【摘要】頂管施工技術(shù)因其安全實(shí)用性受到廣大施工人員青睞,特別是人工掘進(jìn)式頂管技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類非開挖掘進(jìn)式管道鋪設(shè)工程中。為進(jìn)一步提升人工掘進(jìn)式頂管施工技術(shù)在加固回填土地層方面的工程質(zhì)量和施工效率,文章介紹了一種回填土地層注漿加固裝置,提出了相應(yīng)施工工藝流程和保障施工質(zhì)量的措施。研究結(jié)果表明,該裝置在對(duì)人工掘進(jìn)式頂管法穿越長(zhǎng)距離回填土地層和軟土地層展現(xiàn)了良好的提升效果。
【關(guān)鍵詞】回填土;土體加固;注漿裝置;施工技術(shù)
【中圖分類號(hào)】TU744 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028(2025)01-0116-03
0 引言
在地下管網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中,頂管法因?qū)χ苓叚h(huán)境的影響較小而被廣泛應(yīng)用于各類工程項(xiàng)目[1]。其中,人工掘進(jìn)式頂管法是一種非開挖施工方法,具有操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì),在地下管網(wǎng)施工領(lǐng)域中廣受應(yīng)用[2]。然而,隨著城市地下管網(wǎng)的擴(kuò)展和重復(fù)建設(shè),地下管道的埋深逐步增加,地質(zhì)條件也變得越來(lái)越復(fù)雜。為促進(jìn)城市發(fā)展,許多地區(qū)選擇填埋和造地,這導(dǎo)致頂管法在施工穿越過(guò)程中面臨著越來(lái)越深厚的回填土地層[3]。這些回填土地層包含泥塊、沙土、大石塊和建筑垃圾等復(fù)雜成分,給頂管法施工帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。
潘泓佑[4]結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目,對(duì)雨污水管道工程中的頂管施工技術(shù)進(jìn)行了全面評(píng)估與優(yōu)化,解決了傳統(tǒng)開挖方法帶來(lái)的問(wèn)題。劉志發(fā)[5]對(duì)土壓平衡頂管施工在穿越市政主干道過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了深入研究,發(fā)現(xiàn)該技術(shù)顯著提高了工程質(zhì)量,為類似項(xiàng)目提供了參考。王偉等[6]對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下長(zhǎng)距離大口徑頂管施工的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了深入分析,并結(jié)合具體施工項(xiàng)目,提出了有效的施工技術(shù)方案。這些措施成功解決了諸多施工難題,從而確保了頂管施工質(zhì)量。
在確保施工質(zhì)量與安全的基礎(chǔ)上,高效、有序地實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)并嚴(yán)格控制施工成本,一直是業(yè)界不斷追求的方向。為提升人工掘進(jìn)式頂管法施工的成型質(zhì)量,本文研制了一套回填土地層注漿加固裝置。在實(shí)施人工掘進(jìn)式頂管法施工前,通過(guò)自主制作的鋼花管對(duì)回填土地層進(jìn)行注漿預(yù)加固處理,經(jīng)注漿加固后,地層土體得以密實(shí)固結(jié),顯著提高了其固結(jié)性能和地基承載力,進(jìn)而有效提升了施工效率與安全性。
1 回填土地層注漿加固裝置研發(fā)
注漿加固裝置屬于定制產(chǎn)品,通常采用壁厚為3 mm、直徑為90 mm的鋼管加工而成。鋼管壁面設(shè)有梅花形排列的孔洞,孔洞之間的間距為0.15 m×0.15 m,每個(gè)孔洞的直徑為8 mm,開孔高度與注漿高度保持一致。同時(shí),鋼管的端部配備了鋼板封堵,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
