強(qiáng)透水性地質(zhì)條件下泥水盾構(gòu)泥漿成膜技術(shù)

強(qiáng)透水性地質(zhì)條件下泥水盾構(gòu)泥漿成膜技術(shù)1泥漿基本性質(zhì)參數(shù)及評(píng)價(jià)指標(biāo)1.1泥漿基本性質(zhì)參數(shù)泥漿被稱為泥水盾構(gòu)的血液，它不僅肩負(fù)著維護(hù)開挖面穩(wěn)定的重責(zé)，還擔(dān)任著攜帶渣土的重任，泥漿參數(shù)的選擇與控制對(duì)泥水盾構(gòu)的正常安全施工具有極其重要的意義。1)比重泥漿比重通常是泥水盾構(gòu)施工中泥漿管理的重要指標(biāo)，它表征著泥漿中固相顆粒含量的多少。通常來說，泥漿比重越大，其形成的泥膜質(zhì)量越好，對(duì)開挖面穩(wěn)定越有利；同時(shí)泥漿的比重越大，泥漿對(duì)掘削渣土的懸浮能力越強(qiáng)，泥漿的攜渣能力就越強(qiáng)。但是，泥漿比重越大，其在管道中流動(dòng)的摩阻力就越大，容易使泥漿泵的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)比重越大，地表泥水分離設(shè)備的負(fù)荷就越重，泥水分離難度越大。綜上所述，泥漿要具有合適的比重，要在保證開挖面穩(wěn)定和出渣能力的基礎(chǔ)上盡量小。2)粘度為了確保泥漿發(fā)生以下作用，泥漿還必須具備一定的粘度：=1\*GB3①防止泥漿析水或泥水艙中泥漿固體顆粒沉淀，一旦這樣，泥漿的比重及粘度均將難以保證，這將嚴(yán)重威脅開挖面安全；=2\*GB3②防止逸泥或發(fā)生泥漿劈裂現(xiàn)象；=3\*GB3③增加泥漿的懸浮能力，防止出渣時(shí)渣土在泥水艙底部或排泥管道中沉淀，引發(fā)欠挖、假推或水錘現(xiàn)象，誘發(fā)開挖面失穩(wěn)。通常來說，泥漿的粘度越大，泥漿在開挖面越容易形成泥膜，形成泥膜的質(zhì)量也越好，同時(shí)，泥漿的粘度越大，泥漿對(duì)渣土的懸浮能力就越強(qiáng)，泥漿的出渣能力也越強(qiáng)。但是，泥漿的粘度越大，泥漿在管道中流動(dòng)的摩阻力也越大，容易使泥漿泵超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；泥漿粘度越大，地表泥水分離設(shè)備泥水分離的難度也越大；同時(shí)，泥漿粘度越大，泥漿的造價(jià)就越高。綜上所述，泥漿要具有合適的粘度，要在保證開挖面穩(wěn)定和出渣能力的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮泥漿泵的負(fù)荷、泥水分離效果及泥漿的造價(jià)。3)級(jí)配泥漿的比重表征著泥漿中固相顆粒的多少，而泥漿的級(jí)配則表征著泥漿中固相顆粒的粒徑。不同的地層孔隙需要不同粒徑的顆粒去堵塞，故盾構(gòu)機(jī)在不同的地層中掘進(jìn)時(shí)需要泥漿中具有不同級(jí)配的固相顆粒。例如，在粘土及粉細(xì)砂地層中施工時(shí)，泥漿中僅具有粘土顆粒就可以保證成膜質(zhì)量，但在礫砂甚至卵礫石地層施工時(shí)，就必須要求泥漿中含有一定量的細(xì)砂(即泥漿中有一定的含砂量)來幫助堵塞地層孔隙，這樣才能保證在開挖面上形成不透水或微透水的泥膜，保證開挖面安全。1.2泥漿基本性質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)為方便管理泥漿參數(shù)，一般我們用以下幾個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)泥漿的基本性質(zhì)：1)比重在工程中，我們常用泥漿比重稱來測(cè)量泥漿比重，見REF_Ref214350446\h圖2-1。工程中常用的進(jìn)漿比重為1.1~1.25之間。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC1泥漿1002型比重稱2)粘度泥漿的粘度分為兩種：一種為漏斗粘度，用漏斗粘度儀測(cè)定，見REF_Ref214350503\h圖2-2；一種為塑性粘度，用旋轉(zhuǎn)粘度儀測(cè)定，見REF_Ref214350529\h圖2-3，工程中常用的泥漿粘度為20~30s。