1、注漿(補漿)原理和作用
掘進機的直徑一般要比管道直徑大2—5cm.由于這個管道直徑差的存在,管道與周圍土體之間存在的間隙會被從注漿孔注入的泥漿填滿。泥漿是一種混合液,在壓力作用下和土體接觸并滲入土層中,慢慢擴散開,并與周圍土體形成一個整體。隨著滲入量的增加,土體與泥漿將會形成一層致密的滲透塊,同時在泥漿壓力的作用下,塊與塊之間緊密結合,這樣就在管道周圍形成了一個穩定的泥漿和土體組合而成的“泥漿套”。這個泥漿套的形成阻止了泥漿繼續向外面土層滲透,同時在泥漿壓力的作用下泥漿會流動到管道底下,當四周都形成泥漿套時就能支撐周圍土體起到浮力的作用,這樣管道與周圍土層中間就隔著一層流動的泥漿,且保持為濕潤摩擦,這是摩擦系數很小的摩擦阻力狀態。
補漿是因為隨著頂管頂進距離的增加,注入的泥漿隨著管道往前滲透、擴散,已形成的泥漿套就會變稀薄,土體就會壓向管道四周,同時管壁阻力就會急速上升。為此,在管道推進過程中需要對后面頂進的管道不斷均勻的進行補充泥漿,使后面推進的管道周圍與前面的管周圍一樣形成連續的泥漿套,并保持與土壓力一致。一般補充泥漿的孔道數量和問距要根據管道直徑、管道頂進的速度、土質情況等因素來確定。通常情況下每隔2—5節管道設置。
注漿主要有4個作用,一是起潤滑作用,將管土之間的干摩擦變為濕潤摩擦,減小摩擦阻力;二是起支撐作用,在注漿壓力下使管道周圍土體變得穩定;三是改良土質,通過泥漿向管道周圍土體的滲透作用來改良不好的上質。四是封堵裂縫,通過注漿處理地下水發育的圍巖涌水。
2、注漿技術的應用分析
注漿的直接結果是形成觸變泥漿潤滑套,它的質量直接影響頂進過程中的頂力,可以直觀地從頂進系統的壓力表上反映。如果項力發生突然上升,很可能是由于泥漿潤滑套的質量發生問題了,或者是因為停止頂進時間過長導致泥漿套缺失引起的頂力上升。
一、注漿材料
1、傳統觸變泥漿
頂管觸變泥漿一般是以膨潤土為主要材料,CMC(粉末化學漿糊)或其他高分子材料等為輔助材料的一種均勻混合溶液。膨潤土分散在水中,其片狀顆粒表面帶負電荷,端頭帶正電荷。當膨潤土含量較多時,顆粒之間由于正負電相互吸引而形成一個網架結構,泥土實際程膠凝狀態,經觸動后,顆粒之間的連接電鍵即遭到破壞,釋放出網架中的水使膨潤土分散體隨之變稀。如果外界因素停止作用,分散體又變稠形成凝膠體。這種當漿液受到剪切時,稠度變小,停止剪切時,稠度又增加的性質稱為觸變性,相應的水分散體稱為觸變泥漿。
為了及時充填管子和土層之間的空隙,同時膨潤土懸浮液滲入土層空隙內,在管予與土壤間形成泥漿套,在機尾刃腳后第二節管子開始壓入泥漿。
2、FHDF高效膨潤土泥漿
FHDF高效膨潤土泥漿與傳統膨潤土泥漿相比有以下優點:
①造漿性能好,是傳統泥漿的2.5~3倍;
②造漿含砂量低,潤滑性能好;
③泥漿是粗分散的和細的分撒的混合分散體,對泥粒有選擇性絮凝作用,使鉆進過程中泥粒在泥壁表面堵塞粗孔隙,泥漿的細分散體堵塞細孔隙,能有效形成致密泥皮,降失水作用較好、濾失量低,滲透距離短;
④泥漿有較好的觸變性能,網結構形成和黏度恢復快,凝膠強度適中,因此停鉆后重啟動阻力增加有限;
⑤現場施工方便,直接打漿即可,無需再添加其他添加劑。
3、新型泥漿材料及抗滲泥膜
除了膨潤土系的潤滑材料外,國外還研究出許多高分子化學減摩劑。如日本生產的IMG減摩材料,這種高分子材料具有吸水的功能。當其與水接觸,它能從一顆很小的顆粒變到很大,直徑可以達到O.5~2mm,質量可以變成之前的百倍以上。具有很多優點:
①這些吸水后的顆粒狀材料,附著在管道周圍像很多顆鋼珠點在底下,減少摩擦的作用很明顯;
②不像其他潤滑劑,當頂管頂進暫停一段時間再次啟動時,它的阻力增加不顯著,基本和之前阻力保持相同;
⑧這種顆粒材料吸水后直徑較大,不容易滲透到周圍土層中去,因而使用起來較方便,不會流失太多。
④這種漿液的配置十分簡單,操作也十分方便。
二、注漿工藝及技術控制
注漿技術要點:
1、在一定的壓力下,膨潤土含量較高時有利于泥漿套的形成,且向土壤中擴散較小,因而開始頂進時漿液中膨潤土含量要高。
2、補充的懸浮液中膨潤土含量需進行調整,含量大的懸浮液,運動流限大,頂管阻力大;含量過小時,懸浮液會很快滲入土壤中去。所以要根據頂力情況調整膨潤土含量。
3、注入漿體的量與頂進速度有關,量為管道與周圍土體之間空隙體積的7~9倍;
4、注漿壓力值應保持一定,使其不僅能順利壓力管道外壁,而且不會使周圍土體擾動。