MJS工法膨润土泥浆应用实践

陈立松

（1.广东省佛山地质局，广东 佛山 528000；2.四会市飞来峰非金属矿物材料有限公司，广东 四会 526200）

【开发利用】

MJS工法膨润土泥浆应用实践

陈立松

（1.广东省佛山地质局，广东 佛山 528000；2.四会市飞来峰非金属矿物材料有限公司，广东 四会 526200）

结合MJS工法原理和膨润土泥浆特性，在武广高铁地基固化施工现场进行泥浆配制试验，对配浆用水做了分析测试，高硬度含盐份的水质明显对膨润土造浆性能产生了不利影响。通过加入泥浆助剂来改善泥浆的指标，经过对比试验，只有配方3的泥浆符合施工方要求，且泥浆没有对水泥的凝固时间和固化强度产生不利影响。

MJS工法；膨润土；泥浆试验；应用实践

Abstract: According to the principle of MJS and the mud characteristics of bentonite, the mud preparation test was carried out in the site of Wuhan-Guangzhou high-speed rail foundation consolidation. The water quality of the mud was tested. The water with high hardness and salt was adversely affected on the mud performance of bentonite. By adding a mud additive to improve the index of the mud, after the comparative test, only the mud of formula 3 meets the requirements and did not adversely affect the solidification time and curing strength of the cement.

Key words: MJS method; bentonite; mud test; application practice

近年来，随着城市基础设计建设的加速发展，地铁建设、地下空间开挖等都对地下空间的稳定造成影响，因此地下固化技术得到了极大的运用，其中MJS(Metro Jet System)工法是近年发展起来用于地下工程加固的重要方法，又称全方位高压喷射成桩工法[1]。可以进行任意角度的加固，具有对地表管线、建筑物影响小，环境污染少，经济效益高的优点。随着MJS工程量的增加，国内对MJS专用膨润土泥浆需求也稳步增长，下面就结合施工实践，对MJS工法用膨润土泥浆的要求和配制方法做个总结。

图1 MJS工法原理图

1 MJS工法原理及方法

MJS工法是在传统高压旋喷工艺的基础上，采用独特的多孔管和前端装置，实现了强制排浆，将多余的泥浆通过排泥孔排出，并且通过前端压力监测装置对地内泥浆压力进行监测，保持泥浆压力稳定，从而减少对周边环境的影响，克服了传统旋喷工艺压力过大、对周围环境影响较大的缺点，同时还能进一步保证成桩直径[2]。MJS工法原理见图1。

2 MJS工法对泥浆的要求

(1) 泥浆不能对改良体的固化强度产生任何有害影响。一般用水泥浆作为胶凝固化材料，泥浆不能对水泥的固化时间和固化强度产生不利影响，在使用泥浆时，需要进行水泥强度影响试验。

(2) 泥浆中不能存在假颗粒、泥团或未溶解的高分子材料。泥浆在使用过程中需要经过三道筛网过滤，去除杂质和粗颗粒，否则在注浆过程中会造成钻杆堵塞，导致钻进失败。

(3) 较高粘度和切力：只有泥浆的粘度和切力足够，泥浆才能把破碎的钻屑从孔中带出，保持钻孔清洁。当连接钻杆或临时停钻时，泥浆又能把钻孔内的钻屑悬浮住，不致于很快下沉。

(4) 高胶体率：只有胶体率达标，泥浆才不容易析水，在钻进过程中，泥浆能在孔壁中形成薄而韧的泥皮，保护孔壁，防止塌孔。

3 MJS工法膨润土泥浆应用实例

以广州地铁九号线，广州北—花城路区间MJS水平加固工程为例。该区间盾构隧道下穿武广高铁广州北站，隧顶至武广高铁道床板底距离约10.0m，属于浅埋隧道。根据铁路部门要求，高铁地基沉降控制最大不能超过5mm，且施工过程中不允许隆起[3]。施工单位为广东华隧建设股份有限公司。

3.1 施工方法

为确保高铁运营及盾构下穿施工万无一失，采用在高铁站场外侧临时开挖基坑，利用基坑对高铁路基采用MJS水平旋喷桩进行预加固，加固施工完成后采用泥水平衡盾构进行穿越施工。武广高铁地基用MJS加固简图见图2。

图2 MJS加固简图

3.2 水文地质条件

MJS施工地段经过详细的地质勘查，地层以粘性土、人工填土、冲洪积砂层为主，基础性岩为石炭系灰岩。地下水主要为溶洞水、砂层水、砾石岩空隙水，地下水与地表河流水相通，裂隙水补给主要来源于大气降水和地表径流水。