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC21006型漏斗粘度儀圖2-SEQ圖2-\*ARABIC3ZNN—D6型電動(dòng)六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)3)級(jí)配泥漿的固相物質(zhì)的級(jí)配可有兩種方法測(cè)得：＞0.25mm的顆粒的級(jí)配可由篩分獲得，見REF_Ref214350592\h圖2-4；＜0.25mm的顆粒的級(jí)配可由激光顆分儀獲得，見REF_Ref214350599\h圖2-5。以上方法得到的泥漿級(jí)配精確，但比較慢，不便捷，工程中使用另外一種方法來間接地反映泥漿的級(jí)配，即通過測(cè)定泥漿的含砂量，來反映泥漿中粗顆粒的含量，進(jìn)而在某種程度上反映泥漿的級(jí)配。泥漿含砂量可用泥漿含砂量計(jì)測(cè)得，見REF_Ref214350599\h圖2-5。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC4土壤篩圖2-SEQ圖2-\*ARABIC5激光顆分儀圖2-SEQ圖2-\*ARABIC6泥漿含砂量計(jì)4)物理穩(wěn)定性泥漿的物理穩(wěn)定性系指泥漿長(zhǎng)時(shí)間靜置后，泥漿中顆粒保持懸浮物理狀態(tài)的能力，通常用界面高度來描述泥漿物理穩(wěn)定性的好壞。將一定量的泥漿置于量筒中，經(jīng)過一段時(shí)間的靜置后，部分土顆粒失去散懸特性出現(xiàn)沉淀，泥漿的表層出現(xiàn)清水，底部出現(xiàn)土顆粒，清水與泥漿之間出現(xiàn)分解面，清水與泥漿間分解面高度的經(jīng)時(shí)變化，即為泥漿的界面高度變化，見REF_Ref214350904\h圖2-7。由泥漿的界面變化情況可鑒別泥水中土顆粒的沉淀程度，即泥水的物理穩(wěn)定性的好壞。界面高度變化越小，說明泥漿的物理穩(wěn)定性越好。反之，亦反。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC7泥漿物理穩(wěn)定性測(cè)試試驗(yàn)5)成膜質(zhì)量泥漿的前4個(gè)基本性質(zhì)評(píng)價(jià)的都是泥漿的單個(gè)指標(biāo)，它是單獨(dú)的評(píng)價(jià)泥漿性能的指標(biāo)，和開挖地層沒有直接關(guān)系，但泥漿的成膜質(zhì)量則是綜合地評(píng)價(jià)了泥漿的特性以及泥漿與地層的適應(yīng)性。眾所周之，泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性由下列三個(gè)因素綜合作用而維持：=1\*GB3①泥漿壓力平衡土壓力和水壓力；=2\*GB3②在開挖面上形成不透水的泥膜，讓泥漿壓力有效地發(fā)揮作用；=3\*GB3③泥漿從開挖面滲透到一定范圍的地層中，使開挖面附近地層增加粘聚力；其中在開挖面上形成不透水的泥膜是核心因素，只有保證了這一條，泥水艙才能夠封閉，泥漿壓力才能夠保持，開挖面才有穩(wěn)定的前提。泥漿的成膜試驗(yàn)運(yùn)用自制的泥水成膜裝置實(shí)現(xiàn)，如REF_Ref214350914\h圖2-8所示。成膜裝置由①土槽、②泥漿槽、③活塞、④加壓砝碼以及⑤排水管等組成。=1\*GB3①=5\*GB3⑤=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=1\*GB3①=5\*GB3⑤=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④泥水成膜裝置為圓柱形，由有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑為75mm，高為600mm，有足夠的強(qiáng)度，能承受至少0.3MPa的壓力。試驗(yàn)步驟為：=1\*GB3①裝入5cm排水層并擊實(shí)；=2\*GB3②將地層裝入成膜裝置內(nèi)，分層裝入并擊實(shí)，直至目標(biāo)處，控制地層干密度及滲透系數(shù)和實(shí)際地層一致；=3\*GB3③由排水管從下往上慢慢將水滲入地層，使其飽和；=4\*GB3④將預(yù)先準(zhǔn)備好的泥漿沿玻璃棒慢慢注入成膜裝置，避免擾動(dòng)地層顆粒；=5\*GB3⑤將活塞抹油后慢慢壓入成膜裝置內(nèi)，使活塞底部與泥漿表面充分接觸；=6\*GB3⑥分級(jí)加載(0.05MPa、0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa及0.3MPa)，并讀取每級(jí)荷載下泥漿濾水量的變化情況，直至穩(wěn)定；=7\*GB3⑦取出泥膜，測(cè)定其形式及厚度。