一种减摩泥浆及其应用
一种减摩泥浆及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种隧道工程施工中使用的辅助浆料，具体是一种顶管机减摩泥浆， 本发明的减摩泥浆特别适用于粉砂地质工况。本发明同时还提供了一种制备所述减摩泥浆 的方法。
【背景技术】
[0002] 顶管法是一种类似于盾构法的地下工程非开挖管道铺设技术，采用顶管掘进机成 孔，将预制成形的管道从顶进工作井顶入，形成连续衬砌结构的管道铺设技术。在顶管施工 解时，为减少管道与土体之间的摩阻力，通常需要向管道和土体间注入一种泥浆材料以减 少管道和土体之间的摩擦力，这种泥浆材料称为"减摩泥浆"。
[0003] 减摩泥浆被注入管道外隙后，均匀的分布开来，形成一圈泥浆层，从而保证管道和 土体之间并不直接接触，利用减摩泥浆形成的泥浆层润滑作用，管道和土体之间的摩擦力 大大减少。摩擦力减少后，一方面管节顶进作业时的后顶力降低，另一方面土体受到的管道 摩擦切向力降低，支护土体破坏减少，地层损失减少，地面沉降得到有效控制。
[0004] 现有减摩泥浆多用膨润土和水按比例混合，在常见的泥土地质工况下可以起到一 定的减磨作用。但是对于粉细砂层的土质，膨润土混合液易扩散，扩散损失导致减摩泥浆填 充量明显不足，起不到良好的减磨作用。而且扩散损失减摩泥浆后继续补充的减摩泥浆会 随着流失过程在土体中形成流道，进而引起土体结构失稳。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的减摩泥浆对于粉细砂层土质减摩效 果不佳的问题，提供一种减摩泥浆。该减摩泥浆具有减摩效果好，不易扩散损失的特点，能 够满足各个细粉沙土质工况下顶管法施工要求。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0007] 一种减摩泥浆，主要包含重量份以下成份：膨润土 150~250份，水350份，纯碱 1. 5~5份，乳化剂1-10份。
[0008] 所述减摩泥浆黏度为30S-38S。
[0009] 所述减摩泥浆比重为I. 1-1. 16g/cm3。
[0010] 本发明和现有技术使用的减摩泥浆最主要的区别就在于，本发明还添加了纯碱和 乳化剂，加入纯碱和乳化剂使膨润土形成黏度适宜，稳定性优良的乳液胶态。如果不使用纯 碱和乳化剂混合配制，则稳定性会受到一定影响，如果遇到土质偏酸或者管道外壁附着酸 性物质则会对于乳化剂形成的稳定黏度的胶态成分造成干扰，并加速乳化剂成分的分解变 质，不利于施工过程中的连续稳定可靠的减摩作用。
[0011] 所述减摩泥浆黏度采用泥浆粘度计进行测定。泥浆粘度计是一种泥浆粘度的 简易仪器，主要用于井场和实验室测量泥浆的粘度。其流出管孔径Φ5πιπι长100mm，水值 15±0. 5s (秒）。
[0012] 本发明控制了减摩泥浆的黏度和比重，是因为添加了纯碱和乳化剂使得减摩泥浆 形成了乳液胶态，可以在一定范围调整减摩泥浆的黏度使减摩泥浆自身的比重更接近细粉 砂土质的配比，进而使得减摩泥浆对于土体的压力更为分散，更为均匀，进而使得土体受到 顶管挤压的压力更小。另一方面，控制了减摩泥浆的比重，也使得减摩泥浆在顶管和土体之 间的形成的胶态泥浆层，比重更接近粉细砂土，当顶管施工结束后对于管道外侧的处理难 度更小。
[0013] 进一步，所述乳化剂是CMC、CMS、乳化油中的一种或几种。优选的，CMC或CMS重 量份数为〇~4份，优选1. 5~2. 5份。优选的，所述乳化油重量份数为0~9份，更优选 1-8份。CMC:羧甲基纤维素钠。CMS:羧甲基淀粉钠。胶态的减摩泥浆在在细粉沙土中不容 易滤失，能够长时间的保持很好的稳定性，进而使得减摩泥浆层能够保持良好的稳定性，有 效的减少了顶管机的阻力，提高了顶管施工法的施工速度。同时，减摩泥浆滤失量的减少， 也避免了泥浆流失对于沙土结构的破坏，顶管施工完成之后地面不会发生沉降，结构更加 稳定可靠。根据减摩泥浆使用工况的不同，调整合适的乳化剂成分和用量比例可以有效的 优化施工结果或目的。
