纏繞式壓密注漿法在定向鉆穿越工程中的應用

李偉 賈烊 文向峰

（1中建五局土木工程有限公司，湖南 長沙 410004；2中國建筑國際工程公司，北京 100029）

0 引言

采用水平定向鉆進行過路管道的牽引施工時，擴孔直徑一般為套管外徑的1.1～1.3倍，套管與泥壁間的空隙暫時由護壁泥漿填充[1]。受制于泥漿體較差的抗變形能力，在道路活載和土體自重的作用下，泥壁會發(fā)生蠕變甚至坍塌，致使地面產(chǎn)生沉陷。

目前，通常采取壓密注漿法對套管周身的泥漿進行置換，漿液會擠壓土體并充填剪切裂縫，達到強化土體承載能力的效果[2]。馬點飛等[3]以中俄原油管道穿越工程為例，介紹了采用鋼套筒結(jié)合壓密注漿的入、出土段穩(wěn)管工藝。魏立鵬等[4]利用三道不同長度的注漿管進行壓密注漿作業(yè)，注漿管由同一側(cè)拖入，且均固定在套管底部。對于定向鉆牽引管道二次注漿施工，國內(nèi)暫無詳細的規(guī)范要求。中國建筑泗洪項目部在注漿管布設(shè)方面進行創(chuàng)新，提出了實用性較強的“纏繞式壓密注漿施工方法”，能夠為同類工程提供參考。

1 纏繞式壓密注漿法

1.1 施工準備

水平定向鉆管道擴孔完成后，形成的孔位結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 擴孔布置圖

注漿管采用PE管材，為避免產(chǎn)生過多余料，需要對注漿管長度合理取值。注漿管長度L1按式（1）計算：

其中：L2為套管長度（m）；D1為注漿管外徑（m）；D2為套管外徑（m）；S為螺距（m）。

為使孔位兩端均有注漿管露出，以方便連接灌漿泵，在公式中考慮了注漿管0.8m的富余長度。第一次施工時，螺距S尚未知，建議布置1.5倍于套管長度的注漿管，記錄下鉆頭轉(zhuǎn)速、牽引速度、管材型號、螺距等關(guān)鍵參數(shù)。下次施工前，可使用式（1）預估注漿管長度。在注漿管上鉆出直徑10mm、間距1m的小孔，注漿管放置于套管同一側(cè)，然后將定向鉆鉆頭分別與套管、注漿管連接。

1.2 注漿管行進纏繞

定向鉆鉆頭同時回拖套管和注漿管進入孔位，注漿管在扭力、拉力和摩擦力的共同作用下，按螺距S順勢纏繞在套管表面，拉至設(shè)計終點樁號。圖2為注漿管行進纏繞的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 纏繞式壓密注漿法結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 壓力灌漿

現(xiàn)場制備水泥漿，首先在出土側(cè)利用灌漿泵將水泥漿注入注漿管。停止注漿分兩種情況：若兩側(cè)管口均能持續(xù)冒漿1min以上，則注漿完成；若僅一側(cè)持續(xù)冒漿，則轉(zhuǎn)移材料設(shè)備至另一側(cè)注漿，直至出現(xiàn)第一種情況為止。

1.4 施工流程

纏繞式壓密注漿施工方法的操作步驟為：材料設(shè)備就位→PE注漿管鉆孔→鉆頭與管件連接→管件回拖→解除構(gòu)件連接→漿液制備→壓力灌漿→清場退場。

2 工法特點

傳統(tǒng)施工方法采用兩根與套管等長的鋼管作為注漿管，相比之下，本工法具有以下優(yōu)勢：

1）施工效率高

PE注漿管重量較輕，易于安裝；單根注漿管在鉆頭的帶動下自動纏繞在套管表面，省去了定位綁扎雙側(cè)注漿管的工作；注漿完成后，注漿管無需拔出。

2）加固效果好

漿液通過密集的注漿孔環(huán)向注滿管道周身的空隙，提高了土體的致密程度和抗變形能力；PE管材自身抗腐蝕性能較好，包裹在牽引管周圍，節(jié)省漿液用量的同時，避免注漿管滑移造成孔壁擾動。

3）經(jīng)濟效益顯著

管材長度減少，造價降低；相比鋼管，PE注漿管具有顯著的成本優(yōu)勢，且PE注漿管重量輕，節(jié)省了運輸成本。

3 技術(shù)要點

3.1 注漿管處理

1）選擇合適的PE注漿管尺寸。注漿管外徑應小于套管與孔位設(shè)計直徑差的1/2，為漿液的流動預留空間，避免管件回拖過程中強烈擾動孔壁。但注漿管不宜過細，否則會影響注漿效率。

2）在注漿管前端貫穿兩排直徑10mm的小孔，利用鋼絲繩、鐵絲以及U型鍍鋅鋼卡扣將注漿管固定在定向鉆鉆頭的扣件上。

3.2 注漿管纏繞

1）由于定向鉆單根拉管長度有限，需要進行人工卸管，因此管件在洞內(nèi)為間歇式前進。但間歇時間不宜過長，以免泥漿護壁失效，管道內(nèi)部發(fā)生坍塌。

2）鉆頭轉(zhuǎn)速宜取低值且保持穩(wěn)定，較低的轉(zhuǎn)速對泥壁的擾動更小，有利于維持孔壁的穩(wěn)定。

3）在定向鉆回拖管件的過程中，于孔位入口處和與之相隔一定距離的位置處各安排一名工人，輔助注漿管的均勻纏繞。

3.3 漿液制備

利用水泥攪拌機現(xiàn)場制備水泥漿。根據(jù)設(shè)計地基承載力要求，進行漿液制備。由于雙漿液（水泥漿和水玻璃）成本較高，普遍采用純水泥漿作為漿體。對于純水泥漿，隨著水灰比的增大，其黏度、結(jié)石率和抗壓強度會顯著降低，而初凝時間和終凝時間會延長，因此需要確定合適的水灰比[5]。

3.4 壓力灌漿

1）注漿前將灌漿泵壓力調(diào)試準確，注漿壓力可通過現(xiàn)場試驗確定，一般不超過1.0MPa。試灌漿液為清水或較稀的水泥漿。

2）計算注漿量時，需要考慮套管與泥壁之間的空隙體積，以及漿液在壓力作用下的擴散半徑。在灌漿壓力持續(xù)的情況下，應當以最大流量輸送水泥漿，以提高置換管道周圍泥漿的速度，避免泥漿固結(jié)造成灌漿困難。

4 工程實例

在泗洪項目中，定向鉆牽引長度約為10km，共計240處，采用的是DN630PE套管和DN40PE注漿管。設(shè)計地基承載力不小于140kPa，水灰比取1:1，采用P.O42.5普通硅酸水泥。纏繞式壓密注漿施工現(xiàn)場情況見圖3。

圖3 施工現(xiàn)場

5 結(jié)語

1）定向鉆回拖管件后應當及時進行壓密注漿，有利于防范地基的后期沉降。相比傳統(tǒng)的雙鋼管注漿法，纏繞式壓密注漿法成本低，施工效率高，有良好的應用前景。

2）對于纏繞式壓密注漿法，預先確定合理的注漿管長度是一個關(guān)鍵點。隨著工程應用的增加，可以建立螺距與管材型號、定向鉆施工參數(shù)的對照表，以便快速計算注漿管長度。