泥漿的成膜質(zhì)量能綜合地評(píng)價(jià)泥漿的各項(xiàng)特性以及泥漿與地層的適應(yīng)性，是泥漿各指標(biāo)中的核心指標(biāo)，也是確定其他指標(biāo)參數(shù)的依據(jù)。2泥膜的定義、作用、分類及質(zhì)量評(píng)價(jià)方法2.1泥膜的定義及作用泥漿在泥漿壓力和地下水壓間壓力差的作用下向地層中滲透，滲透過程中泥漿顆粒淤堵地層孔隙或淤堵在地層表面形成微透水或不透水的地層，這種微透水或不透水的地層即稱為泥膜。泥膜的作用：泥膜的形成阻止泥漿進(jìn)一步向地層滲透保持了泥水艙內(nèi)的泥漿壓力，同時(shí)不透水的泥膜將部分泥漿壓力轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力作用在開挖面上，支護(hù)了開挖面土體，保證了開挖面的穩(wěn)定。2.2泥膜的分類根據(jù)泥膜的形成類型，我們可以將泥膜分為三類，即泥皮型、滲透帶型及泥皮＋滲透帶型，如REF_Ref214351063\h圖2-9所示。(a)泥皮型泥膜(b)滲透帶型泥膜(c)泥皮+滲透帶型泥膜圖2-SEQ圖2-\*ARABIC9三種類型泥膜泥皮型泥膜：當(dāng)?shù)貙宇w粒較細(xì)時(shí)(例如粉細(xì)砂層或粘土層)，顆粒間的孔隙更細(xì)，泥漿中的固相顆粒無法滲入地層內(nèi)部形成滲透帶，而僅在地層表面淤堵形成泥皮，見REF_Ref214351063\h圖2-9(a)。滲透帶型泥膜：當(dāng)?shù)貙宇w粒較粗時(shí)(例如礫砂或卵礫石地層)，顆粒間的孔隙也較大，此時(shí)如果泥漿中的固相顆粒粒徑較小不足以淤堵在地層表面形成泥皮，泥漿中固相顆粒將直接滲入地層填充地層顆粒間孔隙形成滲透帶，見REF_Ref214351063\h圖2-9(b)。泥皮+滲透帶型泥膜：當(dāng)泥漿中固相顆粒的粒徑和地層中顆粒的粒徑相適宜時(shí)，泥漿中固相顆粒將部分滲入地層形成滲透帶，部分淤堵在地層表面形成泥皮，見REF_Ref214351063\h圖2-9(c)。一般來說，哪種地層能形成哪種泥膜在一定程度上是可以確定的，例如粉細(xì)砂層或粘土層僅能形成泥皮型泥膜，因?yàn)檫B顆粒最細(xì)的純膨潤(rùn)土泥漿都無法滲透進(jìn)入地層內(nèi)部形成滲透帶；但同時(shí)又是可以變化的，例如在礫砂層或卵礫石地層：當(dāng)泥漿中固相顆粒粒徑較小時(shí)，泥漿僅能形成滲透帶型泥膜，甚至泥漿大量流失不能形成泥膜；當(dāng)泥漿中固相顆粒稍大時(shí)，泥漿中即有顆粒能滲透進(jìn)入地層形成滲透帶，又有顆粒能淤堵在地層表面形成泥皮，這種情況下即可以形成泥皮+滲透帶型泥膜；當(dāng)泥漿中固相顆粒粒徑進(jìn)一步增大，增大到所有顆粒都不能滲透進(jìn)入地層形成滲透帶，這種情況下，泥漿中固相顆粒僅能淤堵在地層表面形成泥皮。由于泥漿從開挖面滲透到一定范圍的地層中，可以增加開挖面地層的粘聚力，同時(shí)泥漿中顆粒淤堵在地層表面形成泥皮可以有效地阻止了泥漿進(jìn)一步向地層中滲透，有利于保證泥水壓力，所以對(duì)于開挖面穩(wěn)定來言泥膜質(zhì)量：泥皮+滲透帶型＞泥皮型＞滲透帶型。我們可以根據(jù)工程需要配制不同的泥漿來形成不同形式的泥膜。2.3泥膜質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法泥膜的形成一方面阻止了泥漿進(jìn)一步向地層中滲透保持了泥水艙內(nèi)的泥漿壓力，一方面將部分的泥漿壓力轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力作用在開挖面土體上保證開挖面穩(wěn)定。泥膜質(zhì)量實(shí)際上反映了泥漿與地層的匹配程度，泥漿與地層匹配良好，則泥膜容易形成，形成后致密，反之亦然。在試驗(yàn)室我們以濾水量的大小評(píng)價(jià)泥膜質(zhì)量：泥膜形成過程中泥漿濾失量小說明泥膜容易形成，泥膜形成后濾水量小說明泥膜致密，兩者均小則說明泥膜質(zhì)量良好。3五種制漿劑作用效果研究本工程新漿的調(diào)制使用華北油田提供的NSHS-1、NSHS-2、NSHS-3、NSHS-4、NSHS-5等5種制漿劑進(jìn)行。