减阻泥浆及其制备与使用方法与流程

本发明涉及一种减阻泥浆及其制备与使用方法。

背景技术：

在顶管施工中，注浆减阻是非常重要的一个环节，它是顶管成功与否的关键。顶管施工过程中，如果注入的减阻泥浆能在管道外周形成较完整的减阻泥浆套，则其减阻和支撑的作用将会收到意想不到的效果。有效的减阻泥浆套的形成，可以大大减小管壁与土层之间的摩阻力，有效降低顶进的顶力，增加单程顶进的长度、减少中继间的用量，也可以减少工作井与接收井的数量，从而有效的降低工程成本。

顶管在黏性土层中顶进时，由于土层本身较硬、较黏，因此在设备选型上一般顶管机的外径比管道外径大1cm～2cm左右，制造空隙以辅助泥浆套的形成，如泥浆套未能有效的形成，则就不会产生有效的支撑与减阻的作用，黏性土层将会将管道外壁紧紧包裹，使原本的滑动摩擦变为干摩擦，导致整个管道的摩阻力大幅度上升。因此在黏性土层中顶管能不能形成有效的建筑泥浆套对工程的成败起到了决定性的作用。

现有的顶管注浆工艺主要是考虑减阻泥浆的配置、运输、注浆孔的位置及数量、注浆量等，最终形成流体状的减阻浆液通过注浆管道运输再经注浆孔注入到管道外壁，通过不断增加注浆、补浆的频率以期形成良好的减阻泥浆套。此种注浆工艺比较泛泛，使用于各类土层，针对性不强，并没有对土层的性质作细致的分析，遇到特殊土层时不能形成有效的泥浆套，且流体状的浆液支护性能也有很大的局限性。

黏性土层的粘聚力C值为19Kpa、承载特征值为130Kpa、内摩擦角Φ值为19.5°，主要表现为土层吸水易膨胀、水质不易侵入土体，土质坚硬、较黏、不易搅拌。而现有的顶管泥浆由膨润土和水搅拌而成，配合比为1：8，有时也参入纯碱等，这样的顶管泥浆在黏性土层中顶进时存在弊端，主要表现为：保水性差、支护性能差、成套性能差、耐久性能差。

因此，寻求一种保水性能、成套性能、支护性能、耐久性能优异的减阻泥浆是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于为了克服现有技术中的顶管减阻浆液对于黏性土层来说保水性差、支护性能差、成套性能差、耐久性能差、并导致在顶进时无法形成完整的减阻泥浆套、进而起不到有效的支撑和减阻作用的缺陷，从而提供一种减阻泥浆及其制备与使用方法。本发明的顶管减阻泥浆的保水性能、成套性能、支护性能、耐久性能优异，可用于顶管及盾构，尤其适用顶力较大的情况，在使用过程中注浆的频率大大降低，并且在顶进时能够有效形成泥浆套，大大降低的管道外壁的摩阻力，降低了顶进的顶力，减小了刀盘扭矩及工作电流，降低了顶管设备的损耗。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供了一种减阻泥浆，其包括膨润土，碱性无机物，聚丙烯酰胺和水；其中，按质量比，膨润土：碱性无机物：聚丙烯酰胺：水＝(290-295):(4-5):1:(645-655)；所述碱性无机物为碳酸钠(纯碱)和/或氢氧化钠(烧碱)。

本发明中，较佳地，所述膨润土：所述碱性无机物：所述聚丙烯酰胺：所述水＝350kg:5kg:1.2kg:780kg。

本发明中，所述膨润土为本领域常规使用的膨润土，市售可得，例如购自深圳市安信矿业有限公司的钠基膨润土。

本发明中，所述聚丙烯酰胺为本领域常规使用的聚丙烯酰胺，市售可得，例如购自郑州海畅清供水材料有限公司的非离子聚丙烯酰胺。

本发明中，所述水为本领域常规使用的水，例如自来水。

本发明还提供了所述减阻泥浆的制备方法，其包括下述步骤：

将所述减阻泥浆的各成分混合，得减阻泥浆。

其中，所述混合较佳地在搅拌器中进行。

本发明还提供了所述减阻泥浆的使用方法，其包括下述步骤：

将所述减阻泥浆运输至顶管的管道中，之后通过螺杆泵压入注浆孔，最后注入管壁外侧。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的顶管减阻泥浆的保水性能、成套性能、支护性能、耐久性能优异，可用于顶管及盾构，尤其适用顶力较大的情况，在使用过程中注浆的频率大大降低，并且在顶进时能够有效形成泥浆套，大大降低的管道外壁的摩阻力，降低了顶进的顶力，减小了刀盘扭矩及工作电流，降低了顶管设备的损耗。

