶切换成伸出，逐渐将调速器拨至0位使全速运行，全部伸出以后再退回，反复操作1-2次进行排气；关闭后方动力站，打开机内动力站，刀盘运行，TV开，看刀盘旋转方向是否正确，转矩仪是否正常，将转矩仪设定于0位，看报警系统是否正常，倾斜仪指示情况，开、关旁通阀和止水阀，动作是否灵活，操作纠偏控制按钮，观察纠偏指针在光靶上移动情况，能否达到最大位置；关闭机内动力站，待机10-15分钟，观察掘进机破碎锥体内有无油滴滴下，若有少量渗出无滴下，可视为合格，停止刀盘运转，TV及动力回路操作回路；拆除掘进机电缆线，可以吊装掘进机于导轨之上，准备顶进。
顶管机安装完成后，通过复核顶管机机身特征点进行顶管机姿态复核，保证顶管机姿态符合始发顶进要求。
顶进施工
1、初始顶进
从破洞一直到第三节钢管全部推进入土中的全过程称之为初始顶进。在顶管施工中，初始顶进是一个至关重要的阶段，它的成败将决定整个顶管过程的成败。
初始顶进分为以下几步：
第一步是破洞。在破洞之前，洞口必须要有防止土体或砂层塌方的措施。在土质均匀的黏土中顶进时，一般洞口采用砖砌、混凝土或钢板封门，该工程采用砖砌封洞门。
第二步是让顶管机入土。当封门破除后，可把顶管机刀盘开动，用主顶油缸徐徐把顶管机推入土中。这一过程中应注意防止刀盘嵌入砂土中不转而顶管机壳体旋转，应采取控制顶进速度和在顶管机左右两侧加设角撑的办法来防止其旋转。
第三步是将机头后方的两根钢管与机头管连接，形成一个整体，用来控制顶进段的高程和中线。至此，初始推进工作完成，此时应停下来进行一次全面的测量，并把测量数据绘成曲线，便于分析。
同时，在初始顶进中还应注意，应在初始顶进的后期方可进行正常的方向校正工作，这是因为如果当第一节钢管尚未与顶管机后壳体联接时进行纠偏，这时顶管机的前壳体已在土中，后壳体仍在导轨上，纠偏时前壳体不动，后壳体则有可能偏离导轨，不仅起不到纠偏作用，反而会带来更多麻烦。在初始顶进阶段若必须纠偏，这时只能用纠偏油缸推出（即用纠偏油缸伸出），而不能用纠偏油缸拉（即不能用纠偏油缸缩回）。如图3所示：6.油泵车、7.混凝土后撑、8.油缸架子、9.主顶油缸、10.内衬墙、11.顶铁、12.洞口止水、13.钢管节、14.经纬仪、15.混凝土底板、16.导轨。
2、刀盘转速，扭矩的调整和控制
在顶进过程中，根据土质情况和顶进效果进行刀盘转速和扭矩的控制和调整。
正常顶进情况下刀盘应调至高转速、中低扭矩的状态工作，以获得较好的切削和土仓泥土搅拌效果。在施工中需停止刀盘回转时，应先停止顶进，让刀盘空转一段时间，观察到刀盘工作电流（或工作油压）开始回落后方可停止刀盘回转。在顶进过程中发现刀盘工作电流（或油压）异常上升时，应降低顶进速度或停止顶进，待刀盘电流（或油压）平稳后再按正常速度顶进。
当顶管机头发生自转时，应将刀盘回转方向调至与顶管机头自转相同方向进行顶管机头的旋转偏移纠正。
刀盘的重新启动应采取一切可能的措施降低启动阻力，在确认不会对设备造成破坏或进一步加大顶进困难后，方可加大扭矩启动刀盘。
（1）初始顶进前，应对施工所有的设备进行逐项的检查，并符合顶管姿态与洞门姿态，确认顶管高程、坡度以及安装的中线偏差、高程偏差，调试经纬仪激光导向。
（2）破除掌子面的封堵材料，并注意洞门掌子面土体、水流等情况是否与地层勘察相符。
（3）初始顶进时，严格控制顶进的速度和方向，进入土体后，每顶进300mm，复核一次顶管姿态，如有差异及时调整。
（4）初始顶进时严禁土方开挖，控制土方开挖量，及时监测洞口地面的沉降变化并及时反馈信息指导现场施工。
3、正常顶进施工
出洞及试顶进工作结束后，即可进行正常的顶进施工。
（1）顶管推进纠偏遵循“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则，严格控制推进轴线。正常顶进时，每顶进1000mm，测量不应少于一次。
（2）做好日常的顶进记录工作，记录应包括：日期、时间、顶进长度、顶进总长、启动顶力和正常顶力等。
