工程建设灌浆工艺探讨

上海煤气第二管线工程有限公司 王可栋

工程建设灌浆工艺探讨

上海煤气第二管线工程有限公司 王可栋

叙述了燃气管道更新修复中的灌浆相关标准规范以及道路桥梁工程中预应力结构的管道灌浆相关标准规范的情况，列举了引水工程、天然气长输管道工程中几则灌浆案例，提出对燃气管道施工中灌浆的相关建议。

灌浆 燃气管道 隧道

0 前言

2011年我单位牵头承担了住房和城乡建设部科研项目《城市高压燃气管道长距离穿越江河非开挖关键技术研究》(2011—K3—27)，该项目以上海浦东—长兴岛—崇明岛天然气过江管道工程(分两次穿越长江，穿越长度分别为7.5 km和8.2 km)为研究目标，对长距离小型盾构隧道中天然气管道安装技术进行系统研究，研究过程中我们遇到了隧道内如何灌浆的问题(在隧洞与燃气管道间填充材料)。

2013年2月1日上海燃气市北销售有限公司发布了企业技术标准《聚乙烯燃气管道穿管镶接工程技术规程》(Q/NSGB 001—2013)，我单位认真组织公司技术人员进行了深入学习，发现该规程中有关于管道内灌浆的图示(该规程中图7—2，插入管与旧管之间环形空间填充了泥浆，见图1)。

图1 规程中图7—2(限位器施工示意)

笔者对以上两种灌浆工艺进行了相关性思考，尝试对工程建设中的一些灌浆工艺进行叙述。

1 燃气管道更新修复中的灌浆

1.1 灌浆的工程实例

2009年进行了浦三路(白莲泾桥—浦东南路)天然气改造排管工程，该工程采用非开挖旧管中穿插新管的工艺敷设天然气OD250PE管，敷设管道南起白莲泾，沿浦三路经东方路、临沂路至浦东南路。建设方要求，在穿管后向原DN500铸铁管内注入泥浆，泥浆主要有水泥、粉煤灰、膨润土、水等组分。

施工过程主要为：

(1)在原DN500铸铁管两端断管位置安装专用注浆套筒；

(2)注浆材料搅拌混合；

(3)从一端以较小压力通过泵送设备将泥浆缓慢注入DN500铸铁管内，待另一端注浆套筒可见泥浆后停止注浆，放置一段时间使泥浆通过自身流动均匀填充管内；

(4)再次通过泵送设备向DN500铸铁管内注入泥浆，填充管内空隙，待另一端注浆套筒内泥浆溢出后停止注浆；

主要技术参数为：注浆流量、注浆压力、浆液配比。

1.2 灌浆相关的标准、规范

对燃气管道工程中可能与灌浆工序有关的国内标准、规范进行了查阅：《城镇燃气管道非开挖修复更新工程技术规程》(CJJ/T 147—2010)中有，“3.1.13插(衬)入的聚乙烯管与在役管道两端点环形空间应采用柔性透气填料封堵。”

《聚乙烯埋地燃气管道工程技术规程》(DGJ 08—80—1999)、《城市煤气、天然气管道技术规程》(DGJ 08—10—2004)、《城镇燃气输配工程施工及验收规范》(CJJ 33—2005)中未见到对灌浆工序的相关要求。

《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)中有，“6.3.9 燃气管道穿越铁路、高速公路、电车轨道或城镇主要干道时应符合下列要求：套管两端与燃气管的间隙应采用柔性的防腐、防水材料密封，其一端应装设检漏管。”

《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(CJJ 63—2008)中有，“6.3.9 在各管段端口，插入管与旧管之间的环形空间应采用柔性材料封堵。”

通过以上标准、规范的查阅，结合具体施工过程，存在以下疑问：

(1)燃气管道更新修复中的插入法中插入管与旧管之间是否需要灌注水泥浆液；

(2)灌浆前灌浆材料选择、灌浆设备选择、灌浆工艺确定；

(3)灌浆过程中，灌浆压力、灌浆量、浆液配比等技术要求；

(4)灌浆后，灌浆质量的检验方法以及验收标准。

带着以上问题，笔者查阅道路桥梁工程中预应力结构的管道灌浆相关资料，寻找答案(主要是考虑到预应力结构中孔道灌浆与燃气管道插入法中管道灌浆的情况类似)。

2 道路桥梁工程中预应力结构的管道灌浆

在道路桥梁预应力混凝土结构体系中，管道灌浆的作用主要有3点：

(1)保护预应力钢筋不外露而遭锈蚀，保证预应力混凝土结构的安全；

(2)使预应力钢筋与混凝土有良好的黏结，保证它们之间预应力的有效传递，使预应力钢筋与混凝土共同作用；

(3)消除预应力混凝土结构在反复荷载作用下应力变化对锚具造成的疲劳破坏，延长锚具的使用寿命，提高结构的可靠性。

管道灌浆质量的好坏，将直接影响整个预应力混凝土结构的安全性和可靠性，管道灌浆是预应力混凝土结构施工过程中的一道关键工序，2001年交通部将后张法预应力孔道压浆不密实问题列为了公路桥梁建设中十大质量通病之一。

