顶管施工关键--注浆(补浆)工艺及技术的介绍

1注浆(补浆)原理和作用
掘进机的直径一般要比管道直径大2—5cm。由于这个管道直径差的存在，管道与周围土体之间存在的间隙会被从注浆孔注入的泥浆填满。泥浆是一种混合液，在压力作用下和土体接触并渗入土层中，慢慢扩散开，并与周围土体形成一个整体。随着渗入量的增加，土体与泥浆将会形成一层致密的渗透块，同时在泥浆压力的作用下，块与块之间紧密结合，这样就在管道周围形成了一个稳定的泥浆和土体组合而成的“泥浆套”。这个泥浆套的形成阻止了泥浆继续向外面土层渗透，同时在泥浆压力的作用下泥浆会流动到管道底下，当四周都形成泥浆套时就能支撑周围土体起到浮力的作用，这样管道与周围土层中间就隔着一层流动的泥浆，且保持为湿润摩擦，这是摩擦系数很小的摩擦阻力状态。
补浆是因为随着顶管顶进距离的增加，注入的泥浆随着管道往前渗透、扩散，已形成的泥浆套就会变稀薄，土体就会压向管道四周，同时管壁阻力就会急速上升。为此，在管道推进过程中需要对后面顶进的管道不断均匀的进行补充泥浆，使后面推进的管道周围与前面的管周围一样形成连续的泥浆套，并保持与土压力一致。一般补充泥浆的孔道数量和问距要根据管道直径、管道顶进的速度、土质情况等因素来确定。通常情况下每隔2—5节管道设置。
注浆主要有4个作用，一是起润滑作用，将管土之间的干摩擦变为湿润摩擦，减小摩擦阻力；二是起支撑作用，在注浆压力下使管道周围土体变得稳定；三是改良土质，通过泥浆向管道周围土体的渗透作用来改良不好的上质。四是封堵裂缝，通过注浆处理地下水发育的围岩涌水。
2注浆技术的应用分析
注浆的直接结果是形成触变泥浆润滑套，它的质量直接影响顶进过程中的顶力，可以直观地从顶进系统的压力表上反映。如果项力发生突然上升，很可能是由于泥浆润滑套的质量发生问题了，或者是因为停止顶进时间过长导致泥浆套缺失引起的顶力上升。
一、注浆材料
1、传统触变泥浆
顶管触变泥浆一般是以膨润土为主要材料，CMC(粉末化学浆糊)或其他高分子材料等为辅助材料的一种均匀混合溶液。膨润土分散在水中，其片状颗粒表面带负电荷，端头带正电荷。当膨润土含量较多时，颗粒之间由于正负电相互吸引而形成一个网架结构，泥土实际程胶凝状态，经触动后，颗粒之间的连接电键即遭到破坏，释放出网架中的水使膨润土分散体随之变稀。如果外界因素停止作用，分散体又变稠形成凝胶体。这种当浆液受到剪切时，稠度变小，停止剪切时，稠度又增加的性质称为触变性，相应的水分散体称为触变泥浆。
为了及时充填管子和土层之间的空隙，同时膨润土悬浮液渗入土层空隙内，在管予与土壤间形成泥浆套，在机尾刃脚后第二节管子开始压入泥浆。
2、FHDF高效膨润土泥浆
FHDF高效膨润土泥浆与传统膨润土泥浆相比有以下优点：
①造浆性能好，是传统泥浆的2．5～3倍；
②造浆含砂量低，润滑性能好；
③泥浆是粗分散的和细的分撒的混合分散体，对泥粒有选择性絮凝作用，使钻进过程中泥粒在泥壁表面堵塞粗孔隙，泥浆的细分散体堵塞细孔隙，能有效形成致密泥皮，降失水作用较好、滤失量低，渗透距离短；
④泥浆有较好的触变性能，网结构形成和黏度恢复快，凝胶强度适中，因此停钻后重启动阻力增加有限；
⑤现场施工方便，直接打浆即可，无需再添加其他添加剂。
3、新型泥浆材料及抗渗泥膜
除了膨润土系的润滑材料外，国外还研究出许多高分子化学减摩剂。如日本生产的IMG减摩材料，这种高分子材料具有吸水的功能。当其与水接触，它能从一颗很小的颗粒变到很大，直径可以达到O．5～2mm，质量可以变成之前的百倍以上。具有很多优点：
①这些吸水后的颗粒状材料，附着在管道周围像很多颗钢珠点在底下，减少摩擦的作用很明显；
②不像其他润滑剂，当顶管顶进暂停一段时间再次启动时，它的阻力增加不显著，基本和之前阻力保持相同；
⑧这种颗粒材料吸水后直径较大，不容易渗透到周围土层中去，因而使用起来较方便，不会流失太多。
④这种浆液的配置十分简单，操作也十分方便。
二、注浆工艺及技术控制
注浆技术要点：
1、在一定的压力下，膨润土含量较高时有利于泥浆套的形成，且向土壤中扩散较小，因而开始顶进时浆液中膨润土含量要高。
2、补充的悬浮液中膨润土含量需进行调整，含量大的悬浮液，运动流限大，顶管阻力大；含量过小时，悬浮液会很快渗入土壤中去。所以要根据顶力情况调整膨润土含量。
3、注入浆体的量与顶进速度有关，量为管道与周围土体之间空隙体积的7～9倍；
4、注浆压力值应保持一定，使其不仅能顺利压力管道外壁，而且不会使周围土体扰动。
具体工艺要求如下图：