大断面长距离矩形顶管施工触变泥浆防流窜控制技术分析

大断面长距离矩形顶管施工触变泥浆防流窜控制技术分析

李军军

中铁隧道股份有限公司   河南   郑州   450000

摘要：矩形顶管触变泥浆防流窜措施是地铁建设过程中的关键控制工作，触变泥浆主要作用是减少顶管与土层之间的摩擦力，从而提高施工效率和质量。在现场实际施工中地质条件复杂多变，泥浆容易出现流窜现象，导致工程质量下降、安全隐患增加等问题。因此，如何有效地防止泥浆流窜成为地铁施工中亟待解决的问题之一。本文将从泥浆的性质和流窜原因入手，分析并探讨泥浆防流窜措施的有效性和可行性，并提出相应的防治措施，从而有效提升项目整体质量管理水平。

关键词：矩形顶管；触变泥浆；放流窜；防治措施

1引言

随着城市地铁建设的快速发展，顶管施工地面干扰小，无需进行管线迁改和交通疏解，精细化建设标准高，施工周期短等优点，现在已经在城市轨道交通建设中得到了广泛应用。然而，顶管施工在建设过程中，由于地质情况以及周边边界环境等因素影响，极易发生触变泥浆流窜造成地面沉降等突发状况。由于本工程位于城市主干道，管线错综复杂，下穿高架、平行于既有线区间，地质情况复杂敏感，如出现触变泥浆流窜，将造成局部地面和管线沉降，进而影响工程建设的正常开展和地铁的正常运行。因此，对大断面矩形顶管触变泥浆防流窜问题进行深入研究，提出有效的防治措施并应用到施工现场，保证顶管施工质量控制得到显著提高。

2. 工程概况

郑州地铁10号线西流湖南站位于西三环与中原西路交叉口以西，其中南、北侧附属过街通道下穿西三环道路和高架，下穿段为7.5m×5.4m矩形顶管，北侧过街通道顶进长度为91.4m，顶管段覆土厚度约11.66m，下坡度为9.8‰；南侧过街通道顶进长度为121.1m，覆土埋深10.05m，上坡度为0.59‰。

采用1台土压平衡式矩形顶管（7.52×5.42m）,管节尺寸为7.5m(长)×5.4m(宽)×0.55m(壁厚)，标准管节长1.5m，管节为C50钢筋混凝土预制构件。

根据地质勘察资料，过街通道顶管机顶进范围地层为⑤1黏质粉土。地下水水位埋藏较深，平均埋深35.81m，标高为90.95~91.98m；场地稳定水位平均埋深35.6m，平均标高为92m。北侧过街通道顶管位于底板底面以下约5.3m，南侧过街通道顶管位位于底板底面以下约3.6m。

3. 泥浆的性质和流窜原因

泥浆是一种由水、固体颗粒和添加剂组成的混合物，具有较好的润滑性、黏度和流动性等特点。在矩形顶管施工中，触变泥浆作用主要包括：①减阻：浆液可将顶进管道与土体之间的干摩擦转换为液体摩擦从而减少顶进摩阻力；②填补：浆液可填补施工时管道与土体之间产生的空隙。触变泥浆质量的好坏已经成为顶管是否正常顶进及地表沉降控制的的重要因素之一。

《矩形顶管工程技术规程》T/CECS716-2020中关于触变泥浆技术指标主要有比重、失水量、pH值、静切力、稳定性、动力黏度、含沙量等。

经矩形顶管推进试验参数优化对比调整，最终采用触变泥浆配合比为膨润土：水：Pam(絮凝剂、聚丙烯酰胺）=1：1：0.6。触变泥浆技术指标见下表。

表3-1触变泥浆技术指标

依据此配合比本项目顶管施工已全部完成，该减阻触变泥浆通过膨润土、聚丙烯酰胺及水之间合理配比，在原料组分减少的同时保证了优异的减阻效果，降低了原料成本，配合比符合本项目南、北侧过街通道顶管推进地质条件，触便泥浆技术指标合格。