2.1 灌浆的工程试验案例

2011年，中交武汉港湾工程设计院与湖北荆岳长江公路大桥建设指挥部对管道灌浆技术进行了试验研究，采用3种灌浆料(4组配合比)，通过30 m矩形梁(梁内设置竖向大弯曲半径预应力管道)和320 m超长平面管道灌浆试验，开展现场灌浆工艺研究，优选流动性、匀质性好和微膨胀的高性能管道灌浆材料，对灌浆工艺进行优化。

试验选用4组配比灌浆料：

产品A——国外某品牌预拌灌浆料，水灰比0.27，主要用于预应力管道灌浆。

产品B1——现场拌制灌浆料，其水灰比0.32，采用黄石P·O 42.5级低碱水泥，用量为1 360 kg/m3；水用量为435 kg/m3；外加剂为聚羧酸高效减水剂，用量为13.6 kg/m3。

产品B2——现场拌制灌浆料，其水灰比0.37，采用黄石P·O 42.5级低碱水泥，用量为1 314 kg/ m3；水用量为486 kg/ m3；外加剂为聚羧酸高效减水剂，用量为13.14 kg/ m3。

产品C——湖北中桥科技有限公司生产的预拌灌浆料(CHIDGECG—100)，水灰比0.27，具有高流动性、低黏度、无泌水、微膨胀的特性。

试验采用真空辅助灌浆工艺和传统灌浆工艺，对4种管道灌浆料开展矩形梁模型试验和超长预应力索模型试验，对比研究不同产品的流动性能和填充预应力管道的能力。其中，矩形模型梁为C30现浇，设计长度为30 m，截面尺寸为150×75 cm，埋设10根金属波纹管。超长预应力索模型是根据场地坡度挖设长320 m，截面尺寸为120 cm×40 cm的“U”形地槽，制作4根长320 m预应力波纹管埋设其中，置于地沟截面中心位置，内穿预应力钢绞线，见图2。

图2 超长管道模型

试验人员对4种材料的凝结时间、流动度、抗折强度、抗压强度、泌水率、膨胀率等性能指标进行对比。

试验结论：传统灌浆料在灌浆过程中易分层、泌水，导致灌浆不密实。预拌灌浆料(CHIDGECG—100)具有无泌水、高黏、大流动性的特点，便于灌浆施工。

显而易见，在孔径相对较小的预应力孔道中要求灌浆料具备低泌水、大流动性、不分层等特性，进而保证灌浆密实、饱满。那么在燃气管道更新修复穿管法中(如果设计要求灌浆)，同样要求在灌浆过程中不分层、充满死角、具备较大抗压强度和较低的质量，由于施工中受灌浆设备选取、施工条件、灌浆材料配制、灌浆工艺、施工人员技术水平及责任心等多种因素影响，往往出现诸如泌水、分层、空洞等质量缺陷，对于这些质量缺陷应采用必要的检测方法和仪器进行检验。

2.2 灌浆相关的标准、规范

对道路桥梁工程中与预应力管道灌浆工序有关的国内标准、规范进行了查阅：

《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50—2011)中7.9节后张孔道压浆及封锚对灌浆工序有较为详细的规定，明确规定了原材料、浆液性能、灌浆设备性能、灌浆前准备工作、灌浆过程控制等方面的要求。明确要求形成以下施工记录：灌浆材料、配合比、灌浆时间、搅拌时间、初始流动度、浆液温度、环境温度、稳压压力及时间，采用真空辅助灌浆工艺时要求真空度。规范对浆液流动度试验及浆液自由泌水率和自由膨胀率试验提出了具体要求,但是未对灌浆质量的无损检测提出明确要求，只提到了浆液的充盈度试验。

《混凝土结构工程施工规范》(GB 506666—2011)同样对预应力孔道灌浆工序在材料、设备、工艺参数等方面给予了明确要求。在质量检查方面该规范要求有水泥浆的稠度、泌水率、膨胀率、灌浆记录和水泥浆试块强度。

2.3 灌浆质量缺陷的检测

道路桥梁中预应力结构在张拉、锚固、压浆（灌浆）、养护结束后，要对灌浆质量进行检测。国内外对此相继开展了一些研究， 多数采用无损检测技术， 主要包括中击回波法(IE)、表面波频谱成像法(SASW)、超声波成像法(UT)、探地雷达法(GPR)、超声相阵法等。各种检测方法的原理、范围、精度等不同，适用对象和范围也是不同的。

如果设想将预应力结构中灌浆质量无损检测技术引入到燃气管道更新修复中灌浆（假定设计要求灌浆）工序中的话，那么无损检测设备的布置和如何正确使用将是问题，燃气管道埋设在地下，这与预应力构件放置在制造厂地面上或模板支架上不同，无损检测仪器布置到正确位置并正常工作对现场可布置空间提出了要求。

3 其它几种“灌浆”

除了上述燃气管道更新修复中灌浆以及道路桥梁预应力混凝土结构体系的灌浆之外,在引水工程中也有利用灌浆填充混凝土管与隧洞间隙的情况；天然气长输管道工程中的灌浆也屡见不鲜。

