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山东非开挖_泥浆在沙质地层钻孔铺管中应用

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山东非开挖_山东顶管_济宁顶管_

2014-11-24

       沙质地层在全国广泛分布,在河流及河流两岸地区分布最多。举例说明典型沙质地层特征。 

    纯沙质地层:沙质地层含沙量90%以上,如辽河、南昌红谷开发区。沙中不含泥质,沙直接可用作建筑材料。 

沙质粉土地层:黄河下游地区,从洛阳、郑州、开封、濮阳、滨州至东营。广泛分布,而且分布均匀 。上部粉土含沙,下部是细沙、粉细沙含粉土。 

细沙粉细沙地层:细沙粉细沙在水位以下被扰动后流动,常称流沙,在地震作用下液化。以长江中下游地区广泛分布,武汉市汉口地区,上海崇明岛,上海市长江河古河道带,钱塘出海口杭州市地区,马颊河中下游地区。 

粗沙中粗沙及沙卵石地层:广泛分布于长江中上游及各支流地区,如湘江、资水、乌江、嘉陵江、涪江、沱江、泯江流域。成都平原地区上部为沙质粘土地层,中部为粗沙中粗沙地层,下部为沙卵石地层。 

含泥质重的沙质地层:珠江三角洲地区,沙层中均含泥质,沙中含泥质量20%-95%,贑江上的南昌开发区沙质地层,沙层中含红黄色泥质15%-40%,远看似黄土,近看才是沙。 

砾粒粗沙地层:常见山间小平原地区,河流发源地区,沙粒被洪水搬运距离短,沙粒粒径1-6毫米,沙粒棱角。浙江永康地区,安吉地区,江西修水地区有分布。砾粒粗沙地层往往伴有砾石或卵石,或者下部是沙砾卵石层。 

石英沙地层:石英沙地层常见于原始花岗岩风化地层,花岗岩地区冲洪积地层。石英沙属于砾粒沙、粗沙、中粗沙,含沙量5%-85%。深圳、惠阳、福州,厦门地区分布较多。 

粉土地层:粉质粘土地层常见于甘肃兰州市,陕西西安市地区。这些粉质土由风从新疆、甘肃西北部搬运而至。粉土地层干固,吸水量大,消耗泥浆量多,返浆率低,钻孔干固,孔内残留大量的钻屑泥土。 

戈壁滩中沙质粉土地层:新疆的塔里木、吐鲁番、准葛尔盆地,沙漠地区拥有大量戈壁滩,在戈壁滩残留沙质粉土地层,阿克苏市、吐鲁番市、库车市、石河子市部分地区。 

沙质地层对钻孔铺管不良特性 

沙质地层结构松散,成孔困难,易坍孔,地层下沉,路面裂缝下陷。 

沙质地层孔隙率高,泥浆消耗量大,泥浆漏失严重,容易形成渗流并扩大管涌,这种情况在穿越河流时最常见。 

沙质地层摩阻力大,钻进扭矩大,回拖力大,易磨损钻头钻杆。 

沙质地层沉淀吸附力强,且地下水丰富,易析稀泥浆。易造成埋钻埋管事故。 

砾粒沙粗沙在泥浆中可流动性差,在钻孔中易形成阻塞,挤压卡埋被铺管。 

沙质地层钻孔铺管对泥浆要求 

要求泥浆粘度浓度较高,能乳化沙,悬浮沙,泥浆能使沙流动,携带沙出孔口。泥浆在孔壁形成一层薄泥皮,粘附在孔壁上,防止泥浆漏失,泥浆填满孔道停留孔内,泥浆对孔壁产生压力,稳定孔壁,防止坍孔,地陷,路面裂缝下沉。要求泥浆能消除沙质地层沉淀吸附力。泥浆性能稳定,不被沙和地下水析稀,防止埋钻、卡钻、埋管事故发生。要求泥浆减少沙质地层的摩阻力,减少钻进扩孔扭矩和回拖力,润滑钻头钻杆被铺管,延长钻头钻杆寿命,铺管顺暢。 

泥浆材料 

泥浆材料种类繁多,只列出沙质地层常用的无毒的在全国各地有货的泥浆材料。 

聚炳烯酰胺,简称PAM,白色粉状,高分子材料,分子量为80-1800万,分子量越高,越容易水解,搅拌泥浆质量越好。 

羟甲基纤维素,简称CMC,白色粉状,中粘性。羟甲基纤维素钠是在羟甲基纤维素中加入大量碱。纤维素种类多,其他的纤维素用作泥浆效果稍差,有些纤维素用作洗涤或造纸。 

植物胶,树叶色粉状,是粘性植物叶烘干研磨制成,属于高分子聚合物,具有粘结性好,吸水性强,膨胀率高,溶解后产生网状粘滞。            

钻液宝,白色,浓缩液体,高分子聚合物。帮手,乳白色浓缩液体,钻液宝,帮手属于进口泥浆材料,质量好,价格高。 

工业纯碱(NaCO2)。 

澎润土粉,全国各地生产的澎润土粉都能用。钙土可用,加碱的钠土可用,非开挖专用土可用,进口土可用,当地黄泥浆,黏性粘土泥浆也可用。 

泥浆配方 

聚炳烯酰胺+羟甲基纤维素+纯碱; 

聚炳烯酰胺+羟甲基纤维素+钻液宝+纯碱; 

聚炳烯酰胺+羟甲基纤维素+帮手+纯碱; 

钻液宝+帮手+纯碱; 

聚炳烯酰胺+羟甲基纤维素+纯碱+澎润土粉; 

