泥浆在顶管施工中的作用机理

泥浆在顶管施工中的作用机理为：起润滑作用，将顶进管道与土体之间的干摩擦变为湿摩擦，减小顶进时的摩擦阻力；起填补和支撑作用，浆液填补施工时管道与土体之间产生的空隙，同时在注浆压力下，减小土体变形，使隧洞变得稳定。

1、泥浆与管道以及土体之问的相互作用

为减小摩擦阻力，在顶管工程施工中一般后续管节的直径比掘进机的直径要小2~5em，使管道与周围土体之间会产生空隙；纠偏时对土体一侧产生挤压作用，而另一侧山于应力释放也将形成空隙。因此，在顶管顶进的曲线轨迹中存在许多这种空隙。注浆时，从注浆孔注入的泥浆会先填补管节与周围土体之间的空隙，抑制地层损失的发展。泥浆与土体接触后，在注浆压力的作用下，注入的浆液将向地层中渗透和扩散，先是水分向土体颗粒之间的孔隙渗透，然后是泥浆向土体颗粒之间的孔隙渗透，当泥浆达到可能的渗入深度之后静止下来，只需经过一个很短的时间，泥浆就会变成凝胶体，充满土体的孔隙，形成泥浆与土壤的混合体。随着浆液渗透越来越多，会在泥浆与混合土体之间形成致密的渗透块。随着渗透块越来越多，在注浆压力的挤压作用下，许多的渗透块之间粘结、巩固，形成一个相对密实、不透水的套状物，称为泥浆套，它能够阻止泥浆继续渗人土层。由于掘进机的开挖会对管道周围土体产生扰动，使部分土体结构遭到破坏而变成松散土体。在注浆压力作用下，泥浆套能够把超过地下水压力的液体压力传递到土体颗粒之间，成为有效应力压实土体。

同时，泥浆的液压能够起到支撑隧洞的作用，使其保持稳定，不让土体坍塌到管道上。如果注入的润滑泥浆能在管道的外周形成一个比较完整的泥浆套，则接下来注入的泥浆不能向外渗透，留在管道与泥浆套的空隙之间，在自重作用下，泥浆会先流到管道底部，随后向上涨起。当隧洞充满泥浆时，顶进管道在整个圆周上被膨润上悬浮液所包围，受到浮力作用，管道将至少变成部分飘浮，它们的有效重量将变小，甚至可能变成负的。管道在泥浆的包围之中顶进，其减摩效果将是十分令人满意的。实际施工中，由于受环向空腔不连续、不均匀、泥浆流失、地下水影响以及压注浆工艺等因索影响，可能会对减摩效果产生影响。但大幅度地降低摩擦阻力是不容置疑的，般注浆后管道顶进时产生的摩阻力可以降低3~5kPa.

2、浆液在上体中的渗透

澎润土泥浆渗入土层的孔隙内充满孔隙，并继续在其中流动，其流速取决于孔隙的横断面与泥浆的流变特性，土体孔隙将对泥浆的流动产生阻力，在克服流动阻力的过程中，注浆压力(泥浆压力与地下水压力之差)将随着渗入深度的增加而成比例地衰减。

所以,相应每一种注浆压力都有一个完全确定的渗入深度，即渗流距离。泥浆的渗流距离就相当于泥浆套的厚度。为了能够形成低渗透性的膜，就必须使泥浆不太容易渗透到土体中去。试验表明，泥浆浓度越高，在土体中的渗透距离越短。在高浓度泥浆和高注浆压力下容易形成泥浆套。一旦泥浆套形成，泥浆套厚度增加就会变慢，它的过程就像一张处于压力作用下的滤纸。为了减小渗透，改善泥浆套的形成，可以添加聚合物。聚合物通常是由大量的小化学单体连接在一起而形成大的长链分子。应用在隧道工程中的人工聚合物主要有聚丙烯酞胺、聚丙烯酸酯乳液、部分水解的聚丙烯酞胺、羧甲基纤维素、多阴离子纤维素等。它们的长链分子就像增强纤维一样，形成一张网留住膨润土颗粒，堵塞土体孔隙。当它们与先前开挖土体留在泥浆中的淤泥和细砂结合起来时，能够更好地堵塞大的土休颗粒之间的孔隙。

3、注浆对土层移动的影响

由于管径差以及纠偏操作会使管道与上体之问产生空隙，周围土体要填补这些空隙，进而产生地面沉降。另外，每当后续管节随掘进机一起向前顶进时，会对周围上体产生剪切摩擦力，产生拖带效应，使得土体产生沿管道顶进方向移动。而当更换管节停止顶进时，土体会产生部分弹性回缩，向顶进的反方向移动。合理的注浆可以减小土层运动，从注浆孔注入的泥浆首先会填补管节与周围土体之间的空隙，进而形成泥浆套，能够起到支撑隧洞的作川，使开挖的隧洞保持稳定，不让土体坍塌到管道上，从面可以减小地面沉降。由于土体与管道之间被泥浆隔离，使得管道顶进对土体产生的剪切摩擦力大大减小，可以减小深层土体水平移动。

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