[0014] 进一步，所述减摩泥浆主要用于沙土土质的顶管法施工中减少管道的摩擦力。
[0015] 进一步，所述减摩泥浆在粉细砂土体、粉质粘土土质或松散型土质的顶管施工中 的应用。优选在淤泥质、粉细砂层地质条件下顶管施工中的应用。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0017] 本减磨泥浆的改良配方在软土地层及地下水位高等地质条件中施工较普通的膨 润土混合液具有稳定性高，不易扩散减磨效果出众的优点。比传统减磨泥浆更科学、更合 理，增加了施工中的可靠性和安全性，形成良好的社会效益。
【附图说明】：
[0018] 图1为使用本发明的减摩泥浆在顶管施工中的应用的工艺示意图。
【具体实施方式】
[0019] 更具体的而言本发明的减摩泥浆可以由以下重量份成分组成：膨润土 200~250， 水350,纯碱2. 5~4. 5, CMC或CMSL 5~2. 5。缩写说明：CMC :羧甲基纤维素钠 。CMS :羧 甲基淀粉钠。以上CMC或CMS可以是其中一种，也可以是两种混合。
[0020] 更具体的而言本发明的减摩泥浆还可以减摩泥浆，由以下重量份成分组成：膨润 土 160-200 份，水 1000,纯碱 3-6 份，CMC L 5 ~2. 5, CMS L 5 ~2. 5,乳化油 5-8 份。优选 的，其中纯碱优选5份。优选的，其中乳化油用量可优选为7份。
[0021] 以上两种减摩泥浆，属于减摩触变泥浆，视实际情况选用，其中未使用乳化油的减 摩泥浆配方更适用于条件较好的工况，如淤泥质粘土；其中使用了乳化油的减摩泥浆配方 更适用于条件较差的工况，如粉沙类土体，复合土层。
[0022] 下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解 为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本 发明的范围。
[0023] 实施例 1-12
[0024] 如表1中记录减摩泥浆成分重量配比，各组分依次混合，搅拌均匀，即得不同的减 摩泥浆。其中实施例1-5是使用CMC/CMS的减摩泥浆，实施例6-10是使用乳化油的减摩泥 浆实施例11-12是同时使用了多种乳化剂的实例。
[0025] 表1减摩泥浆成分重量配比（kg)为1. 1-1. 16g/cm330s-38s
[0026]
[0027] *黏度单位s (秒）。
[0028] ** 比重单位：g/cm3。
[0029] 对比例1-2
[0030] 如表1中记录减摩泥浆成分重量配比，取对比例1-2的各组分并依次混合，搅拌均 匀，得到两个对比例的减摩泥浆。对比例1-2的情况主要是未使用纯碱，而且在CMC/CMS和 乳化剂的用量上和本发明方案基本相当。
[0031] 应用例1
[0032] 在广东某市街区C地段地下空间项目顶管工程中，经检测分析施工地段的土质为 粉质粘土，容易板结。在多个不同的顶管施工井中，分别尝试实施例2、4、5、10的减摩泥浆 进行施工作业。工艺如图1所示，将配制好的减摩泥浆搅拌混合均匀后，同时进行注浆和顶 进施工，施工中监测到浆压机压力为0. 15~0. 3MPa，浆压稳定正常，正常进行顶进施工，顶 管机监测到的顶管阻力较常规施工方案降低30%，施工完成后地面无沉降，整体保持良好 的稳定性。
[0033] 在另外两个顶管施工井下，尝试使用对比例1、2的减摩泥浆进行顶管施工。使用 初期压力较为稳定，顶管机端监测到的阻力较小，但当施工进行到60小时后，减摩泥浆效 率明显下降，整体出现压力下降，顶管机端阻力增加刀盘电流增加的问题，大量补充减摩泥 浆后，压力损失依然未见明显改善，疑似减摩泥浆冲破细砂土体，形成流道，经检测地面出 降现象，遂停止施工，对顶管外侧土地进行修复施工。
[0034] 应用例2