此5中制漿劑是由數(shù)種產(chǎn)品復(fù)合而成，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由于使用了多種高分子聚合物，同時(shí)同種高分子聚合物又因其分子量不同、取代度不同、聚合度不同，故每種制漿劑的實(shí)際效果尚不是清楚，需進(jìn)行試驗(yàn)研究。3.1NSHS-1型制漿劑NSHS-1型制漿劑由大、中分子量的聚丙烯酸鹽類、纖維素鹽類、抗鈣劑、改性土、增效添加劑等組成。其2%水溶液的基本性質(zhì)如REF_Ref214351243\h表2-1所示。表2-SEQ表2-\*ARABIC1NSHS-1(2%水溶液)性質(zhì)Φ600(mPa·s)Φ300(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)膠體率(%)NSHS-1(2%水溶液)453114100將NSHS-1(2%水溶液)與舊漿混合后，其性質(zhì)見REF_Ref214351372\h表2-2：表2-SEQ表2-\*ARABIC2舊漿與NSHS-1(2%水溶液)混合漿液性質(zhì)比重漏斗粘度(s)Φ600(mPa·s)Φ300(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)24h析水率(%)舊漿1.2117.3116527舊漿+2‰1#1.22722111120舊漿+4‰1#1.2322912178舊漿+6‰1#1.19403518173舊漿+1%1#1.184138221611由表3可知，NSHS-1型制漿劑有增粘的效果，它可以同時(shí)提高泥漿的漏斗粘度及塑性粘度，降低析水率。只是建議添加量＜1%，因?yàn)樘砑恿窟^多會(huì)引起泥漿絮凝，從而降低泥漿的漏斗粘度及塑性粘度，增加析水率。試驗(yàn)照片如REF_Ref214351657\h圖2-10所示。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC10NSHS-1型制漿劑試驗(yàn)照片3.2NSHS-2型制漿劑NSHS-2型制漿劑由不同級(jí)配的云母、蛭石、果殼、石棉粒、橡膠粉、單封等原植物纖維和惰性礦物質(zhì)組成。其重要用途是洞門圈堵水、防止淺覆土層冒漿、封堵砂土層、礫石層、風(fēng)化巖層等孔隙，配合其他材料形成致密泥膜，防止開挖面垮塌，起到穩(wěn)定開挖面的作用。它被稱為堵漏劑，建議加量：在易漏失地層占泥漿總量的0.8~4%(質(zhì)量體積比)3.3NSHS-3型制漿劑NSHS-3型制漿劑由不同的大、中分子量的聚丙烯酸鹽類、纖維素鹽類、抗鈣劑、乙烯基多元單體共聚物類、堵塞微孔膨脹劑、改性土、增效添加劑等組成。其2%水溶液的基本性質(zhì)如REF_Ref214351745\h表2-3所示：表2-SEQ表2-\*ARABIC3NSHS-3(2%水溶液)性質(zhì)Φ600(mPa·s)Φ300(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)膠體率(%)NSHS-3(2%水溶液)725319100將NSHS-3(2%水溶液)與舊漿混合后，其性質(zhì)見REF_Ref214351753\h表2-4：表2-SEQ表2-\*ARABIC4舊漿與NSHS-3(2%水溶液)混合漿液性質(zhì)比重漏斗粘度(s)Φ600(mPa·s)Φ300(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)24h析水率(%)舊漿1.2119147727舊漿+0.2‰3#1.2122.5178925舊漿+0.5‰3#1.21251991020舊漿+0.8‰3#1.21272091118舊漿+1‰3#1.22924111313舊漿+2‰3#1.19323317168舊漿+4‰3#1.2119147736由REF_Ref214351745\h表2-3可知，NSHS-3型制漿劑有增粘的效果，它可以同時(shí)提高泥漿的漏斗粘度及塑性粘度，降低析水率。只是建議添加量＜4‰，因?yàn)樘砑恿窟^多會(huì)引起泥漿絮凝，從而降低泥漿的漏斗粘度及塑性粘度，增加析水率。試驗(yàn)照片如REF_Ref214352882\h圖2-7泥漿物理穩(wěn)定性測(cè)試試驗(yàn)所示。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC11NSHS—3型制漿劑試驗(yàn)照片3.4NSHS-4型制漿劑NSHS-4型制漿劑由分子量1500萬以上的聚丙烯酸鹽和聚丙烯酸鹽的衍生物增效添加劑組成。