建筑技术 | 内径4 m顶管粉细砂液化地质卡管脱困研究

1 工程概况

拟建项目位于杭州市临平区，工程双线顶管电力隧道净间距5 m，8~9号区间长435.9 m，均为直线段，内径4 m，外径4 640 mm。覆土厚度约11~13 m，管节标准环每段2.5 m，厚0.32 m。采用1台SPB–H4000 B4A泥水平衡顶管机施工，小里程向大里程顶进。

场区浅层地下水属孔隙性潜水,主要赋存于表层填土、上部③层粉土、粉砂中，赋水量较大，补给来源主要为大气降水及地表水，浅层地下水水位年变幅为1.0~2.0 m，地下水位随季节性变化。施工期间测得水位埋深0.00~4.50 m，对应高程为–1.90~8.69 m。

2 顶进受阻原因分析

（1）长时间停工导致受阻。2023年5月20日，废泥浆停运导致停工、机械故障致使停工5 d；2023年6月1~18日，杭州市区除抢修抢险工程外，禁止城区所有建筑工程在中高考期间夜间施工作业，禁止夜间施工作业，停工18 d；2023年6月22日，顶管穿越城市绿地，绿地内发现有膨润土泥浆流出，正常顶力1 800 t，顶力无进尺。

（2）勘察资料分析。③_7–1层层状粉砂：灰色，稍密状，局部松散，饱和，表现为粉砂与淤泥质粉质粘土互层。粉砂单层厚度3~5 cm，淤泥质粉质粘土单层厚度为2~3 cm，层厚比约为2∶1。静力触探锥尖阻力q_c=2.76~6.44 MPa，平均值4.57 MPa，侧壁摩阻力f=41.4~139.2 kPa，平均值75.4 kPa。该层属中等压缩性透水层，工程性能较差，易坍塌变形、易产生管涌、流砂及振动液化流动。

3 管道脱困关键技术

3.1 受阻分析与脱困思路

在外界因素影响下顶进作业不连续。③_7–1层液化流失使覆土坍塌压管，导致阻力增大。勘察钻孔封堵不密实，减阻泥浆在加压条件下击穿土层，区域地层液化形成通渠喷流至地面。导致管壁与土体间未形成连续且封闭的泥浆减阻系统，使顶进阻力增大。顶进施工过程需积极政策处理，保证施工连续；封堵勘探孔，加强巡视与监测。通过优化减阻泥浆配合比，降低区域液化土层流窜量，同时快速在已包裹管材的周边土体渗透再次形成泥浆套，增强减阻效果。

判定顶力殆尽点，在其后管缝处增设中继顶力，利用千斤顶作用于管缝两侧，使承口与插口分开10 cm，以起到中继间续顶效果。在管道与后背能承受前提下增加顶力，通过中继间提供局部大顶力，瞬间极限顶力冲开对管道包裹，随后恢复正常。

3.2 判定受阻管节区间

将表面式振弦式应变计的2个端块用电弧焊焊接固定在管缝两侧表面，以监测顶力的应变。收集数据可确定顶力消失殆尽及判定安装中继间加设位置。冒浆区域对照地勘报告为粉细砂地质。由图1可知，在顶力1 200 t/1 800模式下，在机头后第24管节附近顶力消失殆尽，选取第12节、28节增加2组中继间。

图1 管节应力分析

4 中继间施工

在管缝间由下至上安装12 块钢制L形反力架，反力架间距10 cm均匀布置于肋板。反力架及槽钢通过锚栓与管壁固定。螺栓间距350 mm钻孔设置好控制深度措施，钻孔深度控制在管壁2/3。为了顶力更好地传递，使反力架拼装接缝处背顶靠槽钢，槽钢另一端与钢承口焊接。

5 调整减阻泥浆参数

在富水断面和裂隙发育地层中，都存在着严重的变泥流失现象，不能有效起到润滑作用。管节外壁一直存在间隙形成前后联通的通道，受地下水影响及其流动性影响无法有效形成泥浆套，通过观察泥浆形态发现大量膨润土流入刀盘被循环泥浆带出。为了避免上述情况诱发阻力增大，因此从泥浆粘度、质量注浆压力、形成泥膜时间微调参数。

粘度越大，形成泥膜的速度越快，泥膜越致密，泥膜形成后滤水量越小；形成泥膜致密、泥浆失水量小，粉细砂层含水高，缺少细颗粒填充，通过增大泥浆比重，使细浆液填缝并包裹砂表面，给其提供润滑。短时间重建泥浆套配合中继间松动管身，进而整体冲开卡管区域。通过受困区域单独增配注浆系统，摆脱因泥浆比重增加而导致全段泵路超负荷的影响。因先前注浆穿透外溢至地面，所以下调注浆压力至掘进面压力的1.1倍稳压注浆。依据董云涛对粉细砂地层中泥水平衡盾构泥浆配合比研究结论，即在粉细砂地层中，浆液性能参数选取比重1.15~1.2 g/cm³、粘度25~30时成膜质量较好。现场实际施工配合比及指标见表1、表2。

表1 减阻泥浆配合比

表2 泥浆性能指标调整前后对比

6 结束语

经过63 d的努力，顶管成功脱困，深入研究脱困案例的细节，并从中获取了宝贵的经验。

正常顶推力为1 800 t，脱困顶推力为2 800 t。长期停机后重启顶进顶推力比原来增加了1.55倍。成功判断被困区域，前后增加了2套大型顶力中继间是脱困的关键。查阅资料，试配适用于富含水的淤泥和细砂地层，通过增加膨润土和CMC含量提高泥浆粘度。通过中继间蠕动，间接驱动浆料流动。快速成膜辅助重启顶进是有效的。顶推力由2 800 t降至2 400 t左右，调整后减阻效率约为13%。受困段使用间歇性注浆，减少泥浆流动及遗漏造成污染。

安装临时中继间时，对管壁进行钻孔和加固，对管道主体造成了很大的损坏。支护、加固和拆除修复工作的工作量很大，这一过程并非常规操作，种植钢筋间距和支撑加固系统仍有优化空间。影响地下工程非开挖技术施工的因素很多，如地层条件和地下水条件、管材尺寸及埋深、膨润土质量与注浆参数、顶进停滞、管线高程偏位、顶进长度、中继间布置等，要综合分析现场实际情况，对影响顶推力的关键参数配置有足够的容错能力，以确保工程顺利实施。