[0035] 在四川某市某区地下管道顶管施工中，预粉细砂状土体，经检测分析该土质为松 散型土质，容易沉降，遂尝试使用实施例6、8的减摩泥浆进行顶管施工作业。减摩浆压力控 制在0. 15~0. 3MPa，评估顶管施工过程顶管机施工阻力降低40%，减摩泥浆的用量较其它 方案泥浆用量减少25%，。施工完成后地面稳定性良好，未见沉降。
【主权项】
1. 一种减摩泥浆，主要包含重量份以下成份：膨润土 150~250份，水350份，纯碱 1.5~5份，乳化剂1-10份； 所述减摩泥浆黏度为30s-38s; 所述减摩泥浆比重为I. 1-1. 16g/cm3。2. 根据权利要求1所述减摩泥浆，其特征在于，所述乳化剂是CMC、CMS、乳化油中的一 种或几种。3. 根据权利要求1所述减摩泥浆，其特征在于，CMC或CMS重量份数为0~4份。4. 根据权利要求1所述减摩泥浆，其特征在于，所述乳化油重量份数为0~7份。5. 根据权利要求1所述减摩泥浆在粉细砂土体、粉质粘土土质或松散型土质的顶管施 工中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种减摩泥浆，主要包含重量份以下成份：膨润土150～250份，水350份，纯碱1.5～5份，乳化剂1-10份；所述减摩泥浆黏度为30s-38s；所述减摩泥浆比重为1.1-1.16g/cm3。本减磨泥浆的改良配方在软土地层及地下水位高等地质条件中施工较普通的膨润土混合液具有稳定性高，不易扩散减磨效果出众的优点。比传统减磨泥浆更科学、更合理，增加了施工中的可靠性和安全性，形成良好的社会效益。
【IPC分类】C04B24/00, C04B24/38, C04B22/10
【公开号】CN104891840
【申请号】CN201510249568
【发明人】刘杰, 陈卓, 陈强, 夏炜洋, 梁梦秋
【申请人】中铁二局股份有限公司, 中铁二局股份有限公司城通分公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月15日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种隧道工程施工中使用的辅助浆料，具体是一种顶管机减摩泥浆， 本发明的减摩泥浆特别适用于粉砂地质工况。本发明同时还提供了一种制备所述减摩泥浆 的方法。
【背景技术】
[0002] 顶管法是一种类似于盾构法的地下工程非开挖管道铺设技术，采用顶管掘进机成 孔，将预制成形的管道从顶进工作井顶入，形成连续衬砌结构的管道铺设技术。在顶管施工 解时，为减少管道与土体之间的摩阻力，通常需要向管道和土体间注入一种泥浆材料以减 少管道和土体之间的摩擦力，这种泥浆材料称为"减摩泥浆"。
[0003] 减摩泥浆被注入管道外隙后，均匀的分布开来，形成一圈泥浆层，从而保证管道和 土体之间并不直接接触，利用减摩泥浆形成的泥浆层润滑作用，管道和土体之间的摩擦力 大大减少。摩擦力减少后，一方面管节顶进作业时的后顶力降低，另一方面土体受到的管道 摩擦切向力降低，支护土体破坏减少，地层损失减少，地面沉降得到有效控制。
[0004] 现有减摩泥浆多用膨润土和水按比例混合，在常见的泥土地质工况下可以起到一 定的减磨作用。但是对于粉细砂层的土质，膨润土混合液易扩散，扩散损失导致减摩泥浆填 充量明显不足，起不到良好的减磨作用。而且扩散损失减摩泥浆后继续补充的减摩泥浆会 随着流失过程在土体中形成流道，进而引起土体结构失稳。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的减摩泥浆对于粉细砂层土质减摩效 果不佳的问题，提供一种减摩泥浆。该减摩泥浆具有减摩效果好，不易扩散损失的特点，能 够满足各个细粉沙土质工况下顶管法施工要求。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0007] 一种减摩泥浆，主要包含重量份以下成份：膨润土 150~250份，水350份，纯碱 1. 5~5份，乳化剂1-10份。
[0008] 所述减摩泥浆黏度为30S-38S。