3.1 引水工程中的“灌浆”

山西引黄入晋工程中, 2001年12月~2002年9月埋设了直径3.45 m、单根长5 m、总长43.5 km的预应力钢筒混凝土管。联结段I标段有6个洞穿管隧洞，最长3 400 m，最短90 m。设计要求隧洞内安装的预应力钢筒混凝土管与隧洞一次支护之间的空隙需填充混凝土，见图3。

图3 超长引水管道模型

中国建筑材料科学研究院在此工程中采用泡沫混凝土进行填充试验。采用密度为1 200 kg/m3泡沫混凝土填充整个洞穿管与隧洞间的空隙，抗压强度满足设计要求(2.0 MPa)。泡沫混凝土中含有大量的封闭孔隙,具备良好的施工性能和物理力学性能,如流动性好、填充率高、轻质、保温隔热、防潮、隔音等。普通混凝土存在一次填充长度短、凝结硬化慢、管道上浮力大、输送速度慢等局限性, 山西引黄入晋工程采用泡沫混凝土进行填充，减小了混凝土对隧洞内管道的浮托力, 从而避免了管道接口因浮托力而错动变形, 确保已安装完成的管道接口的密封性能。

3.2 天然气长输管道工程中的“灌浆”

3.2.1 注水

陕京二线天然气管道是国家为确保北京2008年奥运会和华北地区天然气供应而修建的一条国家级天然气干线，管径为1 016 mm。陕京二线黄河隧道工程由中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司设计，华北油田工程建设有限公司安装(隧道管道安装)工程于2003年7月28日开槽动工，历时近11个月，于2004年6月22日隧道贯通，10月5日开始隧道内管道安装施工，于10月29日完成两岸管道焊接任务，12月16日黄河隧道完成中间验收，12月18日注水封洞，即对整个隧道采用水封措施(隧洞与管道之间注水)。

该工程参建方提出注水封洞的优点：

易发现漏气。在管道运行中，一旦发生漏气，就会在水中产生气泡，并从两岸井口处冒出，极易被管理人员发现，从而便于组织抢修。

可提高隧道的安全性。利用水的不可压缩性和均匀导压性，整条隧道注满水后，可减轻江水和岩石对隧道的压力，提高隧道的安全性。

水封起到了隔绝氧气的作用，减少氧化过程，延长了管道的使用寿命。

中石油燃气管道钱塘江盾构法隧道、中石油燃气管

道赣江盾构法隧道也都进行了注水。

3.2.2 填充泡沫混凝土

日本多条燃气管道盾构隧道采用泡沫混凝土进行填充，认为填充后可防止外力破坏，特别是在地震多发地区可以提高管道运行安全性，如日本伊势湾盾构法隧道。缺点在于填充施工工艺复杂，填充完成后人员无法进入维护，成本高,隧道建成后不考虑维修与检修。优点在于填充均匀，填充后管道运营安全、稳定风险低。

另外，国外采用密度等级为600~1 100 kg/m3的泡沫混凝土(纯水在4℃时的密度是1 000 kg/m3)回填地下废弃的油柜、管线(内装粗油、化学品)、污水管等周围的空穴，以避免火灾或塌方。

从投资决策角度看，填充泡沫混凝土造价较高；从施工角度看，注水简单易行，填充泡沫混凝土则施工工艺比较复杂、施工管理要求高。从运营角度看，注水可能更便于安全预警，填充混凝土可能会提高管道抗震效果。从设计角度看，关于燃气管道盾构隧道的填充既缺乏成熟经验和中试试验论证，又缺少工程软件进行诸如地下燃气管道抗震分析、应力分析等。比如，由美国COADE公司研发的CAESAR II管道应力分析软件被国内化工类设计院普遍采用、由美国能源部与麻省理工学院(MIT)开发的Aspen Plus流程模拟软件是举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计，该软件在国内化工、石化、炼油等企业和工程公司中认知度和普及度也很高。

4 结语

通过对市政燃气管道修复中灌浆、道路桥梁工程中预应力结构管道灌浆相关标准、规范的查阅，以及结合具体工程实践的思考，笔者认为：

(1)对燃气管道工程建设现行标准、规范中灌浆部分应进一步明确要求和细化内容；

(2)适当条件下，将道路桥梁工程中预应力结构的灌浆质量无损检测技术引入到对燃气管道工程建设中，有利于进一步提高燃气管道修复工程中灌浆的工程质量。

通过列举管道隧道中填充案例，对于借助盾构隧道穿越大型江河的燃气管道工程，在管道安装完毕后选择注水还是注浆仍无定论。

Discussion of Grouting Techniques in Engineering Construction Process

Shanghai Gas No.2 Pipeline Engineering Co., Ltd. Wang Kedong

The paper introduces the related standards and specifications of grouting in bridge and road engineering and gas pipeline renewing engineering, enumerating several grouting project cases in drinking engineering and natural gas long-distance transmission pipeline engineering, and puts forward suggestions for grouting in gas pipeline construction as well.

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