（3）一节管节顶进结束后，缩回主千斤顶，拆除洞口处的管线，吊放下一节，然后连接洞口处的管线，再继续顶进。
（4）顶进中还需注意地层扰动，顶进引起的地层形变的主要因素有：顶管机开挖面引起的地层损失；顶管机纠偏引起的地层损失；顶管机后面管道外周空隙因注浆填充不足引起的地面损失；管道在顶进中与地面摩擦而引起的地层扰动；管道接缝及中继间缝中泥水流失而引起的地层损失。所以在顶管施工中要根据不同土质、覆土厚度及地面建筑物等，配合监测信息的分析，及时调整开挖进尺和顶进速度，同时要求坡度保持相对的平稳，控制纠偏量，减少对土体的扰动。根据顶进速度，控制出土量和地层变形的信息数据，从而将轴线和地层变形控制在最佳状态。
（5）正常顶进施工时，每次推进进尺保持在800mm，推进速度保持在30~40mm/min，并根据地面监测、掌子面稳定和土体情况进行及时调整。
（6）正常顶进过程中当主顶顶力达到其额定顶力的60%时需要安装中继间辅助推进施工。每组顶进推力保留30%~40%的富余量。
（7）中继间设置
如图2所示： 1.止水圈、2.管片、3. 中继间油泵顶铁、4.中继间油泵、5. 中继间油泵支座。
施工中继间接力顶进是长距离顶管的重要技术措施，随着顶进距离的增加，管壁与土体的摩阻力随之加大，虽然利用触变泥浆可以减阻，但其作用毕竟有限。长距离顶管应设置中继间，采用中继间接力顶进技术，可提高一次顶进的距离，并减少工作井，降低施工成本。
排海管顶管最大顶力控制为8000KN，顶管井允许最大顶力为10000KN。根据此及阻力要求计算中继间。中继间采用二段一铰可伸缩的套筒承插式钢结构件，由前体（长1200mm）、后体（长745mm）、千斤顶、动力油泵站、止水密封圈五个部分组成。每个中继间配置一个中继泵站，型号为ZDYZ32-25-11KW，中继间油缸配置20支50吨油缸，可以提供1000吨推力。
在铰接处内侧设置二道D2型顶管密封圈，在铰接处壳体之间设置鸟形顶管密封圈（h=26mm），确保顶进时不漏浆，并设置16只M10*1直通油杯压注油脂，以减少顶进时密封圈的磨损。
中继间的规格型号与性能应相同，中继间顶力应留有余量，第一套中继间不宜小于40%，其余不宜小于30%。主顶施加的顶力应始终大于单套中继间的顶力。为了防止顶管管材受损，当顶力达到中继间设计推力60%时，即需设置中继间。当总推力达到中继间总推力40%~60%时，设置第一只中继间，以后每当达到中继间总推力的70%~80%时，设置一只中继间。
当主顶油缸的推力到达中继间设计推力的80%时，应启动中继间。
当管道贯通后，应进行中继间合拢，符合下列规定：
1）合拢时应拆除中继间内部组件，借助后部的中继间或主顶的推力将中继间合拢。合拢时应由前向后依次进行。
2）合拢后应对中继间接缝进行封闭处理。
3）顶管机头进入接收井后，对中继间前后管道压注双液浆，以防止外侧泥浆通过中继间渗漏。
根据《给水排水工程顶管技术规程》CECS246:2008规定，进行顶管各区间顶力估算和中继间估算。
管道的总顶力可按照下式估算：
F0=πD1Lfk+NF
其中F0为顶进总顶力（kN）；D1为管道外径（m）；L为管道顶进长度（m）；fk为管外壁单位面积与土体的平均摩阻力（kN/㎡），根据查表规范12.6.14可得，钢管材，粉性土取7.0kN/㎡、粉细土10 kN/㎡、中粗砂13 kN/㎡；NF顶管机的迎面阻力kN。根据规范12.4.2得顶管机迎面阻力：NF=（πDg2γsHS）/4
其中：Dg为顶管机外径（m），1.9m；γs土的重度（KN/m³），取16.56 KN/m³，HS覆盖层厚度（m），9.6m；
NF=（πDg2γsHS）/4=（3.14*1.9*2*16.56*9.6）/4=474.23KN
F0=πD1Lfk+NF=3.14*1.82*1120*4+469.29=26071.59KN
