触变泥浆减阻方案在顶管中的应用
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摘要：随着城市建设和发展的需要,顶管施工技术基于材料技术、施工机械性能和施工管理水平的提高,有着越来越广泛的应用前景和可提高的空间。泥浆减阻技术作为顶管技术中重要的一部分,其应用可根据具体项目所在环境的不同,特别是顶管所在土层性质的差异,适当调整泥浆配方,优化浆液的性能参数,使之更为贴合具体工程的需要。
中图分类号： TU74 文献标识码： A
一、工程概况
蚌埠市黄山大道东段工程Ⅱ标段污水顶管工程西起学翰路（桩号70+70），东止于桩号85+82，全长约1185m。污水管道工程采用III级钢筋混凝土管顶管施工，顶管工程管道直径为D800、D900，本工程拟采用泥水平衡机械顶管施工，由于顶进的长度长，管顶覆土深度达到8米，且地下水位浅，为保证施工的进度和减小顶进的阻力，综合考虑在顶管施工中采用常见的减阻措施―触变泥浆减阻措施，提高顶管工作的效率。
二、泥浆减阻技术的原理
目前,比较成熟的泥浆减阻技术的主要原理可以描述为:选取具有良好性能的膨润土(一种粘土矿物,主要成分为蒙脱土),按照一定比例掺人CMC(粉末化学浆糊)、纯碱等形成混合物后,选用合适的设备和容器将其与水充分搅拌,形成具有良好的剪切稀释性能和足够的凝胶强度的触变性泥浆,通过注浆系统和管节上的压浆孔,向管道外壁注入适量的减阻泥浆,以期在管道形成一个完整泥浆套,依靠泥浆的触变性能,有效减小管节外壁和土层间的摩阻系数,从而减小顶进时管道外壁与土层摩擦形成的阻力,进而实现有效控制总的顶管阻力的目的。
现代顶管施工中，浆液的作用越来越重要。其作用主要包括：1、减阻：浆液可将顶进管道与土体之间的干摩擦转换为液体摩擦，从而减少顶进摩阻力；2、填补：浆液可填补施工时管道与土体之间产生的空隙；3、支撑：在注浆的压力下，可减少土体变形，使管洞变得稳定。应用触变泥浆已经成为一个普遍且有效的减阻方法。
泥浆减阻技术作为顶管技术中重要的一部分,其应用可根据具体项目所在环境的不同,特别是顶管所在土层性质的差异,适当调整泥浆配方,优化浆液的性能参数,使之更为贴合具体工程
的需要。
三、触变泥浆减阻方案
触变泥浆是一种以膨润土为主要材料的浆液，在顶管施工中，向管壁和土层之间形成的空隙内压入该种泥浆，则能使土层不直接压在管体上。泥浆在起支撑作用的同时，也作为剂起到减少阻力的作用，从而提高顶管的工作效率。
如何正确使用触变泥桨为顶管减阻,如同医生给病人下药一样,首先要了解病情,用药的效果才会明显,使用泥浆为顶管减阻,也要根据土质情况或土壤含水量大小来决定注浆的措施、和注浆时间、或往什么部位上注,这都是关系到减阻的效果如何,一旦遇到砂性土壤即坍方,决不能往管上部.注浆,以防起反作用。特别值得注意的是,顶管一旦遇到坍方,顶力就会增大,若采用泥浆减阻,在这种情况下,泥浆越不容易注到管外壁四周去,形不成泥浆环,减阻效果就不会好。对于这个问题,今后需进一步认真进行研究和探讨,另外使用泥浆,还要掌握好配比。
1、泥浆要求
减阻泥浆的性能要稳定，施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。触变泥浆的主要成分是膨润土，掺入碱（碳酸钠）和水配制而成。顶进施工前要做泥浆配合比实验，找出适合于施工的最佳泥浆配合比。
⑴触变泥浆的配合比参考下表：
注：膨润土的胶质价测定方法如下：
1）将蒸馏水注入直径25mm，容量100ml的量筒里，至60～70ml刻度处；
2）称膨润土试料15g，放入筒中，再加水至95ml刻度，盖上塞子，摇晃5mim，使膨润土与水混合均匀；
3）加入氧化镁1g，再加水至100ml刻度，盖好塞子，摇晃1min；
4）静置24h使之沉淀，沉淀物的界面刻度即为膨润土的胶质价。
