无水砂层中矩形顶管施工用触变泥浆配比优化及减阻性能试验

顶管施工中,触变泥浆起到润滑减阻和支撑地层的作用,是保证顶管施工安全快速进行的重要材料,其减阻性能的优劣是影响顶管施工的重要因素。本文以北京城市副中心通州区潞城镇综合管廊工程为依托,以膨润土、羧甲基纤维素钠(CMC)和纯碱为触变泥浆原材料,进行不同材料配比的正交试验,优选出了触变泥浆的最优配比;开展缩尺的模型试验,探究了触变泥浆的减阻效果。此外,通过扫描电镜显微观察,研究了触变泥浆的微观结构和减阻机理。研究表明:触变泥浆原材料含量对泥浆的性能有很大的影响,10%膨润土、0.2%CMC、0.5%纯碱和89.3%水是泥浆原材料的最优配比,该配比下的泥浆流动性和触变性较好,失水量较小,形成的"滤饼"较为致密,综合性能最优,且该配比下的触变泥浆可以使试块和砂土之间的摩阻系数降低40%,减阻效果显著;触变泥浆呈薄片层状结构,其主要矿物成分蒙脱石具备晶格取代、阳离子交换等微观特性,使得触变泥浆宏观上表现出触变性进而发挥减阻作用,最终以泥浆套的形式充分隔离管道和周围的土体,从而实现减阻功能。

无水砂层大断面矩形管廊顶管施工渣土改良试验

大断面矩形管廊在无水砂层中顶进施工时,由于砂土流塑性差,掌子面易出现"闭塞"、"喷涌"和"结饼"等不良现象,进而影响施工进度。本文以北京市通州区畅和西路(兆善大街-潞阳大街)大断面矩形顶管施工为工程依托,开展了掌子面渣土改良试验研究。以不同配比的钠基膨润土、聚丙烯酰胺(PAM)和水作为砂土改良的添加剂,并通过黏度试验和滤失试验对不同配比的改良剂(膨润土添加聚丙烯酰胺)的性能进行了研究,结合改良后渣土的坍落度试验、直剪试验与压缩试验,评价了掌子面渣土的改良效果。研究表明:膨润土添加聚丙烯酰胺对无水砂层的改良效果显著。通过改良剂性能试验,初步筛选出膨润土∶PAM∶水为60︰2︰1000,70︰1.5︰1000,70︰2︰1000和80︰1.5︰1000等4种性能优良的改良剂配比;通过渣土改良效果试验得出,改良剂最优配比膨润土∶PAM∶水为70︰2︰1000,改良剂最优注入比为15%;通过添加改良剂使得改良后渣土的坍落度降低30 mm,黏聚力增加9.3 k Pa,内摩擦角降低6.5°,压缩系数增加0.090 MPa-1,达到了无水砂层土体处于流塑性状态的预期效果,有效降低了大断面矩形管廊侧壁阻力,提高了顶进效率。