分仓注浆减阻方式在长距离顶管中的应用_梁志坚.pdf

建筑施工第45卷第1期121分仓注浆减阻方式在长距离顶管中的应用梁志坚 杨瀛广州市第三市政工程有限公司 广东 广州 510060摘要：某电力管廊工程采用顶管施工，最大顶进长度达445 m，如何降低顶力是实现无中继间一次顶进的关键。为减少摩阻力以降低顶力，在管节上增加钢筋环，加大管节与土体之间的间隙，形成厚泥浆套以降低摩阻力，并形成分区注浆机构，储蓄泥浆，保证减阻效果。分析顶进过程顶力、摩阻力及注浆压力的变化规律，得出结论：监测计算得出的最大顶力低于目标控制顶力，并相对理论总顶力降低了约33.42%；摩阻力大幅降低，使得大管径顶管在不采用中继间的情况下实现超长距离一次顶进；泥浆套厚度的增大需增加注浆效率和压力；增大注浆压力后，地面无冒浆和隆起现象，且周边沉降符合设计要求。关键词：长距离顶管；分仓注浆减阻；摩阻力；无中继间；一次顶进中图分类号：TU99 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)01-0121-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.01.032Application of the Resistance Reduction Method by Grouting in Separate Silos in Long Distance Pipe JackingLIANG Zhijian YANG YingGuangzhou No.3 Municipal Engineering Group Co.,Ltd.,Guangzhou 510060,Guangdong,ChinaAbstract:A power pipe gallery project adopts pipe jacking construction,and the maximum jacking length is 445 m.How to reduce the jacking force is the key to realize one jacking without relay room.In order to reduce the friction to reduce the jacking force,add a reinforcement ring on the pipe joint,increase the gap between the pipe joint and the soil,form a thick slurry sleeve to reduce the friction,and form a zoned grouting mechanism to store slurry to ensure the effect of drag reduction.By analyzing the variation law of jacking force,friction force and grouting pressure during jacking,it is concluded that the maximum jacking force obtained from monitoring calculation is lower than the target control jacking force,and the relative theoretical total jacking force is reduced by about 33.42%;The friction force is greatly reduced,so that the pipe jacking with large diameter can realize the ultra long distance jacking at one time without the use of relay;The grouting efficiency and pressure shall be increased with the increase of the slurry jacket thickness.After the grouting pressure is increased,the ground will be free of grouting and uplift,and the surrounding settlement will meet the design requirements.Keywords:longdistance pipe jacking;resistance reduction by separate grouting;friction resistance;withoutrelay room;one jacking控制等措施，进一步减少了摩阻力；王乐等8研究了自动润滑注浆系统在复杂条件下顶管中的应用，在降低摩阻力的同时，能保证注浆压力并减少浆液的流失量，有利于泥浆套的保持；张益等9研究了水泥平衡顶管注浆减阻技术在小口径顶管中的应用，实现了可调控的注浆减阻功能，并通过试验确定了实现减阻效果最大化时的最佳泥浆配合比；柯海鹏等10以某大直径钢管顶管工程为背景，研究了施工顶进阻力的计算公式，推算出了最大顶进距离和中继间的设置个数；卢斌等11研究了无中继间顶管施工的适用条件，得出管材及千斤顶强度需要留有富余，后背墙应能均匀传递顶力，工作井整体土抗力应满足顶进需要。综上可见，学者们针对优化注浆减阻技术的研究中，均达到了降低顶力效果，但无中继间一次顶进距离较短，注浆减阻效果不明显；而中继间接力顶进虽大幅降低了顶力，且达到了较长的一次顶进距离，但设置中继间不仅会降低施工效率，增加成本，还会因中继间与管节材质不同顶管施工是利用千斤顶施加在管节上的顶力，克服各种阻力（主要为管节与土体之间的摩阻力），在土体中顶进管节的施工技术1-2。