其2%水溶液的基本性質(zhì)如REF_Ref214352832\h表2-5所示：表2-SEQ表2-\*ARABIC5NSHS-4(2%水溶液)性質(zhì)Φ600(mPa·s)Φ300(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)膠體率(%)NSHS—4(2%水溶液)423210100將NSHS-4(2%水溶液)與舊漿混合后，其性質(zhì)見REF_Ref214352841\h表2-6：表2-SEQ表2-\*ARABIC6舊漿與NSHS-4(2%水溶液)混合漿液性質(zhì)比重漏斗粘度(s)Φ600(mPa·s)Φ300(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)24h析水率(%)舊漿1.2119147727舊漿+0.2‰4#1.2119178925.5舊漿+0.5‰4#1.2121178930舊漿+0.8‰4#1.2127167932舊漿+1‰4#泥漿發(fā)生嚴(yán)重絮凝現(xiàn)象，不可用舊漿+2‰4#由REF_Ref214352841\h表2-6可知，NSHS-4型制漿劑為絮凝劑，少量添加一點(diǎn)點(diǎn)可以提高泥漿的漏斗粘度及塑性粘度，降低析水率，但加到0.5‰泥漿便出現(xiàn)輕微絮凝的現(xiàn)象，加到1‰泥漿便出現(xiàn)嚴(yán)重絮凝，由此可知NSHS-4型制漿劑的主要作用為抑制粘度分散，對(duì)泥水分離有益。其試驗(yàn)照片如REF_Ref214352950\h圖2-12所示。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC12NSHS-4型制漿劑試驗(yàn)照片3.5NSHS-5型制漿劑NSHS-5型制漿劑由不同吸附基和水化基團(tuán)的大、中、小分子聚丙烯酸鹽類、纖維素鹽類、聚丙烯腈鹽類、抑制劑、改性土和增效添加劑組成。其2%水溶液的基本性質(zhì)如REF_Ref214352965\h表2-7所示：表2-SEQ表2-\*ARABIC7NSHS-5(2%水溶液)性質(zhì)Φ600(mPa·s)Φ300(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)膠體率(%)NSHS—5(2%水溶液)342311100將NSHS-5(2%水溶液)與舊漿混合后，其性質(zhì)見REF_Ref214352977\h表2-8，NSHS-5型制漿劑為絮凝劑，主要作用為抑制粘度分散，對(duì)泥水分離有益。其試驗(yàn)照片如REF_Ref214353041\h圖2-13所示。表2-SEQ表2-\*ARABIC8舊漿與NSHS-5(2%水溶液)混合漿液性質(zhì)比重漏斗粘度(s)Φ600(mPa·s)Φ300(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)24h析水率(%)舊漿1.2119147727舊漿+0.2‰5#1.2118.4147729舊漿+0.5‰5#1.2121.2158734舊漿+0.8‰5#1.2121.8178937舊漿+1‰5#1.2122.1178938舊漿+2‰5#泥漿產(chǎn)生絮凝，沉淀物類似淤泥，泥漿析水嚴(yán)重圖2-SEQ圖2-\*ARABIC13NSHS—5型制漿劑試驗(yàn)照片4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層的泥漿配比及其基本性質(zhì)研究淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層滲透系數(shù)小(10-6cm/s)，地層孔隙小，開挖面泥膜形成容易。另，該地層顆粒中粉粘粒含量高，地層自造漿能力強(qiáng)，所以本類地層中泥漿的配制僅依靠地層的自造漿功能便可實(shí)現(xiàn)。但同時(shí)由于該類地層的自造漿能力強(qiáng)，泥漿的比重參數(shù)不好控制。泥漿中多余的渣土顆粒粒徑較小，不容易被泥水分離設(shè)備分離出去，故泥漿的比重容易偏高，見REF_Ref214353141\h圖2-14。在本類地層中，泥漿的配制利用地層的自造漿能力進(jìn)行即可，僅在泥漿中加入體積質(zhì)量比為萬分之二到千分之五的NSHS-5型制漿劑便可，添加NSHS-5型制漿劑用于抑制粘土分散，降低地層的自造漿能力。如泥漿比重仍過高，可通過棄漿加水的方法進(jìn)行控制，拋棄的泥漿可儲(chǔ)存于廢漿池中(見REF_Ref214353157\h圖2-15)，以備以后使用。該地層控制泥漿比重在1.1~1.15之間，粘度控制在20s左右。