[0009] 所述减摩泥浆比重为I. 1-1. 16g/cm3。
[0010] 本发明和现有技术使用的减摩泥浆最主要的区别就在于，本发明还添加了纯碱和 乳化剂，加入纯碱和乳化剂使膨润土形成黏度适宜，稳定性优良的乳液胶态。如果不使用纯 碱和乳化剂混合配制，则稳定性会受到一定影响，如果遇到土质偏酸或者管道外壁附着酸 性物质则会对于乳化剂形成的稳定黏度的胶态成分造成干扰，并加速乳化剂成分的分解变 质，不利于施工过程中的连续稳定可靠的减摩作用。
[0011] 所述减摩泥浆黏度采用泥浆粘度计进行测定。泥浆粘度计是一种泥浆粘度的 简易仪器，主要用于井场和实验室测量泥浆的粘度。其流出管孔径Φ5πιπι长100mm，水值 15±0. 5s (秒）。
[0012] 本发明控制了减摩泥浆的黏度和比重，是因为添加了纯碱和乳化剂使得减摩泥浆 形成了乳液胶态，可以在一定范围调整减摩泥浆的黏度使减摩泥浆自身的比重更接近细粉 砂土质的配比，进而使得减摩泥浆对于土体的压力更为分散，更为均匀，进而使得土体受到 顶管挤压的压力更小。另一方面，控制了减摩泥浆的比重，也使得减摩泥浆在顶管和土体之 间的形成的胶态泥浆层，比重更接近粉细砂土，当顶管施工结束后对于管道外侧的处理难 度更小。
[0013] 进一步，所述乳化剂是CMC、CMS、乳化油中的一种或几种。优选的，CMC或CMS重 量份数为〇~4份，优选1. 5~2. 5份。优选的，所述乳化油重量份数为0~9份，更优选 1-8份。CMC:羧甲基纤维素钠。CMS:羧甲基淀粉钠。胶态的减摩泥浆在在细粉沙土中不容 易滤失，能够长时间的保持很好的稳定性，进而使得减摩泥浆层能够保持良好的稳定性，有 效的减少了顶管机的阻力，提高了顶管施工法的施工速度。同时，减摩泥浆滤失量的减少， 也避免了泥浆流失对于沙土结构的破坏，顶管施工完成之后地面不会发生沉降，结构更加 稳定可靠。根据减摩泥浆使用工况的不同，调整合适的乳化剂成分和用量比例可以有效的 优化施工结果或目的。
[0014] 进一步，所述减摩泥浆主要用于沙土土质的顶管法施工中减少管道的摩擦力。
[0015] 进一步，所述减摩泥浆在粉细砂土体、粉质粘土土质或松散型土质的顶管施工中 的应用。优选在淤泥质、粉细砂层地质条件下顶管施工中的应用。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0017] 本减磨泥浆的改良配方在软土地层及地下水位高等地质条件中施工较普通的膨 润土混合液具有稳定性高，不易扩散减磨效果出众的优点。比传统减磨泥浆更科学、更合 理，增加了施工中的可靠性和安全性，形成良好的社会效益。
【附图说明】：
[0018] 图1为使用本发明的减摩泥浆在顶管施工中的应用的工艺示意图。
【具体实施方式】
[0019] 更具体的而言本发明的减摩泥浆可以由以下重量份成分组成：膨润土 200~250， 水350,纯碱2. 5~4. 5, CMC或CMSL 5~2. 5。缩写说明：CMC :羧甲基纤维素钠 。CMS :羧 甲基淀粉钠。以上CMC或CMS可以是其中一种，也可以是两种混合。
[0020] 更具体的而言本发明的减摩泥浆还可以减摩泥浆，由以下重量份成分组成：膨润 土 160-200 份，水 1000,纯碱 3-6 份，CMC L 5 ~2. 5, CMS L 5 ~2. 5,乳化油 5-8 份。优选 的，其中纯碱优选5份。优选的，其中乳化油用量可优选为7份。
[0021] 以上两种减摩泥浆，属于减摩触变泥浆，视实际情况选用，其中未使用乳化油的减 摩泥浆配方更适用于条件较好的工况，如淤泥质粘土；其中使用了乳化油的减摩泥浆配方 更适用于条件较差的工况，如粉沙类土体，复合土层。
[0022] 下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解 为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本 发明的范围。
[0023] 实施例 1-12