聚炳烯酰胺+羟甲基纤维素+钻液宝+纯碱+澎润土粉; 

钻液宝+帮手+纯碱+澎润土粉; 

植物胶+纯碱+澎润土粉; 

聚炳烯酰胺+羟甲纤维素+纯碱+黄泥浆; 

泥浆搅拌 

泥浆可搅拌成无固相泥浆和固相泥浆,无固相泥浆亦称化学泥浆,固相泥浆可分低固相泥浆,高固相泥浆。泥浆材料用量很难用一个公式来计算,是因为钻孔、扩孔铺管的不确定因素太多。要根据沙层特性来调剂搅拌泥浆,泥浆配方比例相差太大,不能按一个固定的配方比例来搅拌泥浆。 

聚炳烯酰胺必须经水解成胶水后方可搅拌泥浆,水解时间1-24小时,聚炳烯酰胺不能直接加入搅拌箱内搅拌,这样效果不好,甚至会沉淀泥浆。对于受潮结成块状的聚炳烯酰胺,用热水煮化成胶水后方可用。聚炳烯酰胺不能单独加入泥浆内,要与羟甲基纤维素或其他泥浆材料混合加入,泥浆性能才优。聚炳烯酰胺加量越多,泥浆越稠,泥浆流动性降低,泵吸困难。 

羟甲基纤维素水溶性好,搅拌泥浆时可直接从漏斗内加入搅拌箱内搅拌。羟甲基纤维素与澎润土粉搅拌泥浆就能对付粉质粘土层,沙质粉土层,含泥质细沙地层钻孔。羟甲基纤维主要功能是乳化和悬浮沙。 

植物胶必须水解浸泡成胶水后方可加入搅拌箱内搅拌泥浆,水解方法要正确,防止结块而浪费。植物胶乳化悬浮护壁能力强,用植物胶搅拌的泥浆不仅能对付沙质地层,还能对付有承压水的沙卵石地层。植物胶能与聚炳烯酰胺、羟甲基纤维素混合搅拌泥浆。植物胶价格低,是一种优质廉价的泥浆材料。 

钻液宝、帮手即可单独与澎润土粉搅拌成泥浆,就能对付沙质地层钻孔铺管,也可以混合与澎润土粉搅拌泥浆。它们同聚炳烯酰胺、羟甲基纤维素混合与澎润土粉搅拌成泥浆效果更佳,而且成本也下降。 

搅拌泥浆时必须加纯碱,泥浆PH值达到8即可以,超8至9、10也行,多加碱,泥浆会变浓些,成本也增加了。用食用碱搅拌泥浆效果稍差,不能用烧碱搅拌泥浆,烧碱会降低泥浆粘度,烧碱可用于黏性粘土地层钻孔。 

就地取材,用黄泥浆、黏土泥浆来代替澎润土是可行的,搅拌泥浆性能不会降低,而且能节省开支,降低施工成本。 

返出孔口的泥浆可以回收循环利用,但必须沉淀除沙,泥浆含沙会加速泥浆泵磨损。回收的泥浆要重作搅拌才能用。 

泥浆搅拌设备。国产和进口设备种类规格多,搅拌泥浆对机器的要求是,射流速度和压力较高,泥浆原料粉末进入搅拌箱内彻底分散,搅拌泥浆效果好。水流冲底,循环畅通无阻塞,直观触摸泥浆方便。机器运行稳定,故障率低。 

泥浆搅拌实例。以2米3搅拌机为例,加水2米3,启动搅拌机,水循环搅拌,从漏斗加入纯碱0.6Kg,澎润土粉40Kg,羟甲基纤维素0.4Kg。聚炳烯酰胺胶水80升直接加入搅拌箱内。搅拌2-3分钟即可用。也可以加入一小杯钻液宝或帮手。根据沙质地层的特性,漏斗测试粘度达到18-45S用于钻孔铺管。大口径钻孔,深长钻孔取粘度值25-65S,可作现场试验,用桶取泥浆30升,取钻孔中沙和水15升,混合搅拌,沙被乳化悬浮,放30分钟,沙不沉淀或沉淀速度慢即可。钻进扩孔时,观察沙是否随泥浆大量返出孔口,是,说明泥浆质量达到要求。否则,再适量加料。 

泥浆在沙质地层钻孔铺管应用 

施工设备:北京土行孙公司DDW-150K型,DDW-210型。 

工程实例 

钻孔铺管工程位于上海市祟明岛老滧港新建大桥处,设计穿越老滧港,2孔铺管24根φ110*8,长175米的PE光缆护管,河底埋深10米。港水面宽45米,水深5米。0-1.8米为沙质粘土,湿;软塑,1.8-16米为细沙粉细沙,饱和水,湿,可塑。用DDW-150K钻机施工,钻机给进拖回力170KN,扭矩7000N·m。工程队进场施工18天,钻导向孔175米长,深16米,分别用φ250、φ330、φ450、φ540、φ660、φ760钻头扩孔,又用φ760钻头清孔三次,一直不见回转扭矩下降,不敢铺管,停钻请求技术支持。分析原因是,泥浆粘度低,沙不能乳化悬浮,沉积在孔内,少量沙被泥浆携带出孔口,沉积在排沙槽内。建议立即采购200Kg1800万分子量聚炳烯酰胺并水解,200Kg中粘性羟甲基纤维素,按要求加入泥浆中,泥浆粘度达40S,用φ760钻头重新清孔,泥浆用量166L/min,沙被彻底乳化悬浮,沙随泥浆返出孔口。

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