非开挖施工中的泥浆技术

若使刃脚比它相应于管子外径应有的尺度稍大一点，就有或许降低管外壁摩阻力。这样能使上层不直接压在管体上。只要土层满足坚固，这种办法就会取到预期的效果。而假如向管子和土层之间构成的空地内压人支承介质，这种办法的效能更能够大大提高，并能保持必定的时刻，然后足以顶进一段相当长的管路，再则，非开挖顶管支承介质在起支承效果的一同，也能够作为光滑剂起到减少摩阻力的效果。

对支承一光滑介质的要求

对支承一光滑介质的要求，能够依据冲突定律推算出来。

冲突定律概要

除了不在这儿讨论的滚动冲突之外，可将冲突区分为：

a）粘附冲突（与静冲突相同）；

b）滑动冲突。

在粘附冲突和滑动冲突的状况下都存在如下的关系：

Ｔ＝N·μ 式中

N——法向力；

T——切向力；

μ——冲突系数；

冲突系数μ是一个资料常数，与滑动面和滑动物体的外表性质有关，而却不以触摸面积F的巨细为转移。无量钢系数μ在粘附冲突的状况下，一般大于滑动冲突时的数值，因为在粘附冲突的状况下，外表会因为常常存在的不平度而被“楔紧”。

滑动冲突又可分为：

b1 ）干冲突；

b2 ）液体冲突。

在干冲突时，滑动体和滑动面直触摸摸，在液体冲突的状况下，滑动体和滑动面则被光滑介质离隔

在滑动冲突的状况下。滑动体和滑动面之间存在相对速度。

在干滑动冲突的状况下，冲突系数μ与相对速度υ无关。

在液体滑动冲突的状况下，视在冲突系数μ则相随滑动体和滑动面之间液体的活动阻力而变化。活动阻力则取决于液体的运动粘滞度和活动速度。依据流体动力学可知，活动阻力与活动速度的平方成正比。

在两个互相触摸的物体之间，起效果的是一个比压：

P=N/F

在液体冲突的状况下，效果在光滑液体上的是一个活动压力：

p'=f（υ2）

若p= p'，物体和光滑介质便处于平衡状况。这时运动的物体就“漂浮”在滑动面上。

如p＞p'，光滑介质便会从运动物体和滑动面之间的缝隙中逐渐被挤压出去，直到液体冲突改变为干滑动冲突为止。液体冲突的条件在于，不管物体和滑动面都有必要是不透水的。假如光滑介质能够渗人物体或滑动面，而又不以相同的数量给予弥补，那么液体冲突就会变成干冲突。

从冲突定律得出的定论．

按照冲突定律来考虑，关于顶管施工能够得出彻底明确的定论如下：

a）为了保持较小的推顶力，干冲突须以尽或许小的冲突系数μ为条件。管子外表的光滑，能使冲突系数降低。管子外表的机械加工和涂改减摩剂，相同都能起到减小μ值的效果。

b）在干冲突的状况下，非开挖顶管管子外表在推顶进程中会被周围上层磨毛，因而使冲突系数增大。所以在项管间隔较大时，一般多采取液体冲突的方式。

C）液体冲突须以管子和土层之间存在光滑介质为条件，也便是说，须将光滑介质压人其间。

d）光滑介质有必要保持必定的厚度方能有效。

e）管子和土层间有必要存在必定的空地，也便是说，要留出必定的空地，以便在压人光滑介质后能够构成所需厚度的一个液体层。

f）管子和土层之间充溢光滑介质的空地，在整个推顶进程中有必要保持不变。要作到这一点，光滑介质有必要能够阻挠土层落到管壁上，亦即光滑介质有必要承受着各种具体条件下起效果的上压力来托住土层。因而，在光滑介质中有必要常常保持相当于土应力的液压。这样，光滑介质一同也起着支承介质的效果。交承压力的反效果力则由顶进管来承受。

g）为了构成管子和土层之间所需的空地，刃脚直径的取值最好稍大于顶进管直径。

h）对粘性很小的土壤来说，推顶时在刃脚周围产生的松散地带便能构成管子和土层之间所需的空地，因而不需求刃脚直径大于管径。

i）上层和管子之间既已构成空地，就有必要在土层落到管体一上以及土压力上升到达全值之前将支承-光滑介质充入其间。事后再来克服土压力将土层从管壁上推开是不或许的。一旦周围土壤的某些颗粒触摸管壁并被土层压附在管壁上，立即便会发生于冲突，即使随后压人光滑介质，状况仍然如此。

k）能够把顶进管看作是不透水的。管子接头在整个推顶进程中应保持密闭。

l）土层总是多少有些透水的。因而，支承一光滑介质有必要起到的另一效果，即在于关闭管子周围土层的空地，以便在土层中形成一个不透水的环形地带，然后阻挠支承-光滑介质进入土层。