超大直径管道进行长距离顶管施工时，随着顶进长度的增加，摩阻力增大，所需的顶力随之增大，为使顶力满足后背墙及管节允许顶力要求，需采取有效措施降低顶力3-5。目前，降低总顶力的最有效措施包括优化注浆减阻和设置中继间接力顶进6，为此，学者做了大量研究。冯锐等7对单次顶管长度达969.94 m的钢顶管施工工程的减阻注浆技术进行了研究，通过优化泥浆配比和注浆作者简介：梁志坚（1975），男，本科，高级工程师。通信地址：广东省广州市越秀区环市东路358号5-6楼（510060）。电子邮箱：收稿日期：2022-08-09市政工程MUNICIPAL ENGINEERING20231Building Construction122而产生连接问题，甚至连接部位会成为整个管廊结构的薄弱点12。因此，本文以注浆减阻为切入点进行探索研究，在满足安全和质量的基础上，实现无中继间的一次顶进。1 工程概况以某电力管廊项目为示例工程，其中一个顶管区段采用内径3.5 m的级钢筋混凝土顶管，长度690 m，内部敷设12回路110 kV高压电缆，两端分设2个工作井，中间设置一个接收井。如图1所示，最大顶进长度位于4#5#工作井段，总长度445 m，顶管埋深12.9113.11 m。沿长度方向略呈S曲线，沿高度方向从箱涵之后开始呈曲线上行至5#工作井处，高差2.8 m，长度176 m。顶管与新光快速路面的净距为7.23 m，与佛莞城际铁路最小净距8.28 m，与地铁3号线最小净距10.14 m，顶进速度过快和过慢、注浆量及注浆压力控制不当等都易造成既有交通线路沉降，由此带来的次生影响较大，因此沉降控制严格，施工难度高。箱涵杂填土粉质黏土强风化岩地铁3号线淤泥佛莞城际线8.89 m8.28 m10.48 m7.23 m3.23 m0.5 m213 m176 m269 m4#10.14 m掉头车道新光快速淤泥5#6#AK0000.000AK0284.489AK0460.489AK0684.489图1 工程概况示意沿顶管线路分布的地层主要有第四系全新统人工填筑土层、第四系全新统冲积层、第四系坡积层、第四系残积层，下伏基岩为燕山期花岗岩。主要软弱土层为2层淤泥。1淤泥层局部分布，呈流塑状-软塑状，具有含水量特高、透水性差、压缩性高、灵敏性高、抗剪强度低、承载力低等特征。沿线地下水位埋藏较浅，勘察期间测得稳定水位埋藏深度为0.303.90 m，标高为4.1929.26 m。顶管施工采用日产伊势机公司TM型泥水平衡顶管机头，根据管径配备TM4140型泥水平衡顶管机头，长度5.6 m，外径4 160 mm。该机的刀盘可根据前方土压力的变化自动伸缩，伸缩的同时进泥量也可随之变化，使前方平衡土压力始终保持定值，该机种是目前平衡土压力最准确的顶管机，可保证地面沉降量最小。2 无中继间顶进的理论分析根据CECS 246：2008给水排水工程顶管技术规程13，无中继间顶管顶进阻力计算公式如下：F0D1L fkNf（1）式中：F0顶进阻力，kN；D1管道外径，取4.14 m；L管道设计顶进长度，取445 m；fk注浆后管壁与土的平均摩阻力，取最大值 5.0 kN/m2；Nf顶管迎面阻力，kN。其中，Nf计算公式为：Nf/4Dg2sHs（2）式中：Dg机头外径，取4.14 m；s土的重度，取19.5 kN/m3；Hs地面至掘进机中心的厚度，取最深值17.0 m。按式（1）、（2）计算出顶管总顶力F033 384.31 kN。混凝土管道允许顶力设计值计算公式如下：Fdc0.5123 fc Ap/(Qd5)（3）式中：Fdc混凝土管道允许顶力设计值，kN；1混凝土材料受压强度折减系数，可取0.90；2偏心受压强度提高系数，可取1.05；3材料脆性系数，可取0.85；5混凝土强度标准提高系数，可取0.79；fc混凝土受压强度计算值，取23 100 kN/m2；Ap管道最小有效传力面积，m2；Qd顶力分项系数，可取1.3。按式（3）计算出管节允许顶力Fdc34 689.13 kN。工作井后背墙允许推力计算公式如下：RaB(H 2Kp/2+2chKphHKp)（4）式中：R总推力之反力，一般大于推力的1.21.6倍；a系数，一般在1.52.5之间，此处取2；B后座墙的宽度，此处取5.0 m；土的容重，素填土取17.5 kN/m3；H后座墙的高度，此处取2 m；Kp被动土压系数；c土的内聚力，一般情况下取30 kPa；h地面到后座墙顶部土体的高度，此处取14 m。按 式（4）计 算 出 工 作 井 后 背 墙 允 许 推 力 R 42 073.15 kN。由上可知：管节允许顶力Fds34 689.13 kN顶管总顶力F033 384.31 kN，后背允许顶力R42 073.15 kN顶管总顶力F033 384.31 kN。顶管总顶力虽然小于后背墙允许顶力，但与管节允许顶力已经非常接近，几乎没有安全系数富裕，设计阶段根据给水排水顶管技术规程计算出需增设中继间的数量为2个。如果要取消中继间，考虑到施工各环节的质量控制及设备运行影响因素，以及顶管路线将穿越杂填土路段的情况，为保证施工安全和顺利顶进，取1.5安全系数，需将总顶力控制在F0 23 126.09 kN以下才能满足顶力要求。由于在长距离顶管中，管节与土体的摩阻力远大于顶管机头正面阻力，且顶力计算公式中，其他各项参数基本梁志坚、杨瀛:分仓注浆减阻方式在长距离顶管中的应用建筑施工第45卷第1期123固定，在不使用中继间的情况下，降低管壁与土的平均摩阻力fk是最优解决方式，根据公式反推计算，满足DN3 500钢筋混凝土管在可塑粉质黏土一次顶进445 m的最大摩阻力应不超过 fk3.23 kN/m2。因此，采取何种方式降低摩阻力是大直径超长距离顶管的解决关键。在实际施工中，示例工程在采取使用进口膨润土材料、优化配合比、管壁熔蜡等措施的基础上，创新采用一种钢筋环分仓注浆装置，增加泥浆套厚度和注浆效率，使其成为降低摩阻力的最有效手段。3 分仓注浆减阻技术3.1 分仓注浆减阻的机制和作用注浆减阻工艺是在管节