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC14淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層的泥漿圖2-SEQ圖2-\*ARABIC15廢漿池5粉細(xì)砂地層的泥漿配比及其基本性質(zhì)研究本工程中粉細(xì)砂地層粒徑比較單一，級(jí)配較差，稍有擾動(dòng)地層極易液化，開挖面穩(wěn)定問題比較重要，要保證開挖面安全必須在開挖面上形成致密的泥膜。然而，該類粉細(xì)砂地層顆粒粒徑較小，泥漿不易滲入地層內(nèi)部形成滲透帶，僅能在地表淤堵形成泥皮。由于泥皮在擾動(dòng)下極易發(fā)生破壞，所以要在此類地層保證開挖面穩(wěn)定，就必須保證在開挖面表面形成致密強(qiáng)度高抗擾動(dòng)能力強(qiáng)的泥皮。現(xiàn)圍繞如何在粉細(xì)砂表面形成致密泥皮展開室內(nèi)試驗(yàn)研究。(1)試驗(yàn)用泥漿本試驗(yàn)所用泥漿：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)漿池舊漿＋制漿劑，泥漿配比及性質(zhì)參數(shù)如REF_Ref214353324\h表2-9，其中舊漿的顆粒曲線見REF_Ref214353340\h圖2-16。表2-SEQ表2-\*ARABIC9粉細(xì)砂地層泥漿配比室內(nèi)試驗(yàn)研究所用泥漿的配比及性質(zhì)參數(shù)序號(hào)泥漿配比比重漏斗粘度(s)Φ600(mPa·s)Φ300(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)24h析水率(%)1舊漿1.1517.31055412舊漿+1‰1#1.1521.41688403舊漿+2‰1#1.1422.8201010204舊漿+1‰3#1.1522.51789395舊漿+2‰3#1.1424.4231112146舊漿+1‰5#1漿+2‰5#泥漿產(chǎn)生絮凝，沉淀物類似淤泥，泥漿析水嚴(yán)重圖2-SEQ圖2-\*ARABIC16舊漿粒徑分布曲線由于7號(hào)漿出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象，成膜試驗(yàn)僅選用前六種泥漿。(2)試驗(yàn)用地層本工程中粉細(xì)砂地層顆粒的粒徑70%以上集中在0.075~0.25mm之間，所以本試驗(yàn)選用粒徑介于0.075~0.25mm之間的粉細(xì)砂來模擬實(shí)際工程中的粉細(xì)砂層，試驗(yàn)所用地層干密度及滲透系數(shù)與實(shí)際工程中一致，ρd=1.73g/cm3，滲透系數(shù)K=10-3cm/s。(3)成膜試驗(yàn)結(jié)果=1\*GB3①號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：形成7mm厚泥皮圖2-SEQ圖2-\*ARABIC17=1\*GB3①號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線形成7mm厚泥皮圖2-SEQ圖2-\*ARABIC18=1\*GB3①號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)所形成泥膜=2\*GB3②號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：形成2.5mm厚泥皮圖2-SEQ圖2-\*ARABIC19=2\*GB3②號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線形成2.5mm厚泥皮圖2-SEQ圖2-\*ARABIC20=2\*GB3②號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)所形成泥膜=3\*GB3③號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：形成1~2mm厚泥皮圖2-SEQ圖2-\*ARABIC21=3\*GB3③號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線形成1~2mm厚泥皮圖2-SEQ圖2-\*ARABIC22=3\*GB3③號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