自動潤滑注漿系統(tǒng)在長距離頂管隧道施工中的應用

劉小林，廖 瀟，王 樂，郅永強，李曉仕

中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊

1. 工程概況

富春江頂管工程是杭州天然氣有限公司投資建設，由杭州市城鄉(xiāng)建設設計院有限公司設計，位于富陽市淥渚鎮(zhèn)新港村與桐廬縣江南鎮(zhèn)之間，在窄溪大橋上游穿越富春江。該頂管工程采用泥水平衡工法穿越，隧道長658.05 m，內(nèi)徑2400 mm，混凝土管長2500 mm，壁厚230 mm，隧道防水等級為二級。

頂管隧道軸線分為4次變坡，首先以10.5%下行至80.44 m，變至曲線半徑為4300 m頂進274.1 m，再以曲線半徑1200 m頂進222.46 m，最后以14.5%上行71.57 m到達接收井。隧道穿越地層分別為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層、中細砂巖層、中粗砂巖層、礫砂巖層、粉質(zhì)黏土層、圓礫巖層、中風化砂巖層、強風化砂巖層、圓礫層、卵礫石層、粉質(zhì)黏土層和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。

2. 自動潤滑注漿系統(tǒng)

2.1. 自動潤滑注漿工藝流程

氣壓艙外操艙人員需要密切關注艙內(nèi)人員動態(tài)，并隨時與艙內(nèi)人員保持溝通，詢問艙內(nèi)人員身體狀況，并與地面負責人保持聯(lián)系，注漿工藝流程見圖1。

Figure 1. The process of automatic lubrication grouting圖1. 自動潤滑注漿工藝流程

2.2. 自動潤滑注漿設備及附屬設施

注漿設備及附屬設施投入見表1。

Table 1. The list of modified grouting equipment and ancillary facilities表1. 改性注漿設備及附屬設施投入一覽表

2.3. 自動潤滑注漿技術要求

2.3.1. 注漿材料選擇

注漿材料應選擇制備后的漿液具有黏度較高、失水量小、穩(wěn)定性好、流動性好等特性。注漿材料分為主材和外加劑兩類。主材為膨潤土，膨潤土為鈉基膨潤土，外加劑主要包括CMC (羧甲基纖維素)、純堿。

2.3.2. 漿液配比、注漿量及壓力的確定

漿液配比(包括材料組成、技術指標等)由工程現(xiàn)場實驗室根據(jù)地質(zhì)狀況、頂進距離等確定(表2)，并在實際使用中不斷調(diào)整，以達到最佳潤滑效果。

Table 2. The index and parameters of slurry performance表2. 漿液性能指標參考

注漿量應首先計算出理論注漿量，然后根據(jù)理論注漿量、地質(zhì)狀況等確定實際注漿量。實際注漿量計算公式為：

式中：V為實際注漿量，m3；r1為頂管機開挖直徑，m；r2為頂管隧道外徑，m；L為頂進長度，m；f為實際注漿量與理論計算注漿量之間的差異系數(shù)，通常取1.5～3.0。

注漿壓力應根據(jù)漿液注入位置的地層水土壓力確定。通常注漿壓力應大于水土壓力0.1～0.2 MPa，也可由工程現(xiàn)場試驗確定，并根據(jù)施工的實際情況進行調(diào)整。注漿時應盡量是填充，而不是劈裂，以避免擾動管節(jié)周圍的地層而引起地面甚至隧道的沉降[1] [2]。

2.3.3. 注漿結束標準

采用注漿壓力和注漿量雙指標控制標準，即當注漿壓力達到設定值或注漿量達到理論注漿量時，即認為達到了注漿質(zhì)量要求。

2.4. 自動潤滑注漿系統(tǒng)組成

頂管機配置有自動潤滑系統(tǒng)(圖2)，該系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)全自動化控制，根據(jù)地質(zhì)條件確定注漿量，實現(xiàn)注漿壓力控制，測定摩擦力，打印生成報表等功能[3] [4]。該套系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：① 可以根據(jù)地層情況確定注漿量，控制不超量注漿，節(jié)約項目成本；② 可以有效潤滑，減小地層阻力，進而減少中繼間的使用數(shù)量，節(jié)約成本和時間；③ 可以有效減小摩擦阻力，提高掘進速度。使用該潤滑系統(tǒng)，可以使摩擦力(黏土、砂、卵石層)由0.2～0.5 t/m2降至0.1 t/m2。

Figure 2. The schematic diagram of lubrication and grouting system圖2. 潤滑注漿系統(tǒng)示意圖

2.5. 注漿系統(tǒng)安裝

注漿系統(tǒng)安裝分為注漿設備安裝和附屬設施安裝。

1) 注漿設備安裝。自動注漿潤滑系統(tǒng)的制漿機、儲漿罐、注漿泵為集成化設計，三者連為一體，便于安裝。該整體設備安裝應盡量接近始發(fā)工作井安裝，安裝位置地面應平整、堅實。額外安裝的ZJ-800制漿機應盡量靠近儲漿罐和泥漿箱(或泥漿池),并通過三通管路連接自動潤滑注漿系統(tǒng)的儲漿罐和泥漿箱(或泥漿池)連接。注漿站隨著頂管機不斷向前頂進，沿著頂管隧道依次向始發(fā)洞口方向安裝。頂管機尾部0～20 m范圍內(nèi)的隧道，注漿站安裝數(shù)量應加密，保證泥漿套的形成。隨后的注漿站的間距可適當放寬，但兩注漿站的間距不宜大于20 m?？諌簷C安裝于控制室集裝箱內(nèi)。

2) 附屬設施安裝。注漿管包括地面上、主機內(nèi)、拖車上、隧道內(nèi)和豎井內(nèi)的所有主管路和分支管路，由鋼管和軟管組成，并在適當位置安裝閥門和壓力表。地面、豎井、隧道內(nèi)的主管路為DN50管徑，拖車和注漿站的管路為DN25管徑，主機內(nèi)管路為4分(DN12)管徑。

3. 結論

1) 在長距離頂管施工中，應重視潤滑泥漿的設計，根據(jù)地質(zhì)情況選取合適的注漿材料和潤滑泥漿指標，可以有效地減小頂進阻力填充空隙，有助于形成漿套，實現(xiàn)長距離頂進施工。

2) 自動潤滑注漿可以從注漿的目的、注漿材料的選擇、注漿工藝等方面來達到最佳泥漿潤滑注漿效果。

3) 自動潤滑注漿系統(tǒng)的應用，良好的潤滑減阻效果，使頂管頂進頂力達到最小，確保了長距離頂管隧道施工的成功。

[1] 王開運. 淺談曲線頂管施工技術[J]. 科技向?qū)? 2013(17): 99.

[2] 吳榮榮. 泥水平衡式曲線頂管施工階段技術研究[J]. 工程施工技術, 2013(9): 113-115.

[3] 陳勇, 陳永光, 黃以華. 長距離曲線頂管技術在電力管道工程中的應用[J]. 非開挖技術, 2014(4): 32-36.

[4] 鐘曉暉. 長距離管道頂進注漿減阻施工技術應用[J]. 建筑施工, 2010, 32(11): 1155-1157.