鋼管的連接處采用專用套管,接頭鋼管的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為120 mm,并在接頭周圍進(jìn)行焊接,以確保連接的牢固性和可靠性。在完成鋼管加工后,首先需要進(jìn)行自檢并確認(rèn)合格,然后再向監(jiān)理工程師申請(qǐng)?jiān)敿?xì)核查,包括鋼管的型號(hào)規(guī)格、連接狀態(tài),以及注漿孔的尺寸、位置和間距等重要參數(shù),以確保整個(gè)工藝流程的質(zhì)量和安全性。
2 回填土地層注漿加固施工工藝
城市回填土多為拋填土,主要包括砂泥、夾砂泥巖塊石、碎石、粉質(zhì)黏土、建筑垃圾及廢棄物等。其特征表現(xiàn)為未經(jīng)充分碾壓密實(shí),自然沉降時(shí)間短、土質(zhì)均勻性差、空隙率大、結(jié)構(gòu)松散,并且易受到擾動(dòng)而引發(fā)坍塌和塌陷等地質(zhì)災(zāi)害[7]。因此針對(duì)以上問(wèn)題,多采用回填土地層注漿加固,具體施工工藝流程如圖2所示。
2.1 施工準(zhǔn)備
依據(jù)施工圖紙,明確注漿孔的位置、注漿花管的埋設(shè)深度及截面尺寸,進(jìn)而確定相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備。同時(shí),加強(qiáng)與設(shè)計(jì)單位及監(jiān)理單位的技術(shù)溝通,編制安全專項(xiàng)施工方案,在獲得總監(jiān)理工程師審批后方可實(shí)施。
2.2 鉆機(jī)引孔
完成施工準(zhǔn)備后,測(cè)量人員將根據(jù)注漿孔位圖進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量和放線,并在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置清晰的標(biāo)識(shí)。鉆機(jī)應(yīng)安裝穩(wěn)固平整,鉆孔偏斜尺寸不得超過(guò)總長(zhǎng)度的1%。鉆孔施工順序按照先從兩側(cè)開始,再向中間推進(jìn),直至孔深達(dá)到設(shè)計(jì)要求后停止鉆進(jìn),至此本孔的鉆孔任務(wù)結(jié)束。在鉆孔過(guò)程中,需要確保記錄的完整性和量測(cè)的準(zhǔn)確性,從而準(zhǔn)確描述地層巖性、孔深及回水等情況。
2.3 鋼花管安裝
鉆機(jī)引孔任務(wù)結(jié)束后,隨即進(jìn)行鋼花管安裝,注漿鋼花管可在地面一次加工成型后進(jìn)行整體吊裝。如果無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體吊裝,則可采用人工現(xiàn)場(chǎng)分段拼接的方法[8]。在鋼花管的安裝過(guò)程中,需與鉆孔順序保持一致,即先鉆先裝、后鉆后裝。中間的注漿鋼花管安裝高度應(yīng)高出地表300 mm,以便在注漿完成后順利拔出。而兩側(cè)的鋼花管的安裝高度可不露出地面,注漿完成后,該部分鋼花管不予拔除,作為土體加固的一部分發(fā)揮作用。
2.4 水泥-水玻璃雙液漿制備
水泥水玻璃雙液漿的制備材料包括P .O 42.5水泥、潔凈自來(lái)水,以及模數(shù)在2.4~2.8之間的水玻璃。其中,水泥通過(guò)80/um方孔篩的篩余量不超過(guò)5%,水玻璃波美度應(yīng)保持在30~40 oBé之間。
根據(jù)表1所示的配比進(jìn)行制漿,水泥和水按配比準(zhǔn)確稱量,確保稱量誤差小于5%。稱量后,將混合物放入高速攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌,攪拌時(shí)間應(yīng)大于300 s,攪拌結(jié)束后過(guò)篩的液漿即為施工所需的注漿材料。制備好的漿液應(yīng)在4 h內(nèi)使用完畢,并在寒冷季節(jié)施工時(shí),應(yīng)確保漿液溫度維持在5~40 ℃之間。
2.5 注漿
雙液漿采用雙管雙泵的注漿方式,A液和B液分別泵送,經(jīng)過(guò)500 mm注漿管道混合后注入孔底,單液漿僅使用水泥漿。在料筒充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?,通過(guò)注漿泵注入孔內(nèi),向頂管線路的中間孔注入水泥漿進(jìn)行填充加固。水泥漿的水灰比約為1.0,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。當(dāng)要求快速凝固時(shí),可以選擇快硬水泥或在水中添加水泥用量的1%~2%的速凝劑;而若要求緩凝,則可摻加水泥用量的0.1%~0.5%的木質(zhì)素磺酸鈣或改性磷石膏等其他外加劑,以調(diào)節(jié)水泥漿的性能[9]。
