某大直径盾构工程膨润土应用实践

陈立松

（广东省佛山地质局，广东 佛山 528000）

某大直径盾构工程膨润土应用实践

陈立松

（广东省佛山地质局，广东 佛山 528000）

在广东某大直径盾构工程施工中，根据施工地层环境、水质、泥浆指标要求，设计了不同的泥浆配制方案，测试了泥浆的各项基本指标，通过试验模拟泥膜的形成过程，测试泥浆在不同时间段的平均失水速率来评估泥膜质量。经过对比，配方4泥浆的各项指标符合施工方的要求，并成功运用于大型盾构施工。

大直径；盾构；膨润土；泥浆；泥膜

泥浆是盾构工程的“血液”，没有泥浆，施工就不能顺利进行。随着国内基础设施建设进程的加快，对膨润土泥浆的需求很大，特别是近年来各大城市大规模建设地铁，盾构泥浆的需求量呈井喷式增长。泥浆在泥水平衡盾构中的第一作用是在开挖面上形成泥膜，防止开挖面垮塌；第二作用是携带砂屑和保护盾构机刀头。泥浆质量直接关系到施工安全问题，近年来因为使用不合格的泥浆而屡次造成了严重的安全事故，特别是开挖面的垮塌事故。盾构泥浆的配制受很多因素影响，下面结合广东省某大直径盾构穿越工程施工中膨润土泥浆配制做个总结，为以后相关的工程施工提供借鉴。

1 工程概况及水文特征

广东省某大直径盾构穿越工程具有穿越河流、地层复杂、直径大、水压高、穿越距离长的特点。因受河流两端连接条件、河流航道通行要求及地层条件等限制，穿越工程采用深埋方案，两端大纵坡快速进入基岩，因此水头压力大。施工方考虑到穿越的地层水压高，穿越距离长，地层多变、复杂，且盾构直径大，因此对泥浆要求很高。特别是在地层裂隙发达，水量充沛穿越段，容易引起开挖面垮塌的安全事故。

施工方委托勘查单位对盾构周边地质做了详细勘查，岸边段底层的基岩以砂岩、泥岩、石英砂岩、泥质粉砂岩为主，基岩上面覆盖淤泥及砂层为主的第四系土层；水下段以淤泥、砂层及细圆砾土为主，且存在断层和破碎带。

该施工水域为出海口，该水域航道河流复杂，多条水道汇流，径潮交汇，河流年径流量大，含沙量小，但总输沙量大。河槽容积大，潮差虽小，进潮量、潮汐作用十分显著，涨潮流势强劲。涨潮时，水中含盐分，对施工不利。

2 造浆用水分析

在施工现场抽取了造浆用水，带回实验室进行水质分析，分析结果见表1。

从表1的水质分析结果可以看出，造浆用水含盐量较高，这可能是因为涨潮时海水入侵造成的。

表1 水质分析结果

3 施工配浆试验

施工现场使用两个35m3左右箱子作为储浆罐，配浆使用高速喷浆机，造浆材料从喷浆机的漏斗中加入，被喷浆机的负压吸入漏斗中，在管道中与水混合后高速喷射到储浆罐中循环，为使搅拌更加均匀，储浆罐中安装有低速搅拌叶，造浆材料经过高速喷浆机分散后，在储浆罐中继续低速搅拌2.5h。泥浆材料和配浆方法由四会市飞来峰非金属矿物材料有限公司的技术人员在现场指导。试验结果见表2。

从表2中可以看出，配方1只加膨润土，粘度较低，而且胶体率不高，产生水土分层，这是因为水质中含盐造成的。配方2中加入PAC助剂后，粘度、胶体率明显提升，但胶体率只有91.5%，还是会有少量的水土分层。配方3中加入PAM高分子助剂后，粘度虽然有所提升，但胶体率反而降低了，说明PAM抗海水效果不好，对泥浆的悬浮起了反作用。配方4中加入抗海水助剂PO后，粘度提升明显，胶体率也达到了100.0%，说明PO的抗海水能力最好。