)所形成泥膜=4\*GB3④號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：形成2mm厚泥皮圖2-SEQ圖2-\*ARABIC23=4\*GB3④號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線形成2mm厚泥皮圖2-SEQ圖2-\*ARABIC24=4\*GB3④號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)所形成泥膜=5\*GB3⑤號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：圖2-SEQ圖2-\*ARABIC25=5\*GB3⑤號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線形成1~2mm厚泥皮圖2-SEQ圖2-\*ARABIC26=5\*GB3⑤號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)所形成泥膜形成1~2mm厚泥皮=6\*GB3⑥號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：圖2-SEQ圖2-\*ARABIC27=6\*GB3⑥號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線形成5mm厚泥皮圖2-SEQ圖2-\*ARABIC28=6\*GB3⑥號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)所形成泥膜形成5mm厚泥皮(4)試驗(yàn)結(jié)果分析及結(jié)論從以上結(jié)果可以看出，泥漿粘度越大，24h析水率越小，泥漿所形成的泥皮濾水量越小，泥皮越薄，泥皮質(zhì)量越致密。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，我們建議本工程粉細(xì)砂地層采用3號(hào)或5號(hào)泥漿配方，即泥漿由調(diào)漿池舊漿+NSHS-1或NSHS-3型制漿劑調(diào)配得到，舊漿的比重控制在1.15左右，NSHS-1或NSHS-3型制漿劑的添加量為2‰左右，粘度控制在20～25s。6礫砂及圓礫地層的泥漿配比及其基本性質(zhì)研究雖說⑩號(hào)礫砂及⒀號(hào)圓礫層折合長(zhǎng)度所占整個(gè)隧道的比例不足20%，但由于其滲透系數(shù)高達(dá)10-2cm/s，屬于強(qiáng)透水地層，所以該類地層的存在給整條隧道的施工帶來了極大的風(fēng)險(xiǎn)。該類地層中＜0.075mm顆粒僅占整地層顆粒的10%左右，而＞2mm顆粒卻占據(jù)整地層顆粒的40%以上。該類地層中細(xì)顆粒含量不足，地層自造漿能力差，要保證工程的正常施工必須向泥水系統(tǒng)中添加粘土等細(xì)顆粒物質(zhì)，同時(shí)由于地層的滲透系數(shù)較大，泥漿中需含有一定量的細(xì)砂來幫忙淤堵地層孔隙，這樣才能防止泥漿向地層中大量濾失而誘發(fā)開挖面失穩(wěn)等現(xiàn)象發(fā)生。本地層泥漿能否在開挖面上成功成膜，封閉掌子面，維持泥漿壓力來保證開挖面穩(wěn)定，是泥漿配制中最關(guān)心的問題。(1)試驗(yàn)用泥漿本類地層室內(nèi)試驗(yàn)膨潤(rùn)土+粘土/細(xì)砂+高分子聚合物，泥漿配比及性質(zhì)參數(shù)如REF_Ref214353904\h表6-1。表6-1礫砂及圓礫地層泥漿配比室內(nèi)試驗(yàn)研究所用泥漿的配比及性質(zhì)參數(shù)序號(hào)泥漿配比比重漏斗粘度(s)Φ600(mPa·s)Φ300(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)1基漿+＜0.075mm粘土+0.3‰高分子聚合物1.1353118132基漿+＜0.075mm粘土+0.6‰高分子聚合物1.2635634213基漿+＜0.075mm粘土+0.9‰高分子聚合物1.31366643234基漿+＜0.01mm細(xì)砂+0.6‰高分子聚合物1.1594027135基漿+＜0.01mm細(xì)砂+0.9‰高分子聚合物1.2955434216基漿+＜0.01mm細(xì)砂+0.3‰高分子聚合物1.3564931187基漿+＜0.25mm細(xì)砂+0.9‰高分子聚合物1.1945033178基漿+＜0.25mm細(xì)砂+0.3‰高分子聚合物1.2575232209基漿+＜0.25mm細(xì)砂+0.6‰高分子聚合物1.367623626注：基漿為膨潤(rùn)土與水質(zhì)量比為1：15的純膨潤(rùn)土泥漿。