m）为了能够关闭土层的空地而又不致丢失到土层中去，支承-光滑介质有必要具有满足高的运动粘滞度。

n）为了获得尽或许小的视在冲突系数μ，非开挖顶管又需求支承-光滑介质的运动粘滞度较低一些。

o）支承-光滑介质不得对顶进管资料（钢、钢筋混凝土、石棉水泥或塑料混凝土）和接头资料（钢和橡胶)形成腐蚀。

P）支承-光滑介质不得污染地下水。

膨润土矿藏悬浮液能够最充沛地满意对支承-光滑介质提出的一切要求。

作为支撑-光滑介质的膨润土

蒙脱土是一种层状结构的结晶氢化硅酸铝。硅酸盐多层体是一种三层结构，其间包括一层SｉO4四面体、一层氢氧化铝八面体和一层SｉO4四面体。蒙脱土晶体即由许多这样的硅酸盐叠层组成。蒙脱土晶体遇水胀大，与此一同水分子便进入各个叠层之间。所以两个蒙脱土叠层之间的间隔就加大了一倍。晶体内部胀大现象的原因，则在于叠层内部电荷分布的不均匀。

咱们能够想象，在停止下来的膨润上悬浮液中，薄片状的蒙脱上微粒构成一种纸牌房子式的结构，其间这些微粒以它们的角隅和棱缘彼此触摸或互相支撑。一旦停止状况被打乱，例如因为拌和、振荡或泵送等等，所以大多数的“纸牌房子”崩塌下来，因而在停止状况下凝结起来的悬浮液就会变成溶胶。当这种溶胶再次停止下来，薄片状的蒙脱上微粒又会彼此搭在一同构成纸牌房子式的结构，所以溶胶从头凝固。悬浮液每当停止便结成凝胶，一旦运动起来又变成溶胶，这种从停止状况到运动状况以及从运动状况又回到停止状况的结构交替，能够永无止境地重复下去，这样的特性便叫作触变性。

作为非开挖顶管施工中的支撑-光滑介质，膨润土的重要特色即在于它的胀大功能。这一点须取决于薄片状蒙脱俄土微粒的巨细和数量。

膨润土主要有两类，即钙膨润土和钠膨润土上。

它们的区别在于起决议效果的蒙脱土是钙蒙脱上还是钠蒙脱土。

在膨润土含量相同状况下，钠膨润土悬浮液中所含极薄的硅酸盐叠层片的数量，约为钙膨润上悬浮液中所含数量的15到20倍。因为这种极薄的硅酸盐叠层片的数量大得多，便有利于蒙脱土微粒构成纸牌房子式的结构，因而亦有利于提高悬浮液的胀大功能，这样既可改进悬浮液在溶胶状况下的活动性，也能改进非开挖顶管悬浮液在凝胶状况下的固结性。所以钠膨润土比钙膨润土更适用于顶管施工。

而巴伐利亚矿层却只含有胀大功能较差的钙膨润土。

但钙蒙脱土有一个特性，亦即其间化合的钙离子能够用钠离子来置换。经过这样的离子交换，钙膨润土的功能会有很大的变化，然后被赋予钠膨润上的优秀特性。

因为销膨润土和经过钠离子置换而活化的钙膨润土——也叫作活性膨润土——能够最大程度地满意顶管施工中提出的要求，因而下面的讨论便以这两种膨润土为根底。

化学分析表明，膨润土中大约有56 ％的二氧化硅和20％的氧化铝，二者一起构成了蒙脱土上晶体的根本物质。与此相对应，矿藏组成中也有75％的蒙脱土。筛分析也很值得注意，依据筛分析，膨润土中粒径小于0.025毫米的占55％。

膨润土加水拌和即成悬浮液，这儿对水质的要求和拌制混凝土时相同。判断膨润土悬浮液是否适于用作支承一光滑介质的标准在于它的物理特性。而对后者起决议效果的，主要是悬浮液中的膨润土含量。表2中按照每立方米制成悬浮液中含有30、40、60和80公斤膨润上的四种状况，别离列出了各种悬浮液的主要参数。

首先从容重的数据中能够看出，膨润土含量对容重的影响不大。在咱们所调查的试样上，容严重致变化于1020到1050公斤/米3之间，因而仅仅稍高于纯水的容重。所以膨润土悬浮液也能够在水下顶管施工中用作支承光滑介质，无需顾忌悬浮液因容重不同而丢失，故而对膨润土悬浮液来说，容重并不是一个重要的判断标准。

反之，流变极限丈量结果都表明，不管在运动状况或是静置状况下，悬浮液中的膨润土含量都对流变极限有很大的影响。正如事先的考虑所预见到的，流限在运动状况下到达了下限值。调查表2能够看出，膨润上含量从每立方米30公斤增加到60公斤时，亦即在膨润上含量增大一倍的状况下，运动流限从22.4克（力）／厘米2上升到204克（力）／厘米2，因而也便是提高到大约9倍，当膨润土含量从40公斤／米3 增加到80公斤／米3 时，相同也是在增大一倍的状况下，能够看到大致相同的比率。这时运动流限从44.6克（力）／厘米2上升到439克（力)/厘米2，亦即增大到10倍左右。

