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顶管施工作为一种非开挖敷设地下管道的重要技术,因其对地表环境影响小、施工效率高等优点,在城市基础设施建设中应用广泛。然而,在顶管施工过程中,钻液(通常称为泥浆)的流失问题却时常困扰着施工单位。钻液流失不仅会造成泥浆材料的浪费,增加施工成本,更可能导致掌子面失稳、地层塌陷、地面沉降等严重工程事故,影响施工进度和周边环境安全。因此,深入分析钻液流失的原因,并采取有效的泥浆性能优化与堵漏措施,对于保证顶管施工顺利进行至关重要。
钻液在顶管施工中扮演着至关重要的角色,它具有携带渣土、稳定孔壁、冷却与润滑钻具等多重功能。一旦发生严重流失,这些功能将大打折扣。造成钻液流失的原因主要包括地层因素(如遇到砂卵石层、裂隙发育地层、溶洞等渗透性极强的地质条件)和施工操作因素(如泥浆性能不佳、钻进参数不合理等)。其中,泥浆自身性能的优劣是影响其是否容易流失的关键内在因素。
针对泥浆性能优化,这是控制钻液流失的基础性工作。首先,应确保泥浆具有适宜的黏度和切力。黏度是泥浆流动时内摩擦力的量度,适当的黏度能保证泥浆在环空内形成有效液柱压力,携带岩屑,并在孔壁形成泥皮。可通过调整膨润土的加量、添加适量的增黏剂(如CMC、聚丙烯酰胺等)来优化黏度。切力则反映泥浆在静止状态下悬浮固相颗粒的能力,合理的切力有助于维持孔壁稳定,减少因悬浮力不足导致的颗粒沉降和孔壁冲刷。其次,严格控制泥浆的失水量和泥皮质量。失水量过大会使大量水分渗入地层,导致孔壁坍塌,同时也会造成钻液的损失。通过添加优质降失水剂,可以有效降低泥浆的失水量,并在孔壁形成薄而坚韧的泥皮,阻止水分进一步流失。此外,还需合理控制泥浆的密度和固相含量,确保其既能有效平衡地层压力,又不会因密度过大造成循环阻力增加和地层污染。
当钻液流失问题已经发生或预计可能发生时,除了优化泥浆性能外,还需采取针对性的堵漏技巧。常用的堵漏方法包括桥接堵漏、化学堵漏以及物理机械堵漏等。桥接堵漏是利用惰性材料如核桃壳粉、花生壳粉、蛭石粉、石棉纤维等,在压力差作用下,在漏失通道处形成架桥,然后由黏土颗粒和其他细颗粒物质填充,形成具有一定强度的封堵层。选择桥接材料时,应根据漏失通道的大小和地层情况,合理搭配不同粒径的桥接剂。化学堵漏则是利用化学药剂(如水泥浆、脲醛树脂、氰凝等)在漏失地层中发生化学反应,生成具有较高强度和低渗透性的固化体,从而堵住漏失通道。化学堵漏剂通常适用于漏失较为严重或桥接堵漏效果不佳的情况,但需注意其反应时间和对泥浆性能的潜在影响。对于一些大型漏失通道或复杂地层,可能需要采用复合堵漏技术,即多种堵漏材料和方法联合使用。同时,在施工操作上,也可通过调整钻进参数、降低循环排量、采用间歇循环等方式,辅助控制钻液流失。
综上所述,顶管施工中钻液流失的控制是一项系统性的工作,需要从泥浆性能优化和针对性堵漏两方面入手。施工前应充分勘察地质条件,制定合理的泥浆方案;施工过程中要密切监测泥浆性能变化和钻进情况,一旦发现漏失迹象,及时分析原因并采取有效的堵漏措施。通过科学的管理和先进的技术手段,将钻液流失控制在合理范围内,不仅能够保证顶管施工的安全、高效进行,还能显著降低施工成本,减少对环境的不良影响,为城市地下空间的开发与利用提供有力保障。在实际应用中,应根据具体工程的地质水文条件、施工工艺等因素,灵活选择和组合使用泥浆性能优化措施与堵漏技巧,以达到最佳的防治效果。