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顶管施工关键——注浆

河南中科支护机械设备有限公司 发布时间:2021-03-10

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。

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