大口径长距离钢顶管注浆减阻技术:以黄浦江上游水源地连通管工程为例

黄浦江上游水源地通管工程C3标段采用DN4000钢顶管施工,单次顶进长度达到969.94m,如何降低顶力是整个工程成功的关键。为减少摩阻力从而降低顶力,对泥浆配制、注浆控制等方面进行了研究,并结合JB06～JB05及JB07～JB06顶进段的地层、顶进力变化状况,分析顶管摩阻力的变化规律。结果表明:①该工程注浆孔的合理布置、触变泥浆的配制与使用得到的减阻效果明显,可作为类似工程减阻技术的参考;②顶力与顶进距离近似呈线性关系,但地层本身的性质会造成顶力的突变,类似工程可先对地层性质进行研究以得到更准确的顶力预测,指导顶管施工;③已注入环空一定时间后的泥浆与刚注入的泥浆相比减阻效果更好,顶力增速过快时可降低顶进速度,待泥浆充分与地层反应后再以原速顶进;④适当增加注浆量可以有效地减小管周摩阻力;⑤高聚物膨润土泥浆比膨润土泥浆单价更高,但高聚物膨润土泥浆注浆量少,综合环境效益等多方面因素考虑,高聚物膨润土泥浆更有优势。     

大直径长距离顶管润滑泥浆方案研究

顶管技术作为一种经济快速的管道铺设技术已广泛应用于地下水道、石油天然气管道、电力和通讯电缆的施工中。在大直径长距离顶管施工过程中,顶进力过大是困扰顶管施工多年的技术难题。顶进力过大对顶管施工机械及相应的设施提出了更高的要求,顶进力已成为限制顶管技术发展的因素。针对这一问题,结合港珠澳大桥拱北隧道曲线顶管管幕实际工程,对顶管润滑减阻泥浆展开了研究。对泥浆中各组分对泥浆性能影响的试验研究表明,随着膨润土质量、PAC质量的增加,泥浆黏度呈现增长的趋势。通过正交试验确定了最优泥浆方案。将泥浆方案应用到实际工程中使单位摩阻力大幅降低,解决了顶进中顶推力过大的问题。     

大断面矩形顶管减阻技术应用研究:以苏州综合管廊矩形顶管为例

以苏州城北路人民路段综合管廊矩形顶管工程为例,分析了影响矩形顶管顶进力的关键因素,提出了管节配重、管节涂蜡和管节注浆等综合减阻方法以降低管壁摩阻力。在管节内放置重物平衡管节所受周围泥浆的浮力;通过涂蜡和喷蜡使管壁光滑,降低管壁与周围介质的摩擦系数;选择合适的材料和配比配制适合地层的泥浆,调整注浆量和注浆压力,使管节周围形成完好的泥浆套。基于实测顶进力与理论计算值的对比分析表明,管壁单位面积摩阻力降低了40%左右,证实该综合减阻方法解决了人民路段矩形顶管顶进力过大的问题。     

长距离管道顶管下无粘土浆液研究

在长距离管道顶管施工过程中,尤其是碰见复杂地层如砂卵石层的情况下,为解决在顶管施工中极易造成地层垮塌埋管、顶管阻力急剧增加导致顶管失败的难题,开展了以植物胶和聚合物为主要原料的无粘土浆液的润滑减阻护壁性能研究,最后采用正交实验得到一种适用于长距离管道顶管工程的无粘土浆液的最优配方。     

中粗砂地层顶管工程泥浆方案研究

在中粗砂地层顶管施工过程中,地表变形过大、顶推力过大是困扰顶管施工多年的技术难题,针对这些问题,提出了适合该地层的顶管泥浆性能指标。通过正交试验验确定了泥浆各组分对泥浆粘度和失水量的影响进而确定了最佳的泥浆配方。最终该配方成功应用于珠海某大型顶管工程中。     

中粗砂地层顶管工程泥浆方案研究

在中粗砂地层顶管施工过程中,地表变形过大、顶推力过大是困扰顶管施工多年的技术难题,针对这些问题,提出了适合该地层的顶管泥浆性能指标。通过正交试验验确定了泥浆各组分对泥浆粘度和失水量的影响进而确定了最佳的泥浆配方。最终该配方成功应用于珠海某大型顶管工程中。     

