膨胀固化土材料在顶管灌浆施工中的应用研究

邓宁

【摘 要】本文以南宁市亭洪路延长线（壮锦大道-规划七路）污水管道工程施工为例，论述了顶管施工要点及控制措施。

【关键词】膨胀固化土;顶管技术;施工;应用

中图分类号： S156.2 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）02-0056-002

【Abstract】Taking the sewage pipeline construction of the extension line of Tinghong Road（Zhuangjin Avenue-Planning Seven Road）in Nanning City as an example，this paper discusses the key points and control measures of pipe jacking construction.

【Key words】Expansion solidified soil; Pipe jacking technology; Application

长期以来，城市建设过程中，由于排水、煤气、电力、通信等管道施工，城市道路被频繁开挖，严重影响了人民的生活。顶管施工技术不需开挖地面，并且能够穿越公路、铁路、河道、湖 泊、建筑物、以及各种地下管线等，解决了市政施工难题。

管道施工结束后，在施工过程中造成管道与土层之间的空隙需要进行填充，目前普遍采用的填充材料是水泥浆，采用水泥浆进行管隙填充存在几个问题：第一，由于水泥浆体密度大、流动性能好，在填充的过程中可以填充各种缝隙，造成水泥的用量不可控;第二，水泥浆体水化后会收缩，由于在填充的过程中不能保证管道空隙的均匀性，故水泥浆体硬化后在管道长度范围内的收缩率不同，导致管道以上土体发生不均与沉降;第三，水泥浆体硬化后强度较高，管道在使用的过程中一旦发生损坏，修补工作很难进行。综合以上顶管施工管隙水泥浆体灌浆的弊端，迫切需要一种新的填充材料解决以上问题。

膨胀固化土是理想的顶管施工管隙灌浆土体复合材料，加入固化剂、膨胀剂的土体强度略高于未开挖前的强度，但不会太高，不会改变土体内部的受力，方便管道进行维修检查，由于加入膨胀剂，固化土在固化后不会收缩，不存在管道以上土体的不均匀沉降问题;同时，灌浆的主要材料—土壤取于管道开挖的废料，不需要弃土，具有较好的经济环保效益和推广应用价值。

1 顶管施工技术原理

1.1 顶管施工原理

顶管施工的基本原理为：从地面开挖两个基坑井，然后管节从工作井安放，通过主顶千斤顶或中继间的顶推机械的顶进，推动管节从工作井预留口穿出，穿越土层到达接收井的预留口边，然后通过接收井的预留口穿出，形成管道的施工。同时，在施工过程中，紧随着钻杆管的管道或掘进机后的管道将埋于两个坑之间，以达到顺利完成施工任务的目的。在长距离顶管施工中，由于主缸顶管推力不足，为了克服管壁周围的阻力，通常采用分段施工的方式施工。在不同管道之间设置中继站，在管壁周围添加抗磨剂，方便长距离顶管施工的顺利进行，使其在市政工程建设中发挥更好的作用。

1.2 顶管施工技术优势

与开挖方法相比，顶管施工具有显著的特点和优点。例如，顶管施工仅采用工作基坑和接收基坑。整个施工过程安全可靠，对交通影响小，有利于市政工程车辆安全顺利通过。在顶管施工中，工程量相对较小，只需要挖出管段的土层即可。施工任务少，能有效减少对周围建筑物的破坏，有利于实施安全文明的施工要求。同时可以节省人工和机械成本，达到节约施工成本的目的。

1.3 顶管施工不足

但需要注意的是，与开挖法相比，顶管法也存在明显的缺陷和不足。例如顶管施工中曲率半径小，顶管施工过程中会结合各种曲线，增加施工难度，给工程施工带来不利影响。顶管施工通过软土层时，如果质量控制不到位，很容易发生偏差，加大施工控制难度，纠正这种偏差也很困难。如果忽视改进措施，很容易导致管道沉降不均匀，不利于提高工程质量。

2 性能测试分析

为了进一步了解和掌握固化剂的性能和使用方法，选择了有代表性的土壤排水段匹配测试，测试结果如表1所示，结果表明，当固化剂的剂量按照0.25%，即6000g的黏土掺加15g的固化剂的条件下可以得到的固化土的28d抗压强度最大，可以达到1.92MPa，当固化剂的剂量为0.1%时得到的固化土的28d的浸水抗压强度最大，可以达到1.13MPa。试验结果表明，使用水泥固化膨胀土的28d抗压强度主要取决于水泥的掺量，固化剂的剂量对28d抗压强度影响不大。而浸水后的强度并不是随着固化剂的剂量的增加而增大，而是剂量为0.1%的28d浸水抗压强度最大，原因可能是固化剂的掺量增加后导致试件的吸水率增加从而降低了强度。因此，性能测试中选择使用固化剂的掺量为0.1%的材料掺和比例。