当估算总顶力大于管节允许顶力设计值或工作井允许顶力设计值时，应设置中继间。经验算顶进最大顶力超过沉井最大顶力和管节最大许用顶力，应设置中继间。
中继间数量可按下式估算：
n=πD1fk（L+50）/（0.7×f0）-1=3.14*1.82*4（1120+50）/(0.7*10000)-1=3
f0为中继间设计允许顶力，每只中继间有20只油缸，每只千斤顶的推力为50t，f0=20×50×10=10000kN。
根据计算，考虑海岸线区域土质变化复杂多变，确保施工安全，且考虑顶力过大致使钢管变形等影响，缩小中继间之间的距离，建议设置中继间的个数为6个。
4、压力控制
顶管掘进机在顶进过程中，其土仓的压力P如果小于掘进机所处土层的主动土压力Pa 时，即P＜Pa时，地面就会产生沉降。反之，如果在顶管机掘进过程中，其土仓的压力P如果大于掘进机所处土层的被动土压力Pp时，即P>Pp时，地面就会产生隆起。且施工过程中的沉降是一个逐渐演变的过程，要达到最终的沉降所经历的时间会比较长。但是，隆起却是一个立即会反映出来的迅速变化的过程，隆起的最高点是沿土体的滑裂面上升，最终反映到距顶管机前方一定距离的地面上。
顶进中，务必要控制好土仓的土压力 P ，要求做到主动土压力Pa＜ P ＜被动土压力Pp，本段顶管穿越覆土较深，主动土压力Pa、被动土压力Pp变化范围较大，再加上理论计算与实际施工时会存在一定的误差，一般将控制土压力P设置在静止土压力Po±20kpa范围内。顶进过程中，根据土层变化、覆土深度变化、地表沉降监测等情况等随时调整土压力。
注浆减阻
管道减阻从两方面着手：一是管材本身润滑，比如在管道外壁上涂刷润滑剂；二是注浆减阻。
减阻泥浆的使用是工程顺利顶进的关键，整个顶管过程中起到非常重要的作用。泥浆主要作用有两个，一是支承作用，二是润滑作用。
减阻泥浆系统作为顶管顶力控制不可或缺的一个重要环节，能有效减少顶管摩擦力，从而减少在顶管施工过程中中继环的使用数量，若注入的润滑泥浆能在管子的外围形成一个比较完整的泥浆套，则其减摩效果较好，一般情况摩阻力可由12KN/㎡～30KN/㎡减至3KN/㎡～5KN/㎡。此外，当管壁周围形成完整泥浆套后，可通过减少顶进带土现象达到控制沉降的目的。本工程触变泥浆材料将优先采用预先经过钠化处理的复合泥浆材料。
1、泥浆配比
减阻泥浆配比设计方面，配制最佳支承作用的触变泥浆应根据顶管穿越土层筛分曲线详尽地掌握土层的颗粒分布，选择适当的膨润土微细颗粒所占的数量及膨润土的种类，配制保证支承作用的泥浆，泥浆制作须考虑一定的粘滞度和注浆的厚度。注浆管节每间隔一节布置一处，注浆点位示意图，根据施工效果进行优化。
润滑泥浆材料包括膨润土、CMC、纯碱及高分子添加剂。本标段的泥浆配置将充分考虑实际土质情况，并结合供料性能，经过试验来确定配比。膨润土最终产地的选择成品泥浆运动粘度、泥皮厚度、失水率需要通过试验来最终确定。
顶管减阻基本配合比：膨润土：CMC：纯碱：添加剂＝940：15：40：5，再根据现场实际效果对配比进行调整。
2、管段压浆
泥浆减阻是顶管减少摩阻力的重要环节之一。泥浆套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。工程采用顶管机同步注浆和管段补浆两种方式进行减阻，即顶管机尾环向设补浆环，泥浆由此在管外壁形成泥浆套；其后管段部分在顶进时分步、同时补浆，补浆孔环形布置。考虑管道直径较大，拟每环4个压浆孔，90°间隔布置。管段补浆第一环布置在顶管机后3m，每根管道都设有注浆孔，每道补浆环有独立阀门控制。
顶进时应贯彻同步压浆与补浆相结合的原则，顶管机尾部的压浆孔要及时有效地进行跟踪注浆，确保能形成完整有效的泥浆环套，管道内的压浆孔须进行一定量的补浆，补压浆的次数及压浆量根据施工情况而定。
采用重叠压浆机理来控制注浆量，即每个压浆环压出去的浆都和下个压浆环的压浆范围重叠，压浆量控制在3～6倍建筑空隙以内，本工程压浆量暂定为5倍建筑空隙。
