摘要:泥浆漏斗黏度是泥浆特性的一个重要指标,泥浆漏斗黏度对盾构掘进效果有重要影响。在一些范围内,泥浆漏斗黏度可以反映泥浆质量的好坏,泥浆漏斗黏度高,形成泥膜及携带土渣能力强,但配制泥浆的成本高,泵送难度大,分离效果差。不一样的规格试验仪器测试出的泥浆漏斗黏度之间有较大差异,在试验的基础上,通过回归曲线找出了中国漏斗黏度与日本漏斗黏度之间的相对关系,并分析了配制泥浆的各原材料对泥浆漏斗黏度的影响。关键词:泥水平衡盾构;泥浆;漏斗黏度中图分类号:U455.4

  近年来,随着我们国家穿江越海隧道工程的增多,泥水平衡盾构受到慢慢的变多的青睐,而泥水平衡盾构使用的泥浆,其作用及性能也受到业内技术人员极大的重视。在泥水平衡盾构的工作机理中,泥浆最主要的功能是在掌子面形成泥膜来稳定掌子面以及运输盾构机刀盘掘削下来的渣土。为满足上述2大功能,就需要泥浆具备良好的性能,如稳定性、良好的泥膜形成性、适当的比重、黏度和良好的流动性,而与其流动性相关的技术指标又包括浆液的塑性黏度、表观黏度、屈

  服值等。根据试验采用上述泥浆各流动性指标来衡量泥浆质量是适当的,但现场施工时为了简化测定,通常只测定与屈服相关的漏斗黏度(在一些范围内,可以用泥浆漏斗黏度来表征泥浆的表观黏度,并最终反映泥浆的黏性与流动性指标)。从某一种意义上讲,泥浆漏斗黏度可以反映泥浆质量的好坏,在很多泥水

  盾构施工现场,工程技术人员也都将泥浆的漏斗黏度作为控制泥浆质量的一个重要指标。

  在国内外许多有关泥浆的资料中,都会提到漏斗黏度这个概念,也会给出相关的浆液漏斗黏度值。但比较起来彼此之间却存在着显而易见的区别,这主要是所采用的漏斗量测仪器规格不同所引起的。常见的漏斗黏度量测仪器有3种,如表1所示。

  在国内泥水平衡盾构的施工现场,测试泥浆漏斗黏度大多采用的是中国漏斗黏度计(俄式漏斗黏度计),其外形如图1所示。

  由于日本泥水盾构比较发达,所积累的泥浆参数相对来说还是比较丰富,由表1可知日本漏斗黏度与国内所使用的漏斗黏度不同,日本漏斗黏度的测定所采用的漏斗总容积为500mL,测定装满500mL泥浆并全部流出所用的时间;而国内施工现场所采用的漏斗多为“中

  作者简介:王光辉(1980—),男,2003年毕业于西安公路交通大学隧道与地下工程专业,本科,工学学士,工程师,从事隧道盾构技术科研工作。

  泥浆的配制材料包括水、颗粒材料、添加剂。使用自来水配置泥浆效果比较好,,,必须、膨润;添加剂多以化学试剂

  现以颗粒材料(膨润土)、添加剂(CMC与纯碱)、自来水为原料来配置常规体系泥浆并测试其漏斗黏度,分析泥浆各成分与其漏斗黏度的关系。在该泥浆体系中,膨润土表面带负电易与带正电的地层结合形成优质泥膜。CMC溶于水时呈现极高的黏性,故用来作增黏剂,大多数都用在沙砾层中,有降低虑水量和防止逸泥的作用,也可抵抗阳离子污染。而泥浆中如果混入水泥的钙离子、地下水或土中的钠离子或镁离子等,就会丧失和降低泥浆的性质,亦即产生泥浆的黏度提高、泥膜形成能力降低、比重增加、膨润土出现凝集等泥水分离现象,这时需要加入纯碱等分散剂

  国漏斗”,即漏斗总容积为700mL,测试装满700mL浆液而流出500mL浆液所用的时间。所以要参考日本资料所给的漏斗黏度值,必须对其进行修正,找出中国漏斗黏度值与日本漏斗黏度值之间的关系。实验,得出了相同溶液、,2表2

  配制比重1.1的泥浆,在CMC及纯碱含量不变的情况下,改变膨润土的含量,如表4,能得出膨润土含量对泥浆漏斗黏度的影响曲线膨润土含量对泥浆漏斗黏度的影响

  配制比重1.1的泥浆,在膨润土及纯碱含量不变的情况下,改变CMC的含量,如表5,能得出CMC含量对泥浆漏斗黏度的影响曲线纯碱含量对泥浆漏斗黏度的影响

  参考日本泥水盾构资料,将日本漏斗黏度值转化为中国漏斗黏度值,得到保证地层稳定所必须的泥浆黏度经验值,如表3

  一般不需要特别的泥浆,也用清水保持最低的黏度和脱水量,而黏土或粉土不会被冲洗的程度

  黏度有稍高,使地层不被冲刷。使用高黏度的泥浆,降低脱水量膨润土浓度较低,增多CMC,防止地层被冲涮

  膨润土浓度7～8%;掺加CMC膨润土浓度7～9%;掺加CMC膨润土浓度8～10%;掺加CMC膨润土浓度8～10%;掺加CMC7～9%;掺加CMC8～10%;掺加稍膨润土浓度10～12%;掺加稍多的CMC,堵漏剂等

  由图3—图5可知,在一定配比下,膨润土含量及CMC含量对泥浆的漏斗黏度影响很明显,尤其当需要配制高黏度的泥浆时,一般说来膨润土含量都要求很高,CMC含量虽然相对很低,但其变化对泥浆漏斗黏度影响却很明显,纯碱对泥浆漏斗黏度有一定影响,但不太明显。总体上说,在一定配比下,随膨润土含量、CMC含量及纯碱含量的增加,漏斗黏度呈变大

  泥浆漏斗黏度对盾构掘进效果有重要影响。在一些范围内,泥浆漏斗黏度高,形成泥膜的能力强,携带土渣能力强,但配制泥水的成本高,泵送难度大,分离效果差;泥浆黏度过低,其携带土渣、形成泥膜能力又差,漏失量也大。因此,泥浆的黏度应根据掘削地层、输送泵及泥水分离设备等因素确定。从地层上说砂性土需要的泥浆黏度应大于黏性地层,用于有地下水丰富的地层的泥浆黏度应大于没有地下水的地层。在施

  [5]李方.钻井液与完井液[Z].山东:石油大学,2006.[6]蒲晓林.水基钻井液及处理剂作用机理[Z].洛阳:中隧