一种用于高渗透土层的顶管新型泥浆材料

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1、一种用于高渗透土层的顶管新型泥浆材料李静静，林鸿福，宋海明，叶秋杉摘要：泥浆在顶管施工中起着重要的减摩、润滑，平衡井壁压力等作用。对于不同土层或地质条件的顶管施工，泥浆的组成也需相应变化。本文根据现场施工中遇到的问题，对泥浆材料进行改良处理，制备出一种适用于砂质高渗透土层的新型泥浆材料。关键词：顶管泥浆一．概述泥浆是钻孔施工中的重要施工材料之一，起着平衡井壁压力、冷却钻头、悬浮钻渣、保护井壁等作用。在桥梁钻孔灌注桩、石油钻井、非开挖穿越、地下连续墙等工程的施工中均占有重要地位。顶管施工技术是继盾构施工之后发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层

2、，并且能够穿越公路、铁路、河川、地面建筑物，地下构筑物以及各种地下管道等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间、中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时也把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。泥浆在顶管施工中起着非常重要的作用，是顶管推进过程中的润滑剂。由于顶管施工中地质条件差异较大，泥浆的组分也随之变化。本文针对在现场施工中遇到的问题，分析考察现场施工地质条件，制备出了一种适合于砂质高渗透土层的顶管施工用泥浆新材料。二．泥浆在顶管施工中的作用机理在顶管施工过程中为减少摩擦阻

3、力，后续管节的直径比掘进机的直径要小2-5cm，使管道与土体之间会产生空隙；纠偏时对土体一侧产生挤压作用，而另一侧由于应力释放形成空隙，因此在顶管顶进的曲线轨迹中存在许多这种空隙[1]。注浆时，从注浆孔注入的泥浆会先填补管节与周围土体之间的空隙，抑制地层损失的发展。泥浆与土体接触后，在注浆压力的作用下，注入的浆液将向地层中渗透和扩散，先是水分向土体颗粒之间的孔隙渗透，当泥浆达到可能的渗透深度后静止下来，只需经过一个很短的时间，泥浆就会变成凝胶体，充满土体的孔隙，形成泥浆与土壤的混合土体；随着泥浆渗透越来越多，在注浆压力的挤压作用下，许多的渗透块之间粘结

4、、巩固，形成一个相对密实、不透水的套状物，称为泥浆套，它能够阻止泥浆继续渗入土层。5由于掘进机的开挖会对管道周围土体产生扰动，使部分土体结构遭到破坏而变成松散土体，在注浆压力作用下，泥浆套能够把超过地下水压力的液体压力传递到土体颗粒之间，成为有效应力压实土体。同时泥浆的液压能够起到支撑隧洞的作用，使其保持稳定，不让土体坍塌到管道上。如果注入的润滑泥浆能在管道的外围形成一个比较完整的泥浆套，则接下来注入的泥浆不能向外渗透，留在管道与泥浆套的空隙之间，在自重作用下，泥浆会先流到管道底部，随后向上涨起。当隧洞充满泥浆时，顶进管在整个圆周上被泥浆悬浮液所包围，

5、受到浮力作用，管道将至少变成部分漂浮，它们的有效重量将变小，甚至可能变成负的。管道在泥浆的包围之中顶进，泥浆能够起到非常好的减摩效果。因此优质顶管泥浆必须具有良好的形成致密泥浆套的能力，优异的触变性能和低的滤失量。三．FHDF25泥浆在顶管工程中出现的问题FHDF25是浙江丰虹粘土化工有限公司生产的一种高效低固相泥浆，其特点是具有优异的造浆性能、护壁性能，与传统的泥浆土相比，用量少、泥浆再循环利用率高，污泥排放量少。曾在上海隧道地下连续墙施工中取得良好的应用效果。FHDF25在上海军工路3.5m直径顶管中使用，泥浆浓度35-40kg/m3，开始一周顶进

6、过程未发现异常，后期出现泥浆大量流失，顶管推进困难现象。改用1#泥浆土配制的泥浆完成继续推进，顶管推进恢复正常。采用1#泥浆土配制的泥浆浓度为100kg/m3。对现场地质条件进行分析，发现在该工段，顶管顶进了孔隙率、渗透率较高的流沙土层。比较FHDF25泥浆土和1#泥浆土配制泥浆的固相组分和流变性能，分析FHDF25失效原因。两种泥浆的固相组分和流变性能如表所示。表1.泥浆固相组分表泥浆含固量%湿筛+200目%200-300目%Σ+300目%1#泥浆1018.54.322.8FHDF253.5213从表1中可以看出，1#泥浆中+200目（＞75μ）的粗

7、颗粒比FHDF25多8-9倍。5表2.两种泥浆流变性能表泥浆名称含固量测试时间Φ600Φ300Φ3AVPVYPYP/PVτ滤失量1#泥浆10%即时26.518.5713.385.360.673.5811.010min28.019.510.514.08.55.620.665.3624h31.523.013.515.88.57.40.876.9FHDF253.5%即时32.522.03.516.2510.55.870.561.7913.010min35.024.56.017.510.57.150.683.0624h43.031.09.021.512.09.

8、70.814.60从表中可以看出，FHDF25泥浆含固量为1#泥浆的1/3的情况下，其表观粘度