为确保能形成完整有效的泥浆环套，管道内的补压浆的次数及压浆量根据管壁为泥浆反压、外壁摩阻力变化情况结合地面监测数据及时调整补浆量。
补浆孔间距估算：L=T×V
式中：L－补浆孔间距（m）
V－每天平均顶进速度（m/d），本次计算取12m/d。
T－减阻泥浆失效期（d），本次计算取6d。
L=T×V=12×6=72m，即顶进过程中每隔72m设置补浆孔。
3、压浆设备
符合物理性能要求的润滑泥浆用压浆泵通过总管、支管、球阀、管节上的预留注浆孔压到管子与外管土体之间，包住钢管。本工程所
用BW-160压浆泵，该设备完全能满足本工程送浆需求，为确保送浆安全，送管应采用法兰连接。
为了保证中后期顶管压浆量能够满足要，拟设置一条2″注浆刚管。管道内的压浆系统布置如图所示。
4、注浆压力及注浆量
顶管机刀盘直径大于钢管道，穿越土体后产生的空隙需要触变泥浆来填充弥补，如果在这一环套和顶进管之间保持一个相当于土压力的触变泥浆压力，触变泥浆便承受着全部的土压力，致使土压力不再直接地、而是经触变泥浆间接地加荷于管壁。
压浆最大压力可按下式设定：
Pmax=γh/98+(1.2～1.3)kg/cm2
压浆最小压力可按下式设定：
Pmin=地下水压力+静止土压力+预备压力
静止土压力P0=γh(1-sinφ)
φ——土的内摩擦角，取29°。
预备压力——弥补施工中损失的压力，取值为0.2～0.3kg/cm2左右。即泥浆压力控制在0.1～0.2MPa。该类地层渗透性强，压浆量按照理论值的3倍以上考虑。
5、压浆过程中注意事项
（1）压浆管与压浆孔连接处设有单向阀，防止在压浆停止时管外的泥砂会顺着注浆管流到浆管内，沉淀后会把注浆管堵住。
（2）浆液搅拌后，要有足够的浸泡时间，搅拌均匀。
（3）选择螺旋泵作为压浆泵，因为螺杆泵没有脉动现象，易于形成稳定的浆套。
（4）顶进施工中，减阻泥浆的用量主要取决于管道周围空隙的大小及周围土层特性，由于泥浆的流失及地下水等的作用，泥浆的实际用量要比理论用量大得多，一般可达到理论值的4～5倍，但在施工中还要根据土质情况、顶进状况、地面沉降的要求等做适当的调整。
泥水循环系统
泥水系统主要由位于顶管机下方的二根进排泥管和一套用液压控制的机内旁通系统组成。其工作过程是由一定压力、流速的水流，通过进水管进入泥水仓稀释，搅拌泥浆，并将泥浆水通过排泥管带到地面的沉淀池，往返循环工作。
泥水的二次处理：采用泥水平衡式顶管机必须要解决泥水二次处理的问题。通常的做法是采取自然沉淀方式来进行泥水处理。具体做法是利用若干个泥水处理池（箱），而且高度一比一个高，最低的一个沉淀池内安装进水泵。最后，经过自然沉淀后的泥水只要其比重不大于1.3，则可继续利用。如果比重大于1.3时，沉淀后的废浆液采用泥浆处理系统进行统一分离处理，即将废泥浆通过泥浆分离系统变成泥饼，统一进行外运处理。
输送泥水系统：用多台离心泵接力将泥浆送往泥浆池，出渣并循环利用浆液、泥水。
一般采用振动筛与旋流器组合起来进行泥水分离的方法。由振动筛把较粗的颗粒，一般在1.0mm以上的颗粒分离出来，然后由旋流器把较细的颗粒再分离出来。如果颗粒比较细，分离出来的土的含水量比较高，在其中掺入一定比例的吸水剂，如丙稀酸盐，这种吸水剂可吸去土中的水分，使原来流淌的土变成可运输的干土。
泥水系统的进排泥水的调配是确保挖掘面稳定的条件之一，同时也是确保泥水能正常输送不可忽视的一个很要环节。根据地质资料，顶管穿越的土质弱透水淤泥层。应采用密度较大、失水星较小的泥浆。以防粘土遇水膨胀，而造成土壁坍落破坏。所以，进浆泥水的比重调配在1.05~1.10之间。在施工中测试，排浆泥水的比重在1.25~1.30之间，此排浆泥水的比重能确保细砂在输送管内不易沉淀，也能确保挖掘面的稳定。
同时，地层含有较多杂物和贝壳，进入泥水循环系统的杂物和贝壳，容易堵塞排泥管和泥浆泵，可以设滤石箱，防止杂物和贝壳堵塞泵叶轮，同时还需及时清理滤石箱里的杂物和贝壳，保证循环系流无堵塞。