表2 配浆方法及指标

4 盾构泥膜模拟试验

高质量的泥膜对开挖面保持稳定具有重要意义。致密，而且薄、韧的泥膜既可阻止泥浆进一步向地层中渗透，又可以将泥浆压力作用在开挖面上防止垮塌。在试验室用现场开挖面的泥沙模拟地层，在0.78MPa压力下，测试泥浆不同时间段的滤失量，用以评价不同泥浆在施工环境中形成泥膜质量。泥膜形成后，泥浆滤失量越小则泥膜越致密，泥膜质量越好。

4.1 试验方法

制作一个内径65mm，高350mm，能承受0.78MPa以上压力的圆柱形，有带滤网开孔盖的不锈钢装置，在圆柱体中装入从现场开挖面带回来的泥沙、粘土、砾石。泥沙填充振实后高150mm，上部注入150mm高的泥浆，盖上开孔密封盖，连接进气阀，调节气压，设置0.78MPa的压力值。在压力的作用下，泥浆向泥沙渗透，并形成泥膜。泥浆中的水穿过泥膜和砂层进入量筒，分时间段计时并记录滤失量。装置见下图。

模拟泥浆泥膜形成及滤失装置

4.2 试验结果及分析

分别试验了4个配方的泥浆在0.78MPa压力下不同时间段的滤失量，总时间为30min，经过数据处理后得出不同时间段内平均每分钟的滤失量及总滤失量。试验结果见表3。

表3 0.78MPa压力下不同时间段单位时间泥浆滤失量及总滤失量统计

从表3中可以看出，每个配方的泥浆在压力作用下，泥浆的流失速度是先快后慢，这是因为泥浆在压力作用下，刚开始快速失水，粘土颗粒进入土层，填充在粘土、沙粒、砾石缝隙中，形成泥膜。从不同时间段的滤失速度统计结果看，前面泥浆滤失速度快，后面滤失速度快速降低。这是因为前面泥浆快速滤失，形成泥膜，随着时间的延长，泥膜逐渐变得紧密，所以失水速度下降。对比4个配方不同时间段泥浆的滤失速度，可明显看出配方4的滤失速度最慢，而且在15～30min这个时间段，泥浆的滤失量最低，说明配方4的泥浆形成的泥膜最为紧密。这就说明，配方4的泥浆在施工中，可以在开挖的掌子面上形成紧密、强度高的泥膜，对掌子面的稳定极其有利。施工方对泥浆滤失量指标是≤16mL/30min，因此，配方4的泥浆滤失量指标达到施工方的要求。

5 结论

(1) 施工现场因为靠近出海口，海水潮汐作用会有海水入侵，造成水中含盐。经过水质分析，水中含有氯、钙、镁、钾、钠、硫酸盐等离子，对膨润土造浆不利。

(2) 经现场调浆对比试验，单纯的用膨润土造浆会发生水土分层，胶体率不达标，粘度较低，达不到施工方的要求，经过添加几种添加剂做对比试验，发现PO对含盐的水质造浆具有较好的效果。

(3) 通过泥膜模拟试验分析，发现配方4的泥浆在泥膜形成过程中滤失量最低，从15～30min的平均滤失量指标可知，配方4泥浆形成的泥膜也最为紧密。

(4) 配方4的各项指标满足施工泥浆的指标要求，与现场施工人员沟通后，决定用配方4作为盾构泥浆的施工配方。施工过程中，掌子面没有发生垮塌事故。

Application Practice of Bentonite With Large Diameter Shield

CHEN Li-song(Foshan Geological Bureau of Guangdong Province, Foshan 528000, China)

In the construction of a large diameter shield project in Guangdong, according to the requirements of formation environment, water quality and mud index, different mud preparation schemes were designed, and the basic indexes of mud were tested. The formation process of mud film was simulated by experiment. The average water loss rate of the mud at different times to assess the quality of the mud. After comparison, the formula 4 mud indicators meet the requirements of the construction side, and successfully applied to large-scale shield construction.

large diameter; shield; bentonite; mud; mud film

TU528.32

A

1007-9386(2017)04-0011-02

2017-08-17