缠绕式压密注浆法在定向钻穿越工程中的应用

李伟 贾烊 文向峰

（1中建五局土木工程有限公司，湖南 长沙 410004；2中国建筑国际工程公司，北京 100029）

0 引言

采用水平定向钻进行过路管道的牵引施工时，扩孔直径一般为套管外径的1.1～1.3倍，套管与泥壁间的空隙暂时由护壁泥浆填充[1]。受制于泥浆体较差的抗变形能力，在道路活载和土体自重的作用下，泥壁会发生蠕变甚至坍塌，致使地面产生沉陷。

目前，通常采取压密注浆法对套管周身的泥浆进行置换，浆液会挤压土体并充填剪切裂缝，达到强化土体承载能力的效果[2]。马点飞等[3]以中俄原油管道穿越工程为例，介绍了采用钢套筒结合压密注浆的入、出土段稳管工艺。魏立鹏等[4]利用三道不同长度的注浆管进行压密注浆作业，注浆管由同一侧拖入，且均固定在套管底部。对于定向钻牵引管道二次注浆施工，国内暂无详细的规范要求。中国建筑泗洪项目部在注浆管布设方面进行创新，提出了实用性较强的“缠绕式压密注浆施工方法”，能够为同类工程提供参考。

1 缠绕式压密注浆法

1.1 施工准备

水平定向钻管道扩孔完成后，形成的孔位结构如图1所示。

图1 扩孔布置图

注浆管采用PE管材，为避免产生过多余料，需要对注浆管长度合理取值。注浆管长度L1按式（1）计算：

其中：L2为套管长度（m）；D1为注浆管外径（m）；D2为套管外径（m）；S为螺距（m）。

为使孔位两端均有注浆管露出，以方便连接灌浆泵，在公式中考虑了注浆管0.8m的富余长度。第一次施工时，螺距S尚未知，建议布置1.5倍于套管长度的注浆管，记录下钻头转速、牵引速度、管材型号、螺距等关键参数。下次施工前，可使用式（1）预估注浆管长度。在注浆管上钻出直径10mm、间距1m的小孔，注浆管放置于套管同一侧，然后将定向钻钻头分别与套管、注浆管连接。

1.2 注浆管行进缠绕

定向钻钻头同时回拖套管和注浆管进入孔位，注浆管在扭力、拉力和摩擦力的共同作用下，按螺距S顺势缠绕在套管表面，拉至设计终点桩号。图2为注浆管行进缠绕的结构示意图。

图2 缠绕式压密注浆法结构示意图

1.3 压力灌浆

现场制备水泥浆，首先在出土侧利用灌浆泵将水泥浆注入注浆管。停止注浆分两种情况：若两侧管口均能持续冒浆1min以上，则注浆完成；若仅一侧持续冒浆，则转移材料设备至另一侧注浆，直至出现第一种情况为止。

1.4 施工流程

缠绕式压密注浆施工方法的操作步骤为：材料设备就位→PE注浆管钻孔→钻头与管件连接→管件回拖→解除构件连接→浆液制备→压力灌浆→清场退场。

2 工法特点

传统施工方法采用两根与套管等长的钢管作为注浆管，相比之下，本工法具有以下优势：

1）施工效率高

PE注浆管重量较轻，易于安装；单根注浆管在钻头的带动下自动缠绕在套管表面，省去了定位绑扎双侧注浆管的工作；注浆完成后，注浆管无需拔出。

2）加固效果好

浆液通过密集的注浆孔环向注满管道周身的空隙，提高了土体的致密程度和抗变形能力；PE管材自身抗腐蚀性能较好，包裹在牵引管周围，节省浆液用量的同时，避免注浆管滑移造成孔壁扰动。

3）经济效益显著

管材长度减少，造价降低；相比钢管，PE注浆管具有显著的成本优势，且PE注浆管重量轻，节省了运输成本。

3 技术要点

3.1 注浆管处理

1）选择合适的PE注浆管尺寸。注浆管外径应小于套管与孔位设计直径差的1/2，为浆液的流动预留空间，避免管件回拖过程中强烈扰动孔壁。但注浆管不宜过细，否则会影响注浆效率。

2）在注浆管前端贯穿两排直径10mm的小孔，利用钢丝绳、铁丝以及U型镀锌钢卡扣将注浆管固定在定向钻钻头的扣件上。

3.2 注浆管缠绕

1）由于定向钻单根拉管长度有限，需要进行人工卸管，因此管件在洞内为间歇式前进。但间歇时间不宜过长，以免泥浆护壁失效，管道内部发生坍塌。

2）钻头转速宜取低值且保持稳定，较低的转速对泥壁的扰动更小，有利于维持孔壁的稳定。

3）在定向钻回拖管件的过程中，于孔位入口处和与之相隔一定距离的位置处各安排一名工人，辅助注浆管的均匀缠绕。

3.3 浆液制备

利用水泥搅拌机现场制备水泥浆。根据设计地基承载力要求，进行浆液制备。由于双浆液（水泥浆和水玻璃）成本较高，普遍采用纯水泥浆作为浆体。对于纯水泥浆，随着水灰比的增大，其黏度、结石率和抗压强度会显著降低，而初凝时间和终凝时间会延长，因此需要确定合适的水灰比[5]。

3.4 压力灌浆

1）注浆前将灌浆泵压力调试准确，注浆压力可通过现场试验确定，一般不超过1.0MPa。试灌浆液为清水或较稀的水泥浆。

2）计算注浆量时，需要考虑套管与泥壁之间的空隙体积，以及浆液在压力作用下的扩散半径。在灌浆压力持续的情况下，应当以最大流量输送水泥浆，以提高置换管道周围泥浆的速度，避免泥浆固结造成灌浆困难。

4 工程实例

在泗洪项目中，定向钻牵引长度约为10km，共计240处，采用的是DN630PE套管和DN40PE注浆管。设计地基承载力不小于140kPa，水灰比取1:1，采用P.O42.5普通硅酸水泥。缠绕式压密注浆施工现场情况见图3。

图3 施工现场

5 结语

1）定向钻回拖管件后应当及时进行压密注浆，有利于防范地基的后期沉降。相比传统的双钢管注浆法，缠绕式压密注浆法成本低，施工效率高，有良好的应用前景。

2）对于缠绕式压密注浆法，预先确定合理的注浆管长度是一个关键点。随着工程应用的增加，可以建立螺距与管材型号、定向钻施工参数的对照表，以便快速计算注浆管长度。