注漿作業(yè)應(yīng)沿頂管管道外邊緣兩側(cè)各1 m、底部下方1 m,以及頂部上方3 m的區(qū)域,采用自下而上、分段循環(huán)的灌漿方式進(jìn)行施工,按照“先兩邊,后中間,依次推進(jìn)”的施工順序。首先,通過(guò)鋼花管對(duì)管道兩側(cè)進(jìn)行引孔,注入水泥-水玻璃雙液漿,在1 m范圍內(nèi)形成一個(gè)相對(duì)密閉的區(qū)域,達(dá)到類似于“止水帷幕”的效果,構(gòu)建“止?jié){帷幕”,降低漿液的流失和浪費(fèi)。然后,注入水泥漿對(duì)預(yù)加固區(qū)域進(jìn)行填充和加固,以實(shí)現(xiàn)回填土地層的預(yù)加固。
注漿順序是從兩側(cè)逐步向中間推進(jìn)的,因此在實(shí)際注漿之前,應(yīng)設(shè)置試驗(yàn)段,以便統(tǒng)計(jì)相關(guān)的注漿參數(shù),為后續(xù)施工提供必要的技術(shù)支持。在注漿過(guò)程中,應(yīng)將注漿壓力控制在0~1 MPa,當(dāng)注入速率不大于0.4 L/min時(shí),持續(xù)灌注60 min。若注入速率保持在1 L/min以下,則持續(xù)灌注90 min。一旦地面出現(xiàn)持續(xù)冒漿現(xiàn)象,則應(yīng)立即停止注漿。整個(gè)注漿施工過(guò)程須詳細(xì)記錄關(guān)鍵參數(shù),包括鉆孔深度、每個(gè)輪次的注漿壓力、注漿量、注漿時(shí)間和總注漿量等。
在注漿作業(yè)完成后,采用專用設(shè)備小心拔除位于頂管線路中間的鋼花管,并向孔內(nèi)灌注水灰比為0.5:1的濃漿,確保其壓力與灌漿壓力保持一致,控制在0~1 MPa。當(dāng)封孔注入率不大于1 L/min時(shí),延續(xù)灌注30 min后停止。位于頂管線路兩側(cè)的鋼花管將保留不予拔除,融入土體加固組成的整體結(jié)構(gòu)中。灌漿結(jié)束后,在養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到14、28 d時(shí),分別對(duì)其灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢查驗(yàn)收,主要通過(guò)鉆孔檢查的方式進(jìn)行,每隔3 m設(shè)置一個(gè)檢查孔。結(jié)合鉆孔數(shù)據(jù)、巖芯取樣資料、灌漿日志和其他相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行綜合分析評(píng)定。如發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,應(yīng)加強(qiáng)檢查頻率,若成形質(zhì)量不佳且不符合設(shè)計(jì)要求,應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)單位溝通,制定相應(yīng)的處理方案。
3 回填工程質(zhì)量保證措施
3.1 原材料質(zhì)量控制
1)頂管管道采用專用的管材,其荷載等級(jí)應(yīng)達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn),制作和檢驗(yàn)過(guò)程按照J(rèn)C/T 640—2010《頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管》標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行操作。預(yù)制高強(qiáng)度鋼筋混凝土圓管應(yīng)使用C50混凝土,抗?jié)B等級(jí)不低于S8,水泥和水玻璃的質(zhì)量必須符合現(xiàn)行國(guó)家及相關(guān)部門的標(biāo)準(zhǔn)要求,并由專人負(fù)責(zé)采購(gòu)。