(2)試驗(yàn)用地層試驗(yàn)地層為顆粒粒徑介于1~2mm間的砂土，見REF_Ref214353956\h圖6.1，滲透系數(shù)為1.4×10-2cm/s。圖6.1粒徑為1~2mm間的砂土(3)成膜試驗(yàn)結(jié)果=1\*GB3①號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：圖6.2=1\*GB3①號(hào)泥漿粒徑分布曲線圖6.3=1\*GB3①號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線僅加一級(jí)荷載0.05MPa，泥漿就快速濾出地層直至完全漏失，濾出水自8s時(shí)開始變渾，泥漿未能在該地層形成任何形式的泥膜。=2\*GB3②號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：圖6.4=2\*GB3②號(hào)泥漿粒徑分布曲線圖6.5=2\*GB3②號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線一級(jí)荷載0.05MPa一加上，泥漿的濾失量就很大，25s后濾失水開始變渾，隨后濾水量逐漸穩(wěn)定；二級(jí)荷載0.1MPa下，濾出水一直渾濁，且濾失量一直較大直至泥漿全部濾失，泥漿未能在該地層形成任何形式的泥膜。=3\*GB3③號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：圖6.6=3\*GB3③號(hào)泥漿粒徑分布曲線圖6.7=3\*GB3③號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線一級(jí)荷載0.05MPa一加上，泥漿的濾失量就很大，35s后濾失水開始變渾，隨后濾水量逐漸穩(wěn)定；二級(jí)荷載0.1MPa下，濾出水一直渾濁，且濾失量一直較大直至泥漿全部濾失，泥漿未能在該地層形成任何形式的泥膜。=4\*GB3④號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：圖6.8=4\*GB3④號(hào)泥漿粒徑分布曲線圖6.9=4\*GB3④號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線一級(jí)荷載0.05MPa一加上，泥漿的濾失量就很大，12s后濾失水開始變渾，隨后濾水量逐漸穩(wěn)定；二級(jí)荷載0.1MPa下，濾出水一直渾濁，且濾失量一直較大直至泥漿全部濾失，泥漿未能在該地層形成任何形式的泥膜。=5\*GB3⑤號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：圖6.10=5\*GB3⑤號(hào)泥漿粒徑分布曲線圖6.11=5\*GB3⑤號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線一級(jí)荷載0.05MPa下，雖說泥漿的濾失量也較大，但該級(jí)荷載下直至濾失量穩(wěn)定時(shí)，濾失水始終清澈直至；二級(jí)荷載0.1MPa加上后4s后濾出水開始變渾，且濾失量一直較大直至泥漿全部濾失，泥漿未能在該地層形成任何形式的泥膜。=6\*GB3⑥號(hào)泥漿試驗(yàn)結(jié)果：圖6.12=6\*GB3⑥號(hào)泥漿粒徑分布曲線圖6.13=6\*GB3⑥號(hào)泥漿成膜試驗(yàn)濾水量變化曲線一級(jí)荷載0.05MPa下，雖說泥漿的濾失量也較大，但該級(jí)荷載下直至濾失量穩(wěn)定時(shí)，濾失水始終清澈；二級(jí)荷載0.1MPa加上后50s后濾出水開始變渾，但濾失量不大，其變化情況見REF_Ref214354250\h圖2-41；三級(jí)及四級(jí)荷載下濾出水始終微顯渾濁，；五級(jí)荷載0.25MPa加上后濾出水進(jìn)一步變渾，但濾失量不大，未出現(xiàn)泥漿完全濾失的現(xiàn)象；六級(jí)荷載0.3MPa加上后，濾出水渾濁，但濾失量仍較穩(wěn)定，也未出現(xiàn)泥漿完全濾失的現(xiàn)象；最終泥漿在地層表面形成1mm泥皮以及滲入試驗(yàn)地層長(zhǎng)達(dá)22cm的滲透帶，見