施工过程中，通过分析研究触变泥浆流窜的原因主要包括以下几个方面：

（1）泥浆的黏度过高：如果泥浆的黏度过高，会导致其不易流动，从而在施工过程中容易出现流窜现象。

（2）泥浆的颗粒过大：如果泥浆中的颗粒过大，会增加泥浆的黏度和阻力，从而使其更难流动，也更容易出现流窜现象。

（3）施工操作不当：如果施工操作不当，比如顶管速度过快或顶进角度不合适等，也会增加泥浆的流窜风险。

（4）始发端、接收端封堵不密实：始发端和接收端密封系统和防流窜措施落实不到位，是造成泥浆流窜的主要原因。

4. 泥浆防流窜措施

为了有效防止泥浆流窜现象的发生，需要采取一系列的措施来进行控制。

（1）合理配制泥浆：在进行矩形顶管施工时，应根据地质条件等因素合理配制厚浆、水溶性聚氨酯配比，现场进行试验比对以及注入效果验证，保证浆液质量满足施工需求。

（2）加强监测和管理：在施工过程中，应对泥浆的黏度、流量等参数进行实时监测和管理，及时发现和处理异常情况，以便采取相应的措施来控制泥浆流窜。

（3）始发端触变泥浆防流窜措施；始发端洞门密封系统由压板、帘幕橡胶板组成（接收端洞门密封系统由折页压板、帘幕橡胶板组成），顶进管节与帘幕始终处于包裹密封状态，形成第一道防触变泥浆流窜措施；洞门钢环处增设两道盾尾刷，洞门钢环预留注浆孔进行盾尾油脂注浆，始发期间在钢环外部进行盾尾油脂注入使其形成第二道防触变泥浆防流窜措施。

尾刷的作用：主要是通过两道钢丝刷与顶管机盾体紧密贴合来防止地层下面的泥水、沙土由顶管机盾尾缝隙渗漏至洞门外部，保证顶管机刀盘区域能够形成一个密闭空间，从而正常建立土压，使得顶管机顶进前后均可以保持土压的稳定，减少地面沉降；另一方面，两道钢丝刷与顶管机盾体紧密贴合可以保证触变泥浆不会从管节和顶管机之间的间隙渗漏到顶管机外，大幅减少顶管机顶进过程中的摩擦阻力，提高顶管机的施工效率。

（4）接收端触变泥浆防流窜措施；接收端顶管机刀盘顶到距离竖井围护结构钻孔灌注50cm时，应暂停掘进进行土仓保压，土仓保压至0.8-1bar（土压建立防止注厚浆跑入土仓）；在顶管机中体盾壳注厚浆（触变泥浆泥浆:水泥 0.6:1），使顶管机外壳形成一定强度泥膜，防止触变泥浆流窜；盾壳注入厚浆周围泥膜施工完成后，在顶管机盾尾后4节管片上利用触变泥浆孔注水溶性聚氨酯，加强止水环箍触变泥浆防流窜能力；当止水环箍施工完毕后，准备开始洞门破除前对土仓进行降压（土仓出空）；洞门围护桩应根据方案进行分块、分根破除，每完成一块围护桩破除后立即涂抹发泡胶进行泥浆防串流补强措施。

（5）接收端顶管机脱离钢环导致触变泥浆防流窜：在重复上述触变泥浆防流窜措施（在中体盾壳上注厚浆+盾尾后4节管片注入水溶性聚氨酯，加强止水环箍触变泥浆放流窜能力）基础上，当管节推到设计位置时，在洞门钢环与管节之间空隙采用砌砖抹面封堵；当洞门砖砌封堵完成后，从始发端进行触变泥浆置换（触变泥浆置换每间隔5节进行置换）。

（6）始发端管节推到设计位置导致触变泥浆防流窜：采用成品管节作为负环配合顶进（负环型式也可根据项目情况调整：由于采用砼管节作为负环会造成较大的材料损耗和浪费，所以本工程采用钢结构负环作为顶管机出洞时的顶托装置，钢结构负环用直径为426cm圆柱、厚度为1cm的钢管（内部塞入280×280mm工字钢，周边采用直径14mm钢筋进行固定，内部填充C35砼）加工而成，长度为2.4m，两头焊接48cm×48cm×1cm钢板。负环托架采用10cm槽钢加工而成，用于安置钢结构负环），保证管节与帘幕始终处于包裹密封状态，防止触变泥浆流窜；当顶管管节推到设计位置时，在1-3环管节位置处，采用注入双液浆（水泥浆+水玻璃）形成止水环箍，控制触变泥浆流窜。

5. 结论

综上所述，触变泥浆防流窜控制措施是顶管施工中一项非常关键的控制标准，只有充分了解泥浆的性质和流窜原因以及防流窜措施等方面的知识，施工中精心组织、合理安排，按照制定的措施逐条落实，加大施工管理力度，才能有效预防和控制触变泥浆流窜问题的发生，从而全面提升大断面长距离矩形顶管下穿城市主干道施工管理水平，确保地铁建设施工的安全性和稳定性。

参考文献

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[2]韩选江.大型地下顶管施工技术原理及应用[M].中国建筑工业出版社，2008

[3]葛金科.现代顶管施工技术及工程实例[D].中国建筑工业出版社，2009