3 顶管施工技术在市政工程中的应用

3.1 施工前技术准备

施工前应试图了解土壤的物理性质（粒度、水分、塑性指数和渗透系数），分布（分布范围和深度），力学参数（内摩擦角、凝聚力和标准贯入值）等等。了解地下水的状态及其变化规律、地下水位、水源及是否受潮汐影响。如果砂层存在，就有必要查明砂的含量以及砂的级配关系和细度。岩石圈是否有裂缝发育应明确;如果风化岩层需要定义为强风化、中风化或弱风化，其抗压强度和抗剪强度是多少，属于砂岩或粉质泥岩，是整體结构还是条状结构。

3.2 顶升线确定及井位设计

顶升距离由设备条件和周围环境决定。考虑到工作井成本高，有必要尽可能减少工作井的数量。目前，管道设计院主要按照露天矿设计模式进行管道设计。因此，在现场调研后，应尽可能优化线路设计，避免土层对顶管施工的不利影响，尽量避免建筑物和树木。在每一口工作或接收井的设计中，最好检查井的位置。线路与周边结构的距离设计时要考虑到未来检查井的方便和空间，避免冲突。根据设计单位的研究成果，可以根据目前的技术要求适当延长探井间距。土层顶进深度范围较复杂的，应与设计部门协商标高。

3.3 顶推推力及管道设计

顶力的计算方法和模型很多，但只能考虑定性分析和综合评价。传统上顶推推力主要与土质及顶推推力是否注浆有关，但实际上顶推推力与设备形式等诸多因素有关。采用管材形式、土层变化、靠背刚度、是否有偏差校正、工作形式好、顶升速度快、实践表明，整个三维模型和多参数系统主要用于顶进过程的仿真在加工过程中对结构的各个部分施加应力。关于钢管设计、钢管配筋量、混凝土强度、混凝土端部处理、钢筋布置等。

3.4 现场施工管理

在现场施工中，管道经常含有污垢或施工残留物，应及时清理，否则会给阀门、仪表和设备带来严重损坏。管道铺设、焊接零件清洗前后，可大大减少系统清洗完毕后的工作量。清洗后，可对系统进行分压或整体压力试验，并对系统强度和密封性进行试验。

3.5 测量线设置和现场电平

在槽的底部，根据槽高设计对固定桩进行测量和找平。渠段两侧敷设后，沟槽底部应比墙基础高30～40mm。清除粒径大于40mm的石头、杂草、根茎等杂物。槽底砂应疏松、均匀、均匀，特别是底部的墙土应填土，严禁破碎。

3.6 土壤类型和含水量的测定

含水率适宜在12%～18%之间，但不宜超过25%，土壤含水率过小或过大应洒水或烘干。

3.7 铺装、混合、固化剂

按确定的比例计算每100平方米的用量，并将固化土放入袋中。根据经验，它是均匀分布的。然后用（或手扶拖拉机）多拉齿耙4次以上拌匀，手工用铁耙局部找平或拌匀墙脚。深层搅拌温度一般控制在15摄氏度左右，搅拌均匀。

3.8 轧制养护

石磨的尺寸可根据施工方便而定。轧制的密实度应控制在90%以上。轧制后，及时用薄塑料膜或草皮覆盖1～2d，并根据气候条件适当喷施养护。应注意保护已形成的凝固部件。不要使用重型车辆或重物。

4 市政工程顶管施工技术中应注意的问题

4.1 水文地质勘查

顶管施工前，必须严格按照要求进行水文地质调查，掌握工程施工的基本条件，制定施工方案，有效指导工程施工。为了解土层地质变化，应对回填土带采取加固措施，注意沉降观测，防止地表沉降范围过大的发生，保证地基的稳定性和可靠性。

4.2 顶起计算

在整个施工过程中，应重点进行顶升计算，熟练运用计算公式，准确计算顶升推力。有必要选择合适的缸型，计算最大顶进力，然后运用改进和控制对策，提出合理的加固方案。

5 结语

市政工程施工，膨胀固化土材料施工技术具有明显的优势，它不仅可以彻底解决管道开挖混乱的问题，也可以有效应对最糟糕的地下土壤条件，同时，减少对其他专业工程的影响，针对复杂地形和交通布局建设规划的城市有许多特点，如经济、快速、准确和安全。因此，施工单位在市政工程中要合理利用膨胀固化土顶管施工技术，把握其施工特点，采取有效措施石長虹控制了整个施工行为，最终推动了市政工程的快速发展。

【参考文献】

[1]贾连辉.矩形顶管在城市地下空间开发中的应用及前景[J].隧道建设，2016.

[2]魏新江，魏纲.水平平行顶管引起的地面沉降计算方法研究[J].岩土力学，2006.