泥水平衡顶管施工中泥浆性能指标对顶进效果的影响

引言

泥水平衡式顶管施工技术是依靠于泥水压力来平衡土压力、地下水压力而使得管道得以顶进的非开挖施工技术。泥浆性能的好坏直接关系到顶管施工能否顺利进行，顶进效果的优劣成败。对泥浆性能指标对顶进效果的影响进行深入的研究具有工程实际意义。

一、泥浆主要性能指标及其作用机理

1. 黏度

黏度代表泥浆的流动性，是泥浆流过质点时与质点做相对运动时的阻力，泥水平衡顶管施工合适的黏度可以保障泥浆在管道内的流动，可以携带走开挖出的渣土，不至于在管道内淤积；黏度大的泥浆在开挖面形成的泥膜效果更好，泥膜起到阻水支承作用效果更好，减少地下水渗流量和开挖面变形量。但泥浆黏度太大，其阻力大，需要输送能量大，泥浆在顶管机内循环速度慢，不能及时带走渣土。黏度过低不利于携带渣土，不利于形成泥膜，对开挖面平衡压力没有效果，容易造成开挖面失稳和地表下沉等。

2. 密度

泥浆密度是单位体积泥浆质量，决定泥浆对开挖面的压力的大小，施工中通过调整泥浆的密度来调整泥浆对开挖面的土压力和对地下水的压力，确保开挖面的稳定。泥浆密度合适，使得泥浆对开挖面土体有足够的顶进阻力，对开挖面土体有足够的顶进阻力，对地下水有足够的顶进阻力，确保施工过程中有足够的安全的工作环境。泥浆密度过大，顶进阻力大，由于泥浆压力大，增加了管道的横推力，顶管机难以前进，还会造成地面隆起，密度过小，又达不到足够的支护压力，不足以平衡开挖面的压力，容易造成开挖面坍塌、地面沉降。

3. 失水量

失水量是泥浆因压力作用而渗出至土体外的土水，直接影响泥膜的形成和质量。泥浆在接触开挖面的时候，水渗进到了土体中，泥浆中的固颗粒物沉积于开挖面的土体表面，形成泥膜，泥膜具有一定的透水性和强度，阻止大量水向下渗，同时起到了支撑开挖面的作用。失水量过大的泥浆渗出去的水过多，会导致周围土体含水量增加，土体强度降低，容易坍塌；同时，泥膜形成慢、质量不好，无法对泥膜起到止水支撑的作用。失水量过小容易导致泥膜过厚，增大顶进阻力；同时水保留在泥浆内，降低了泥浆的其他指标。

4. 动切力

动切力是指泥浆流动时需要克服的最小切力，是泥浆悬浮固相颗粒的能力。顶管施工，泥浆将挖开的渣土悬浮起来输送到地面，动切力的大小直接是关系施工能否顺利的关键因素。动切力适当，能够使渣土悬浮于泥浆之中，不会出现渣土下沉。动切力过小，泥浆悬浮渣土的能力小，容易造成渣土沉在管道底部，堵塞管道，影响施工进展。动切力过大，泥浆在流动过程中阻力大，在管道中输运较困难，同样影响施工。

二、泥浆性能指标对顶进效果的具体影响

1. 对顶进阻力的影响

顶进阻力是顶管施工中的参数，是顶进设备施工中的参数，顶进阻力对顶进设备的施工有较大的影响。泥浆的粘度、密度、动切力都会对顶进阻力的大小产生一定的影响。粘度的泥浆在管与土之间的润滑剂的厚度大，可以降低管与土之间的摩擦力，可以降低阻力，但过高的泥浆粘度会增加泥浆的阻力，泥浆密度高泥浆对管道的侧面压力高，增加了管与土之间的摩擦力，增加了顶进阻力。动切力大，泥浆的流动性差，在管道中的流动性与管道壁之间的摩擦力大，增加了顶进的阻力。

2. 对地表沉降的影响

地表沉降是顶管施工对环境产生影响的主要表现形式，泥浆性能指标对地表沉降的影响，主要是通过影响开挖面的稳定性来实现的，泥浆密度和黏度合理，在开挖面形成一定稳定泥膜，平衡开挖面水土压力，避免开挖面土体坍塌，从而有效降低地面沉降。泥浆密度偏低，不能平衡开挖面水土压力，造成开挖面土体坍塌，造成地表沉降量偏大，黏度偏低，不能形成很好的泥膜，封水支持力差，造成地表沉降量偏大。失水量过大，造成周围土体含水量增加，土体强度降低，易产生土体变形，引起地表沉降。

3. 对管节姿态的影响

管节姿态控制是保证顶管施工质量的重要影响因素，直接影响到管网铺设的精度。泥浆性能指标不佳会导致管节姿态偏移。泥浆密度不均匀，黏性变化，会导致顶管机受力不均而使管节发生姿态偏移。如果泥浆密度一头过大，则会对管节产生一个较大的侧向推力，管节会产生另一端倾向。泥浆携沙能力不足造成渣土在管内沉积，造成管内底部不平衡，顶管机受力不均，导致管节的姿态。动切力太小，渣土沉落。

4. 对施工效率的影响

泥浆性能参数对施工效率的影响较大，黏度及动切力适宜的泥浆能携带好渣土，不容易堵塞管道，保证施工的连续进行，提高施工效率。黏度大、动切力大的泥浆，泥浆不容易输送，容易堵塞，需要经常清理，影响施工进度；黏度不够、动切力小的泥浆，渣土沉积堵塞管道，影响施工效率；泥浆的密度及失水量不适宜，开挖面失稳，地表沉降，需要停工处理，降低施工效率。

三、泥浆性能指标的合理控制与调整

1. 根据地质条件确定初始指标

不同的地层泥浆性能指标要求也是不同的，在施工前应根据工程地质勘察报告确定泥浆初始性能指标。对于黏性土层，土体具有一定的粘结性，泥浆黏稠度应小，便于输送；对于砂性土层或卵石地层，为防止土渣沉积和开挖面塌陷，应保持高黏稠度、大动力切力，适当增大泥浆密度，提高支护力；对于富水地层，应控制失水量，泥膜应具有良好的止水能力，可以通过加入降失水剂的方法来降低失水量。

2. 施工过程中的动态调整

顶管施工中对泥浆各项性能指标、以及顶进效果进行实时测试，根据实际情况及时调整，从顶进阻力、地表沉降、和管节姿态等指标来检查泥浆的性能是否正常，顶进阻力过大可能是泥浆黏稠度大、密度大，应加入清水或分散剂降低黏稠度和密度；地表沉降大可能是泥浆密度过小、失水量大，应增加密度或加入降失水剂。定期对泥浆取样化验，随时掌握泥浆性能的变化，保证泥浆始终处于最佳的工作状态。

结语

综上所述，泥水平衡顶管施工中泥浆的指标黏度、密度、失水量、动切力性能对于顶进的影响是巨大的。在实际施工中，根据实际地质情况，确定施工泥浆性能指标的初始值，并在施工中对泥浆性能进行实时的动态控制，确保泥浆性能的正常，从而确保顶进效果。

参考文献：

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