沙漠地区大直径顶管施工护壁减阻浆液研究与应用

沙漠地区地层稳定性差,摩阻力大,导致长距离大直径顶管施工时间长,浆液输送压力损失大,极易造成地层垮塌埋管,顶管阻力急剧增加导致顶进失败。沙漠地区大直径顶管工程顺利顶进的关键是浆液应具有较好的润滑减阻和成套护壁作用。基于这一关键问题,开展室内试验和现场应用研究,研发出了适合沙漠地区顶管的新型护壁减阻浆液,采用高岭土聚合物浆液作为机头同步注浆浆液,无粘土高聚物浆液作为沿线跟进补浆浆液。同步注浆浆液在润滑减阻的基础上主要突出成套护壁作用,而跟进补浆浆液主要突出润滑减阻特性,从而使润滑减阻浆液系统达到最佳的润滑和护壁作用。研发的新型护壁减阻浆液应用于内蒙古乌兰布和沙漠穿沙输水项目7～9号顶段——国内外首例沙漠地区大直径顶管工程,效果良好,顶进工作顺利完成。该研究提升了沙漠地区顶管工程关键技术、解决了护壁与减阻问题,具有极大的社会价值和经济效益。     

长距离顶管工程中注浆减摩作用机理及效果分析

长距离顶管施工中除了克服迎面阻力外,尚需克服巨大的侧面摩擦阻力,故直接顶进非常困难。探讨了利用膨润土泥浆注浆以减小顶进阻力的技术。对注浆材料的结构、注浆工艺和减摩机理进行了较为系统的阐述,并结合工程实例对长距离顶管中顶进力的理论值与实际值做了比较。结果表明,注浆减摩效果十分明显。该技术值得在实际工程中推广应用。     

典型深海软黏土触变特性与微观结构探究

土的触变性是指在外力扰动作用下,其强度迅速降低,但在含水率和体积不变的静止条件下,随时间逐渐恢复的一种特殊现象,土的触变性对基础工程设计等至关重要。针对取自于我国南海各海域的典型深海软黏土,采用落锥法对其触变强度恢复特性进行测试,进一步通过扫描电镜方法结合数字图像处理技术对其触变过程中微观结构的演化进行量化分析。结果表明:我国南海各海域深海软黏土均能够表现出触变强度恢复的特性,但不同土样的触变性差异较大,这与土的基本物理性质有很大关系。触变过程中土体的微观结构发生显著变化,土体结构由分散逐渐趋向于絮凝。微结构单元体的粒度特征和角度特征均发生一定动态调整,随着触变时间的增加,较小粒度区间微结构单元体的比例逐渐减小,较大粒度区间的比例逐渐增大;而触变过程中微结构单元体的排列并未表现出明显的定向性。     

甘肃陇南地区金矿岩心钻探不分散低固相泥浆的应用

甘肃陇南地区地层结构复杂,断层蚀变带发育、构造发育、破碎带极度发育,给施工带来了许多困难。结合以往施工经验,分别从钻孔结构、泥浆性能、钻进技术和施工管理等方面进行有效的分析研究,制定出适合该地区的钻进方案。实践证明,该技术方案能有效地应对该地区复杂地层情况。总结了应用绳索取心钻进、膨润土造浆和不分散低固相泥浆工艺在马泉金矿工区的成功经验。     

首钢曹妃甸钻孔桩海水泥浆应用研究

在滨海浅滩进行钻孔灌注桩施工时,能否应用海水配制泥浆、应用什么样的造浆材料和处理剂、泥浆指标的合理应用是钻孔灌注桩成功施工的重要因素。通过对几种造浆材料的比选,泥浆配比的优化,对使用海水配制膨润土泥浆的可行性进行了分析。结合首钢曹妃甸2号高炉区钻孔桩施工实例,简要介绍了膨润土海水泥浆的成功应用,对施工过程中的控制方法做了说明,以达到指导类似工程施工的目的。     