[0024] 如表1中记录减摩泥浆成分重量配比，各组分依次混合，搅拌均匀，即得不同的减 摩泥浆。其中实施例1-5是使用CMC/CMS的减摩泥浆，实施例6-10是使用乳化油的减摩泥 浆实施例11-12是同时使用了多种乳化剂的实例。
[0025] 表1减摩泥浆成分重量配比（kg)为1. 1-1. 16g/cm330s-38s
[0026]
[0027] *黏度单位s (秒）。
[0028] ** 比重单位：g/cm3。
[0029] 对比例1-2
[0030] 如表1中记录减摩泥浆成分重量配比，取对比例1-2的各组分并依次混合，搅拌均 匀，得到两个对比例的减摩泥浆。对比例1-2的情况主要是未使用纯碱，而且在CMC/CMS和 乳化剂的用量上和本发明方案基本相当。
[0031] 应用例1
[0032] 在广东某市街区C地段地下空间项目顶管工程中，经检测分析施工地段的土质为 粉质粘土，容易板结。在多个不同的顶管施工井中，分别尝试实施例2、4、5、10的减摩泥浆 进行施工作业。工艺如图1所示，将配制好的减摩泥浆搅拌混合均匀后，同时进行注浆和顶 进施工，施工中监测到浆压机压力为0. 15~0. 3MPa，浆压稳定正常，正常进行顶进施工，顶 管机监测到的顶管阻力较常规施工方案降低30%，施工完成后地面无沉降，整体保持良好 的稳定性。
[0033] 在另外两个顶管施工井下，尝试使用对比例1、2的减摩泥浆进行顶管施工。使用 初期压力较为稳定，顶管机端监测到的阻力较小，但当施工进行到60小时后，减摩泥浆效 率明显下降，整体出现压力下降，顶管机端阻力增加刀盘电流增加的问题，大量补充减摩泥 浆后，压力损失依然未见明显改善，疑似减摩泥浆冲破细砂土体，形成流道，经检测地面出 降现象，遂停止施工，对顶管外侧土地进行修复施工。
[0034] 应用例2
[0035] 在四川某市某区地下管道顶管施工中，预粉细砂状土体，经检测分析该土质为松 散型土质，容易沉降，遂尝试使用实施例6、8的减摩泥浆进行顶管施工作业。减摩浆压力控 制在0. 15~0. 3MPa，评估顶管施工过程顶管机施工阻力降低40%，减摩泥浆的用量较其它 方案泥浆用量减少25%，。施工完成后地面稳定性良好，未见沉降。
【主权项】
1. 一种减摩泥浆，主要包含重量份以下成份：膨润土 150~250份，水350份，纯碱 1.5~5份，乳化剂1-10份； 所述减摩泥浆黏度为30s-38s; 所述减摩泥浆比重为I. 1-1. 16g/cm3。2. 根据权利要求1所述减摩泥浆，其特征在于，所述乳化剂是CMC、CMS、乳化油中的一 种或几种。3. 根据权利要求1所述减摩泥浆，其特征在于，CMC或CMS重量份数为0~4份。4. 根据权利要求1所述减摩泥浆，其特征在于，所述乳化油重量份数为0~7份。5. 根据权利要求1所述减摩泥浆在粉细砂土体、粉质粘土土质或松散型土质的顶管施 工中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种减摩泥浆，主要包含重量份以下成份：膨润土150～250份，水350份，纯碱1.5～5份，乳化剂1-10份；所述减摩泥浆黏度为30s-38s；所述减摩泥浆比重为1.1-1.16g/cm3。本减磨泥浆的改良配方在软土地层及地下水位高等地质条件中施工较普通的膨润土混合液具有稳定性高，不易扩散减磨效果出众的优点。比传统减磨泥浆更科学、更合理，增加了施工中的可靠性和安全性，形成良好的社会效益。
【IPC分类】C04B24/00, C04B24/38, C04B22/10
【公开号】CN104891840
【申请号】CN201510249568
【发明人】刘杰, 陈卓, 陈强, 夏炜洋, 梁梦秋
【申请人】中铁二局股份有限公司, 中铁二局股份有限公司城通分公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月15日
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