2)水泥倉(cāng)庫(kù)應(yīng)設(shè)在地勢(shì)較高、干燥且交通便利的地點(diǎn),并配備適當(dāng)?shù)呐潘屯L(fēng)設(shè)施。在儲(chǔ)存袋裝水泥時(shí)應(yīng)設(shè)置防潮層,堆放高度不得超過(guò)15袋,遵循“先到先用”的原則,如儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間超過(guò)三個(gè)月,使用前須重新檢驗(yàn)。
3)水玻璃須密封保存于陰涼干燥處。入庫(kù)前,負(fù)責(zé)保管的人員必須檢查合格證、材料化驗(yàn)單及單位質(zhì)量證明書等相關(guān)文件,確保其齊全,并按照要求進(jìn)行抽樣送檢。
4)頂管管片的質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí),須對(duì)管片質(zhì)量進(jìn)行取樣及送檢,材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查,并做好管片在現(xiàn)場(chǎng)的妥善保存工作。
3.2 回填土區(qū)域預(yù)加固質(zhì)量控制
1)鉆機(jī)的安裝應(yīng)確保地面平整穩(wěn)固,以避免在水平方向或垂直方向上出現(xiàn)任何位移。在鉆桿上加裝導(dǎo)向器,間隔5 m,最后一組導(dǎo)向器距離鉆具應(yīng)保持間隔2 m以內(nèi)。所有鉆探材料,包括鉆桿、主軸、鉆桿接頭、鉆具及其他連接件,必須符合鉆探的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),鉆桿、立軸與巖芯管兩端的同心度不得超出0.25 mm,彎曲度不得超過(guò)0.75 mm/m。
2)在設(shè)定鉆進(jìn)參數(shù)時(shí),應(yīng)根據(jù)不同的鉆頭類型進(jìn)行調(diào)整。使用針狀合金鉆頭時(shí),鉆機(jī)轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過(guò)200 r/min;使用金剛石鉆頭時(shí),轉(zhuǎn)速則不得超過(guò)900 r/min。在鉆進(jìn)過(guò)程中,需定期檢查鉆機(jī)的位置,如發(fā)現(xiàn)松動(dòng),應(yīng)立即校正并加固,確保嚴(yán)格控制孔斜度,孔底偏斜率應(yīng)符合規(guī)范要求。
3)在注漿前,可用水泥稀漿沖洗開裂隙,以促進(jìn)漿液的順暢滲透。沖洗2 min后,迅速使用水泥濃漿或C-S雙液漿控制漿液的擴(kuò)散距離,從而節(jié)省材料并縮短注漿時(shí)間。當(dāng)出現(xiàn)注漿壓力穩(wěn)定而注入率持續(xù)降低,或者在注入率不變而注漿壓力不斷上升時(shí),應(yīng)保持水灰比不變。若某一等級(jí)的普通水泥漿注入量超過(guò)300 L或注漿時(shí)間達(dá)到30 min,而且注漿壓力和注入率均無(wú)顯著變化時(shí),應(yīng)考慮提高水泥漿的等級(jí)。在提升至下一級(jí)漿液后,若吸漿率在短時(shí)間內(nèi)突然減小,則應(yīng)立即恢復(fù)使用前一級(jí)漿液進(jìn)行注漿,確保管路暢通無(wú)阻。
4 結(jié)語(yǔ)
在采用人工掘進(jìn)式頂管法施工之前,使用自制的鋼花管對(duì)回填土層進(jìn)行注漿預(yù)加固處理,不僅能使土體更加密實(shí)穩(wěn)固,提升人工掘進(jìn)式頂管法施工的成型質(zhì)量,而且在固結(jié)完成后可降低管道頂進(jìn)時(shí)的摩擦阻力,進(jìn)一步提高施工效率。
本文提出的施工工藝流程能夠使管道周圍土體形成了一個(gè)密實(shí)的固結(jié)結(jié)構(gòu),從而提高人工掘進(jìn)式頂管法施工的安全系數(shù),降低施工風(fēng)險(xiǎn)。此外,該施工工藝可適用于長(zhǎng)距離穿越回填土地層和長(zhǎng)距離穿越松散軟土地層,對(duì)人工掘進(jìn)式頂管法穿越長(zhǎng)距離回填土地層或軟土地層有較好的提升效果。
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[作者簡(jiǎn)介]王志龍(1988—),男,江西吉安人,碩士,高級(jí)工程師,研究方向:巖土工程。
[通信作者]周思思(2002—),女,湖南常德人,碩士研究生,研究方向:土體固化。