Claims (5)
1.一种新型长距离顶管全管道注浆工艺，其特征在于：
初始顶进
从破洞一直到第三节钢管全部推进入土中的全过程称之为初始顶进；初始顶进分为以下几步：
第一步是破洞：在破洞之前，洞口采用砖砌、混凝土或钢板封门；
第二步是让顶管机入土：当封门破除后，把顶管机刀盘开动，用主顶油缸徐徐把顶管机推入土中；这一过程中采取控制顶进速度和在顶管机左右两侧加设角撑的办法来防止顶管机壳体旋转；
第三步是控制顶进段的高程和中线；至此，初始推进工作完成，此时停下来进行一次全面的测量，并把测量数据绘成曲线，便于分析；
刀盘转速，扭矩的调整和控制
在顶进过程中，根据土质情况和顶进效果进行刀盘转速和扭矩的控制和调整；
正常顶进情况下刀盘应调至高转速、中低扭矩的状态工作，以获得较好的切削和土仓泥土搅拌效果；在施工中需停止刀盘回转时，应先停止顶进，让刀盘空转一段时间，观察到刀盘工作电流或工作油压开始回落后方可停止刀盘回转；在顶进过程中发现刀盘工作电流或油压异常上升时，应降低顶进速度或停止顶进，待刀盘电流或油压平稳后再按正常速度顶进；
当顶管机头发生自转时，应将刀盘回转方向调至与顶管机头自转相同方向进行顶管机头的旋转偏移纠正；
刀盘的重新启动应采取一切可能的措施降低启动阻力，在确认不会对设备造成破坏或进一步加大顶进困难后，方可加大扭矩启动刀盘；
正常顶进施工
出洞及试顶进工作结束后，即可进行正常的顶进施工，
正常顶进时，每顶进1000mm，测量不应少于一次；
一节管节顶进结束后，缩回主千斤顶，拆除洞口处的管线，吊放下一节，然后连接洞口处的管线，再继续顶进；
正常顶进施工时，每次推进进尺保持在800mm，推进速度保持在30~40mm/min，并根据地面监测、掌子面稳定和土体情况进行及时调整；
正常顶进过程中当主顶顶力达到其额定顶力的60%时需要安装中继间辅助推进施工；
中继间设置
随着顶进距离的增加，管壁与土体的摩阻力随之加大，长距离顶管应设置中继间，
中继间采用二段一铰可伸缩的套筒承插式钢结构件，由前体、后体、千斤顶、动力油泵站、止水密封圈五个部分组成；每个中继间配置一个中继泵站，
当管道贯通后，应进行中继间合拢，符合下列规定：
1）合拢时应拆除中继间内部组件，借助后部的中继间或主顶的推力将中继间合拢，合拢时应由前向后依次进行；
2）合拢后应对中继间接缝进行封闭处理；
3）顶管机头进入接收井后，对中继间前后管道压注双液浆，以防止外侧泥浆通过中继间渗漏；
注浆减阻
管道减阻从两方面着手：一是管材本身润滑，在管道外壁上涂刷润滑剂；二是注浆减阻；
注入的润滑泥浆在管子的外围形成一个比较完整的泥浆套，控制摩阻力减至3KN/㎡～5KN/㎡；
管段压浆
采用顶管机同步注浆和管段补浆两种方式进行减阻，即顶管机尾环向设补浆环，泥浆由此在管外壁形成泥浆套；其后管段部分在顶进时分步、同时补浆，补浆孔环形布置；
采用重叠压浆机理来控制注浆量，即每个压浆环压出去的浆都和下个压浆环的压浆范围重叠，压浆量控制在3～6倍建筑空隙以内。
2.根据权利要求1所述的新型长距离顶管全管道注浆工艺，其特征在于：每组顶进推力保留30%~40%的富余量。
3.根据权利要求1所述的新型长距离顶管全管道注浆工艺，其特征在于：中继间的规格型号与性能应相同，中继间顶力应留有余量，第一套中继间不宜小于40%，其余不宜小于30%；主顶施加的顶力应始终大于单套中继间的顶力。
4.根据权利要求1所述的新型长距离顶管全管道注浆工艺，其特征在于：当顶力达到中继间设计推力60%时，即需设置中继间；当总推力达到中继间总推力40%~60%时，设置第一只中继间，以后每当达到中继间总推力的70%~80%时，设置下一只中继间。
5.根据权利要求1所述的新型长距离顶管全管道注浆工艺，其特征在于：减阻泥浆配比为膨润土：CMC：纯碱：添加剂＝940：15：40：5。
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