⑵为了在顶进完毕后使触变泥浆固结增强，参考相关文献可适当掺入凝固剂（工业六糖）和塑化剂（松香酸钠）。以上掺入剂的配比参考下表：
注：石灰膏中的含水量为110%，实际石灰占膨润土的比重为20%。
泥浆配比的控制好坏与减阻效果的好坏有直接关系，结合蚌埠黄山大道二标段顶管范围的土质情况，通过多次尝试，主材配比最终采用膨润土：工业碱：水=20：1：80，此外减阻泥浆的拌制要严格按操作规程进行，催化剂、化学添加剂等要搅拌均匀，使之均匀地化开，澎润土加入后要充分搅拌，使其充分水化。泥浆拌好后，应放置12到24小时才能使用。保证各种成分能完全溶解，防止泥浆注入土壤里会出现水分离析流失，影响减阻的作用。
2、压浆孔布置
顶进施工中，减阻泥浆的运用是减小顶进阻力的主要措施。管道顶进时在掘进机后需连续放置3至4节有注浆孔的管子（注浆孔呈120度梅花型布置）不断注浆，使浆套在管子外面保持得比较完整后，再间隔3~4节管子放置一节有注浆孔管子用以补浆。向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道形成一个泥浆环套，减小管节外壁和土层间的磨擦力，从而减小顶进时的顶力。泥浆套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。
3、注浆控制
注浆施工遵循“同步注浆与沿途注浆相结合”、“先注后顶、随顶随注、及时补浆”的原则。顶进的同时，对顶管机尾同步压注触变泥浆，及时填充管外空隙，形成初始泥浆套。根据施工现场情况，应在顶管机后连续6米区域内均设置注浆断面，已保证浆液的完整性和连续性，不至于断断续续。由于浆液会填充土体间隙，根据经验，同步注浆量应按管外环形空隙体积的3倍进行控制。
4、压浆方法
压浆是通过储浆池处的压浆泵将泥浆压至管道内的压浆总管，然后经由压浆孔压至管壁外。施工中，在压浆泵、顶管机尾部等处装有压力表，便于观察，控制和调整压浆的压力。
顶进施工时主要是实行同步压浆，通过顶管机尾部的三个压浆孔压注触变泥浆、压浆压力应以浆液能压出管壁外而压力最小为宜。压力太大，则管壁外土体要受到扰动，造成局部坍塌，反而不利于减阻，也影响了轴线控制；压力太小，则浆液无法压出管壁外，不能形成浆套。顶进时可以通过观察总的压浆量与顶进距离的关系来估算压浆压力是否恰当，结合现场施工经验，注浆压力应略高于地下水土压力，施工中控制在0.1-0.15MP之间。
随着顶进距离的延伸，应定期进行补压浆，补压浆通过管道内间隔布置的压浆孔进行，补压浆可能在每节管节顶进的间隙进行，必要时在顶进过程中也可穿行。
顶进施工中，减阻泥浆的用量主要取决于管道周围空隙的大小及周围土层的特性，由于泥浆的流失及地下水等的作用，泥浆的实际用量要比理论用量大很多，一般可达理论值的4-5倍，但在施工中还要根据土质情况，顶进状况，地面沉降的要求等做适当的调整。
5、注意事项
1）触变泥浆压送与顶进同时进行，泥浆配合比要做试验，按配合比根据不同的土质进行适当的调整，保持泥浆的稳定性，由于顶管距离较长，工期亦相对较长，部分泥浆可能失水，应采取补浆措施，保持泥浆减阻的良好效果，同时要控制压浆量和压力。
2）每个注浆孔宜安装阀门，注浆遇有机械故障，管路堵塞，接头渗漏等情况时，经处理后方可继续顶进。
3）拆除注浆管路后，应浆管道上的注浆孔封闭严密，对全部注浆设备进行清洗干净。
4）注浆：以控制注浆量为主，控制在0.5～0.6m3/m，此时注浆具有填充纠偏形成的椭圆土洞的作用。
四、结束语
泥浆减阻技术的发展运用,将有效地改善顶管施工工艺,尤其是很好地解决了在复杂土层中进行大直径、长距离、曲线顶管施工的顶力控制问题,为顶管法工程的设计和施工带来了巨大的提升空间。所以说，在一定程度上可以认为泥浆减阻技术的运用水平高低,不仅体现了顶管施工企业技术水平的高低,甚至决定了顶管施工项目的成败。
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