活性炭改性土-膨润土泥浆墙阻隔苯酚污染地下水

为了增加土-膨润土泥浆墙回填材料对污染物的阻滞性能,本文采用活性炭对其进行改性。通过坍落度和土柱实验研究了添加活性炭对土-膨润土泥浆墙施工和易性、渗透性和兼容性能的影响,明确了活性炭添加量对泥浆墙渗透性和兼容性的作用规律。实验结果显示,满足泥浆墙墙体材料施工和易性要求的含水率范围随着活性炭质量分数增加而增大。活性炭质量分数为2%～10%的改性土-膨润土泥浆墙墙体材料渗透系数均小于1.0×10^-7cm/s,满足垂直阻隔墙渗透系数要求。当活性炭质量分数≤2%时,活性炭的添加对墙体材料与苯酚溶液的兼容性能没有影响;随着活性炭质量分数的增大,苯酚对其不利影响加剧。当活性炭质量分数增大至10%时,活性炭改性土-膨润土泥浆墙不适用于苯酚污染地下环境。     

无水砂层大断面矩形管廊顶管施工渣土改良试验

大断面矩形管廊在无水砂层中顶进施工时,由于砂土流塑性差,掌子面易出现“闭塞”、“喷涌”和“结饼”等不良现象,进而影响施工进度。本文以北京市通州区畅和西路(兆善大街-潞阳大街)大断面矩形顶管施工为工程依托,开展了掌子面渣土改良试验研究。以不同配比的钠基膨润土、聚丙烯酰胺(PAM)和水作为砂土改良的添加剂,并通过黏度试验和滤失试验对不同配比的改良剂(膨润土添加聚丙烯酰胺)的性能进行了研究,结合改良后渣土的坍落度试验、直剪试验与压缩试验,评价了掌子面渣土的改良效果。研究表明:膨润土添加聚丙烯酰胺对无水砂层的改良效果显著。通过改良剂性能试验,初步筛选出膨润土: PAM: 水为60:2:1000,70:1.5:1000,70:2:1000和80:1.5:1000等4种性能优良的改良剂配比;通过渣土改良效果试验得出,改良剂最优配比膨润土: PAM: 水为70:2:1000,改良剂最优注入比为15%;通过添加改良剂使得改良后渣土的坍落度降低30 mm,黏聚力增加9.3 kPa,内摩擦角降低6.5°,压缩系数增加0.090 MPa-1,达到了无水砂层土体处于流塑性状态的预期效果,有效降低了大断面矩形管廊侧壁阻力,提高了顶进效率。     

水泥-膨润土泥浆配比对防渗墙渗透性能的影响

作为一种垂直防渗墙体材料,水泥-膨润土泥浆已在欧美等一些国家被广泛应用于垃圾填埋场的垂直防渗系统中,而国内对此类墙体材料的研究和应用较少。通过对不同配合比的水泥-膨润土泥浆固结体进行渗透试验,研究了原材料对泥浆固结体渗透性能的影响以及渗透性随龄期变化的情况。试验结果表明,水泥和膨润土对固结体渗透系数的影响相互依赖,只有在水泥用量达到一定程度后,增加膨润土用量才能有效地降低固结体的渗透性能;随着龄期的增加,水泥-膨润土泥浆固结体的渗透系数明显降低。     

泥水平衡顶管技术在商周高速穿越工程中的应用

泥水平衡顶管技术被广泛用于穿越铁路、公路、河流等地下管线工程中,并在我国南水北调工程中发挥重要作用,但在施工中也出现了长距离施工减阻和轨迹精度控制等难题。结合商周高速顶管穿越工程,探讨了顶管机选型、注浆参数、顶进力估算和轨迹纠偏等关键技术。通过对顶力计算值与实测值的对比表明工程采用的润滑泥浆的减阻效果明显,有泥浆润滑时(15m后)的摩阻力约为无润滑时(15m前)的11%,实际的总顶进力约为计算值的9%。利用激光全站仪对掘进机头的轨迹偏差的分析结果表明:机头的水平轨迹偏差很小,且无明显规律;机头的下沉可能会导致轨迹容易向下偏斜。     

顶管施工润滑泥浆压力引起的土体附加应力计算

顶管润滑泥浆在施工中与周围地层发生相互作用,起到支撑和填充超挖量造成的环状间隙作用以及润滑减阻的效果,然而过大的泥浆压力会对周围土体及地下结构产生附加应力。为了建立顶管施工润滑泥浆压力引起的土体附加应力计算模型,假设润滑泥浆与周围土体的相互作用形成泥膜,在考虑土拱效应的基础上,采用弹性带圆孔平板受内压平面应变模型求解土体在注浆压力作用下的应力解析公式。分析得出注浆压力引起的竖向和水平附加应力都关于管道中心对称,附加剪应力关于管道中心反对称,附加应力最大值位于隧洞内壁。     