静置一分钟后的比率也类似于活动状况下的状况。在这种条件下，当膨润土含量从30公斤／米3 增加到60公斤／米3 时，流限从42.8克（力）／厘米2提高到320克（力）／厘米2，即增大到7.5倍。当膨润土含量从40公斤／米3增加到80公斤／米3时，流限则以100：696—1：7的份额提高。

终究，在静置24小时的状况下，当膨润上含量从30公斤／米3增加到6０公斤／米3时，流限比率为198：1265一1：6，80公斤／米3含量的相应数值则限于现有的丈量技术条件而无法测出。

因而得出的定论是，膨润土含量增加一倍，可使膨润上悬浮液的支承效果提高到7至10倍。可是这也意味着，若膨润土含量减少１／2，支承效果就或许降低到 1／10。所以，确定悬浮液中的膨润上含量，便有着如此严重的含义。

得到的另一个定论是，在从运动状况过渡到停止状况时，流限的增大须取决于悬浮液中的膨润土含量。在每立方米悬浮液中含30公斤膨润土的状况下。静置1分钟后的流限以42.8：22.4=1.9：1的比率增大。在膨润土含量为40公斤／米3的状况下，静置1分钟后的增大比率已达100：44.6=2.2：1。然而在膨润土含量为60公斤／米3状况下，这一比值却降低到320：204＝1．6：1，以及在膨润土含量为80公斤／米3的状况下，比率仍为696：439=1.6：1。

静置24小时后的流限与运动状况下的比率，在悬浮液中的膨润上含量为30公斤／米3时是22.4：198=1：8.8，在40公斤／米3的状况下是44.6：584=1：13.3，在60公斤／米3的状况下是204:1265=1:6.2，而关于80公斤／米3的含量，则已无法获得丈量值。

在将膨润上悬浮液用作支承-光滑介质的状况下，停止状况的流限值与运动状况的流限相同具有重要含义：

停止状况下的流限值决议着悬浮液是否适于用作支承介质，运动状况下的流限值则决议着悬浮液是否适于用作光滑介质。

当运动流限与停止流限之比为1：6到1：10（最大1：15）时。膨润上悬浮液便彻底能满意这两个方面的要求。

流限值适用于胀大进程业已终究完毕的悬浮液。这种胀大进程的性质，在于水已进入了构成蒙脱土晶体的硅酸盐叠片的晶层中。致使层间间隔增大起来。

水对细小蒙脱土晶体的渗透进程以及水进入更小得多的晶层之中都需求时刻。这便是胀大时刻，拌和越充沛．胀大时刻就越短，否则在水和膨润土的混合料未获充沛拌和的状况下，胀大时刻就会延伸许多倍。拌和获得杰出效果的条件，是要有满足长的拌和时刻，至少要有半个小时，有时甚至或许需求若干小时。另一个条件是要求膨润土不留余渣地充沛溶解在水中，尽或许使每一个膨润土颗粒都被水包围着。终究，在拌和时不要让空气进入水和膨润土的混合猜中，因为空气会阻碍水进入蒙脱土晶体。再则，胀大时刻也会受到混合料温度的影响。高温（夏日温度）可使胀大时刻缩短，低温（冬天温度）则使胀大时刻延伸。当温度低于零度时，胀大进程即告中止，但混合料并不会遭到损坏。解冻后胀大进程又会从头继续下去，在这种状况下，须将冻住的时刻计入胀大时刻之内。

在拌和效果杰出的状况下，拌和进程完毕后即已能够到达80％左右的终究流限，而在拌和效果不良的状况下，这一比值则降低到大约35％。由此可见，在拌和效果杰出和高温条件下，经过5个小时的胀大时刻后即已到达终究流限。反之，在拌和效果不良和低温条件下，则需求24小时方能到达终究流限。

关于胀大进程是否已经完毕，需求细心地进行调查，因为胀大不充沛的悬浮液一方面起不到支承效果，另方面也会因为随后的胀大而引起膨润土管路的堵塞，而且引起顶进管与周围土层之间表观冲突系数的上升，然后或许导致提高顶进阻力。

对充沛胀大的膨润上悬浮液来说，流限在停止状况下可到达上限值。如悬浮液变为运动状况，例如因为摇摆、振荡或泵送等等，立刻又出现流限的下限值，这便是活动状况下的流限，或者也能够说是运动流限。一且再次停止下来，流限又会升高，经过必定时刻之后再次到达其上限值。

悬浮液经每次停止之后都能够到达流限的上限值。然而在到达终究流限之前，假如悬浮液又变为运动状况，那么流限的升高进程便也或许中断。

蒙脱土微粒在纸牌房子式结构上的变化，用咱们的肉眼是看不见的，但却能够经过流限的变化丈量出来，因而一种悬浮液的触变性也是能够为咱们的感官所察觉的，而这种触变性作为悬浮波物相恣意多次的改变，咱们能够将它表示为凝胶→←溶胶