附图说明

图1为本发明对比例1中使用常规触变泥浆时JB06～JB05顶管段的启动顶力和顶进顶力随顶进距离的变化情况。

图2为本发明对比例1中使用常规触变泥浆时JB06～JB05顶管段的摩擦阻力随顶进距离的变化情况。

图3为本发明实施例1中使用减阻泥浆时JB06～JB07顶管段的启动顶力和顶进顶力随顶进距离的变化情况。

图4为本发明实施例1中使用减阻泥浆时传感器JB06～JB07顶管段的摩擦阻力随顶进距离的变化情况。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

以下实施例1和对比例1中均采用工程用DN4000钢顶管施工，主要在⑥2-1砂质粉土、⑥3粉质黏土层中顶进(土层主要呈黏性、吸水易膨胀、土质坚硬、较黏、不易搅拌)，顶管段长度共763.3m。

以下实施例1的JB06～JB07顶管段和对比例1中的JB06～JB05顶管段涉及的土层、地下水位以及施工条件基本一致，两段顶管长度也相近，在本领域技术人员看来二者具有对比性。

以下实施例1和对比例1中膨润土购自深圳市安信矿业有限公司，纯碱购自沧州润通化工，聚丙烯酰胺购自郑州海畅清供水材料有限公司。

实施例1

所用的减阻泥浆的材料配比为膨润土：纯碱：聚丙烯酰胺：水＝350kg:5kg:1.2kg:780kg。

拌浆和注浆工艺：选用搅拌器将上述组分拌制成膏状减阻泥浆，之后将膏状减阻泥浆人工运输至管道中，再通过螺杆泵压入注浆孔内，最终注入管壁外侧。

对比例1

现有减阻浆液(即常规的触变泥浆)的配比为膨润土：纯碱：羧甲基纤维素(CMC)：水＝100kg:5kg:1.2kg:780kg。

拌浆和注浆工艺：采用泥浆搅拌桶将上述组分搅拌成流体状，之后通过注浆管路压入注浆孔内，最终注入管壁外侧。

效果实施例1

通过数据统计、对比发现：

(1)使用对比例1中的常规触变泥浆，正常顶进时启动顶力和顶进顶力最大分别为1900t和1600t，且顶力浮动较大。正常顶力启动与顶进摩阻力最大分别为0.199t/m²和0.168t/m²，且摩阻力变化幅度较大(见图1和图2)。

使用实施例1中改进后的泥浆配比注入后，正常顶进时启动和顶进最大顶力分别为1300t和1100t，正常顶进时启动和顶进最大摩阻力分别为0.11t/m²和0.09t/m²。顶进过程中顶力、摩阻力比较稳定(见图3和图4)。

(2)顶进区间范围内，管道断面下半部分为⑥3粉质黏土夹粉性土层，上半部分为⑥2-1砂质粉土。对比例1中的常规触变泥浆的失水量较大，⑥3粉质黏土夹粉性土膨胀系数大，吸收触变泥浆中的水分后体积膨胀，将管道包裹，致使启动顶力偏大、电流、扭矩增大。

实施例1中的减阻泥浆未出现上述现象。

(3)对于对比例1中的触变泥浆，现场观察1点位和11点位的注浆阀门发现无浆套，管道上部与⑥2-1砂质粉土层紧密接触，造成摩阻力偏大。现场观察5点位和7点位的注浆阀门发现浆液压力较大，由于上部触变泥浆通过管壁流至管底，形成浮力，导致管道上浮。

而实施例1中的减阻泥浆未出现上述现象。

(4)由于对比例1中的触变泥浆在黏性土层中失水率较高，管外泥浆套很难形成，注浆频率大大提高，注浆量增大。

虽然实施例1中的减阻泥浆单次注浆成本高，但是注浆频率远小于常规的注浆工艺，总体成本相差不大。

由此可见，选用本发明的黏性土层顶管减阻泥浆在保水性、耐久性、支护性、成套性能均优于传统的注浆工艺，且启动顶力、摩阻力均比较小，且相对稳定。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。