自动润滑注浆系统在长距离顶管隧道施工中的应用

刘小林，廖 潇，王 乐，郅永强，李晓仕

中国石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊

1. 工程概况

富春江顶管工程是杭州天然气有限公司投资建设，由杭州市城乡建设设计院有限公司设计，位于富阳市渌渚镇新港村与桐庐县江南镇之间，在窄溪大桥上游穿越富春江。该顶管工程采用泥水平衡工法穿越，隧道长658.05 m，内径2400 mm，混凝土管长2500 mm，壁厚230 mm，隧道防水等级为二级。

顶管隧道轴线分为4次变坡，首先以10.5%下行至80.44 m，变至曲线半径为4300 m顶进274.1 m，再以曲线半径1200 m顶进222.46 m，最后以14.5%上行71.57 m到达接收井。隧道穿越地层分别为淤泥质粉质黏土层、中细砂岩层、中粗砂岩层、砾砂岩层、粉质黏土层、圆砾岩层、中风化砂岩层、强风化砂岩层、圆砾层、卵砾石层、粉质黏土层和淤泥质粉质黏土层。

2. 自动润滑注浆系统

2.1. 自动润滑注浆工艺流程

气压舱外操舱人员需要密切关注舱内人员动态，并随时与舱内人员保持沟通，询问舱内人员身体状况，并与地面负责人保持联系，注浆工艺流程见图1。

Figure 1. The process of automatic lubrication grouting图1. 自动润滑注浆工艺流程

2.2. 自动润滑注浆设备及附属设施

注浆设备及附属设施投入见表1。

Table 1. The list of modified grouting equipment and ancillary facilities表1. 改性注浆设备及附属设施投入一览表

2.3. 自动润滑注浆技术要求

2.3.1. 注浆材料选择

注浆材料应选择制备后的浆液具有黏度较高、失水量小、稳定性好、流动性好等特性。注浆材料分为主材和外加剂两类。主材为膨润土，膨润土为钠基膨润土，外加剂主要包括CMC (羧甲基纤维素)、纯碱。

2.3.2. 浆液配比、注浆量及压力的确定

浆液配比(包括材料组成、技术指标等)由工程现场实验室根据地质状况、顶进距离等确定(表2)，并在实际使用中不断调整，以达到最佳润滑效果。

Table 2. The index and parameters of slurry performance表2. 浆液性能指标参考

注浆量应首先计算出理论注浆量，然后根据理论注浆量、地质状况等确定实际注浆量。实际注浆量计算公式为：

式中：V为实际注浆量，m3；r1为顶管机开挖直径，m；r2为顶管隧道外径，m；L为顶进长度，m；f为实际注浆量与理论计算注浆量之间的差异系数，通常取1.5～3.0。

注浆压力应根据浆液注入位置的地层水土压力确定。通常注浆压力应大于水土压力0.1～0.2 MPa，也可由工程现场试验确定，并根据施工的实际情况进行调整。注浆时应尽量是填充，而不是劈裂，以避免扰动管节周围的地层而引起地面甚至隧道的沉降[1] [2]。

2.3.3. 注浆结束标准

采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值或注浆量达到理论注浆量时，即认为达到了注浆质量要求。

2.4. 自动润滑注浆系统组成

顶管机配置有自动润滑系统(图2)，该系统还能够实现全自动化控制，根据地质条件确定注浆量，实现注浆压力控制，测定摩擦力，打印生成报表等功能[3] [4]。该套系统具有以下优势：① 可以根据地层情况确定注浆量，控制不超量注浆，节约项目成本；② 可以有效润滑，减小地层阻力，进而减少中继间的使用数量，节约成本和时间；③ 可以有效减小摩擦阻力，提高掘进速度。使用该润滑系统，可以使摩擦力(黏土、砂、卵石层)由0.2～0.5 t/m2降至0.1 t/m2。

Figure 2. The schematic diagram of lubrication and grouting system图2. 润滑注浆系统示意图

2.5. 注浆系统安装

注浆系统安装分为注浆设备安装和附属设施安装。

1) 注浆设备安装。自动注浆润滑系统的制浆机、储浆罐、注浆泵为集成化设计，三者连为一体，便于安装。该整体设备安装应尽量接近始发工作井安装，安装位置地面应平整、坚实。额外安装的ZJ-800制浆机应尽量靠近储浆罐和泥浆箱(或泥浆池),并通过三通管路连接自动润滑注浆系统的储浆罐和泥浆箱(或泥浆池)连接。注浆站随着顶管机不断向前顶进，沿着顶管隧道依次向始发洞口方向安装。顶管机尾部0～20 m范围内的隧道，注浆站安装数量应加密，保证泥浆套的形成。随后的注浆站的间距可适当放宽，但两注浆站的间距不宜大于20 m。空压机安装于控制室集装箱内。

2) 附属设施安装。注浆管包括地面上、主机内、拖车上、隧道内和竖井内的所有主管路和分支管路，由钢管和软管组成，并在适当位置安装阀门和压力表。地面、竖井、隧道内的主管路为DN50管径，拖车和注浆站的管路为DN25管径，主机内管路为4分(DN12)管径。

3. 结论

1) 在长距离顶管施工中，应重视润滑泥浆的设计，根据地质情况选取合适的注浆材料和润滑泥浆指标，可以有效地减小顶进阻力填充空隙，有助于形成浆套，实现长距离顶进施工。

2) 自动润滑注浆可以从注浆的目的、注浆材料的选择、注浆工艺等方面来达到最佳泥浆润滑注浆效果。

3) 自动润滑注浆系统的应用，良好的润滑减阻效果，使顶管顶进顶力达到最小，确保了长距离顶管隧道施工的成功。

[1] 王开运. 浅谈曲线顶管施工技术[J]. 科技向导, 2013(17): 99.

[2] 吴荣荣. 泥水平衡式曲线顶管施工阶段技术研究[J]. 工程施工技术, 2013(9): 113-115.

[3] 陈勇, 陈永光, 黄以华. 长距离曲线顶管技术在电力管道工程中的应用[J]. 非开挖技术, 2014(4): 32-36.

[4] 钟晓晖. 长距离管道顶进注浆减阻施工技术应用[J]. 建筑施工, 2010, 32(11): 1155-1157.