海泡石改性土-膨润土泥浆阻截墙阻截地下水重金属阳离子污染

为探究海泡石的添加对土-膨润土泥浆阻截墙材料的施工和易性、渗透性,以及对地下水重金属阳离子污染阻截性的影响,采用天然海泡石对土-膨润土泥浆阻截墙改性,并以铅污染为代表,进行了坍落度实验、渗透实验和吸附实验。结果表明：添加海泡石不会对土-膨润土-海泡石阻截材料施工和易性造成太大影响,海泡石掺量从0增加至30%,满足目标坍落度要求的含水率仅增加1%;在实验掺量范围内海泡石对泥浆阻截材料渗透性能的影响较小,材料渗透系数均小于10^-7 cm/s,能够满足工程要求;材料对Pb²⁺的吸附是以化学吸附为主的吸附过程,海泡石掺量分别为0、5%、10%和20%时,泥浆阻截材料对Pb²⁺的吸附量依次为89.73、112.52、140.85、183.40 mg/g,温度降低,阻截材料吸附量也随之减少。在铅污染液的作用下,土-膨润土-海泡石阻截材料渗透系数逐渐上升,海泡石的存在能够延缓Pb²⁺对该阻截材料的侵蚀;渗出液pH和Pb²⁺质量浓度变化表明,在实验时间内阻截材料仍然起着阻截作用。     

天然红层风化土成膜试验研究

泥浆成膜支护是盾构带压开仓等施工过程中的一种重要防护手段,其支护的效果主要取决于泥浆材料。为了有效地利用天然红层风化土作为泥浆成膜的原材料,降低人造材料的成本并减小对环境的影响,以天然的红层风化土为材料,借鉴泥浆成膜过程,笔者等自主研发全通透高压泥膜闭气试验装置,在不添加任何其他材料条件下开展红层风化土泥浆成膜闭气的正交试验,研究红层风化土的成膜模式、影响因素、效果评价、形成时间和破坏判据。研究结果表明,红层风化土泥膜与常用的人造膨润土泥浆材料成膜的闭气性能相近,初步验证了红层风化土成膜应用的可行性与可靠性,推动低成本、绿色的成膜技术发展,为泥浆成膜施工技术提供新的支持。     

黄土渗透和强度性能的改良优化

为探寻适用于黄土地区海绵城市建设的具有较高强度和防渗性能的路基换填材料,通过对掺入水泥、聚丙烯纤维、膨润土的黄土进行强度和渗透性试验,并基于正交试验和田口方法的信噪比分析,获得了改良黄土各掺量的最优配比方案。结果表明:水泥掺量对改良黄土的无侧限抗压强度影响最显著,聚丙烯纤维掺量和长度对其渗透系数影响最大;改良黄土各掺量的最优配比为聚丙烯纤维长度取12 mm、聚丙烯纤维掺量取0.3%、膨润土和水泥掺量分别取3%和8%;在3、7、14 d养护龄期下,最优配比改良黄土的强度和渗透性能均优于不同配比的石灰改良黄土。改良的黄土各掺量最优配比可为黄土地区海绵城市道路建设中的路基处理提供参考。      

低固相钻井液在煤田钻探施工中的应用

在新疆焉耆煤田塔什店勘探区的钻探施工中,存在着上覆地层坍塌严重,经常出现卡钻、埋钻事故;进入煤系后,由于煤层厚度较大,在使用煤碱剂、络制剂,Na—CMC做钻井液处理剂时,经常出现煤层部位孔壁无法维护好,多数钻孔出现煤层坍塌问题,导致无法顺利测井的问题。通过对该地区地层特性认真分析,积极吸取其他地区类似地层的施工经验,应用膨润土、纯碱Na OH、部分水解聚丙烯酰胺(PHP)、部分水解聚丙烯腈(PAN)作为钻井液处理剂,总结了一套低固相钻井液配比方案。结果表明:该种低固相钻井液具有护壁性能好,排粉能力强的特点,从而使孔内事故减少,钻探效率提高,取得了令人满意的经济效益。