3.3 配浆水样分析

因为施工用水量大，配浆用水就近抽取施工现场的地表径流水。为了指导泥浆配制，需要了解水质情况，对配浆用水做了水质分析，分析结果见表1。

表1 施工现场地表径流水水质分析结果

从表1可以看出，配浆用水pH值较正常，但水质偏硬，且氯化物、硫酸盐含量偏高，对膨润土及一般的膨润土助剂会产生不利的影响，容易造成泥浆分层、粘度降低，对泥浆配制不利。

3.4 配浆试验及指标

现场使用两个10m3左右箱子作为储浆罐，储浆罐中安装有低速搅拌叶。泥浆由1m3的搅拌桶快速搅拌5min分散后，再泵到储浆罐中继续低速搅拌2.5h。泥浆材料和配浆技术方法全部由四会市飞来峰非金属矿物材料有限公司提供，设计了三个配方在现场做对比试验，试验结果见表2。表2中钠基土指的是湖南澧县地区的钙基膨润土在含水30%～40%的半干法的条件下，加入3.5%的轻质纯碱，用挤压钠化设备挤压反应后再烘干磨粉；PO是由四会市飞来峰非金属矿物材料有限公司开发的抗盐泥浆助剂。

表2 膨润土泥浆试验配方及指标

3.5 试验结果及讨论

配方1中单纯用钠基膨润土配浆，因为配浆用水中含钙镁离子和盐分，造成了泥浆的胶体率较低，不符合MJS施工要求，且单纯用膨润土造浆，泥浆的粘度、切力指标也较低，不利于钻屑的悬浮和输送，容易造成卡钻。配方2在配方1的基础上添加了CMC(羧甲基纤维素)后，泥浆的粘度明显提高，但切力提升不明显，且胶体率也只有92%，这是因为CMC不具备抗盐污能力。配方3在配方1的基础上添加了PO后，粘度和切力都得到了明显提高，且泥浆的胶体率达到了100%，泥浆池中的泥浆静止24h没有发生析水现象。配方3的泥浆被抽取留样后，送到广东华隧建设股份有限公司的项目部实验室做泥浆与水泥的固化试验，结果表明，配方3的泥浆不会影响水泥的胶凝时间和后续水泥固化强度，综合各项指标，只有配方3满足施工方要求。

PO是由几种有机物再聚合而成的高分子材料，分子量为100～300万之间，具有长链高分子的特点，PO中含有羟基、羧基、丙酮酸等强亲水性基团，对水分子有强烈的吸附锁定能力，所以PO溶于水后具有明显的增稠能力。当PO溶于水后，高分子的链状骨架会缠绕，通过氢键、静电力等作用力形成折叠的螺旋结构，能有效的避免外界离子干扰，因此对含有高浓度的盐水具有抵抗能力。

4 结论

(1) MJS工法对膨润土泥浆的粘度、胶体率、切力都有较严格的要求，泥浆不仅要携带钻屑能力好，且要在孔壁上形成薄而韧的泥皮。配方3泥浆在钻进过程中几乎没有发生钻孔坍塌事故，全程施工较为顺利。

(2) 造浆用水对膨润土造浆指标影响很大，特别是含钙镁离子、含盐的水会造成泥浆粘度、胶体率降低，泥浆析水。

(3) 现场配浆过程中发现CMC的抗钙镁、抗盐污能力差，换成PO后泥浆的粘度胶体率、粘度和切力都得到了较大改善。

(4) 泥浆助剂不能随便添加，配好的泥浆即使指标全部合格，也需要做泥浆与水泥的固化试验，检测泥浆是否会对水泥的凝固时间和固化强度造成不利影响。

[1]李兴国，高亮，王凯，等.MJS工法在紧邻地铁工程中的应用[J].建筑施工，2016(2)：131.

[2]赵香山，李春涛，王建华.软土中MJS工法桩施工环境效应的数值分析[J].地下空间与工程学报，2016(5)：1317.

[3]张碧文.浅埋盾构下穿高铁路基沉降分析及控制[J].现代隧道技术，2013(2)：109.

Application Practice of MJS Method Bentonite Mud

CHEN Li-song
(1. Foshan Geological Bureau of Guangdong Province, Foshan 528000, China;2. Sihui Feilaifeng Non-metal Mineral Co., Ltd., Sihui 526200, China)

TU52

A

1007-9386(2017)03-0010-02

2017-03-08