目前国内市政、通信、燃气以及电力等管网施工主要是新管道铺设,多为浅地层施工,遇到的地层一般是粘土层、砂砾层或者是它们的混合层,中间也会遇到淤泥层、鹅卵石或者建筑回填等石块区。虽然随着近几年国内非开挖技术的高速发展,非开挖钻机已向大型及超大型发展,但小型非开挖钻机也是比较常用的。
非开挖施工中在非开挖施工钻孔回扩过程中,由于孔壁及周边区域的受力,极易发生孔壁的分散、垮塌、流失、变形等,即非开挖水平孔的成孔破坏,这必将影响非开挖的正常施工,甚至造成严重的经济损失以及安全事故( 如路面开裂、沉降、冒浆等)。因此,非开挖施工中正确的使用钻孔泥浆护壁就显得尤为重要。
由于非开挖工程施工的特殊性,所以需要钻孔泥浆具有以下特性。
(1) 良好的流变性,具有较强的携带钻屑能力。在非开挖工程施工中,由于施工钻孔过程中除了入孔和出孔外其余多为水平孔,因此要求钻孔泥浆最主要的作用就是将钻进过程中的钻屑携带出钻孔,防止钻孔过程中钻屑沉积,以免在回扩及拖管过程中造成卡钻以及回拖困难等孔内事故。
(2) 泥浆有较低的摩擦系数,良好的润滑性能。非开挖施工中钻孔泥浆的润滑性能也是至关重要的,润滑性能的提高可以有效地增加施工效率、缩短施工时间、降低回拖力、增加回拖距离,从而降低成本,降低风险,进而提高非开挖工程施工的安全系数。
(3) 能够很好的将孔壁护好,在孔壁形成一定厚度的保护层,稳定孔壁,减少泥浆漏失。目前,非开挖工程施工钻孔泥浆的使用有2 种,一种是在粘土地层中,只使用清水钻进,通过粘土自造泥浆; 另一种是在沙土、砂层等地层中使用水基泥浆,主要是在清水中加入3% ~ 6% 的钠基膨润土。自造浆虽然在经济上来说比较节约,但对于非开挖施工的特殊性来说显然不合理,清水钻进时泥浆性能的不确定性比较大,孔壁周围的粘土很容易混入泥浆,增加了孔壁的不稳定性,而且粘度不一,也容易引起粘附卡钻。
因此,在非开挖工程施工中,一定要根据地层的不同选用一种适合的有良好流变性能的泥浆体系。一般来说,在粘土、粉土地层施工时,泥浆马氏漏斗粘度应控制在60 ~ 65 s,在沙土、砂层施工时,由于砂砾颗粒较大、密度较重,因此泥浆粘度应适当加大一些,提高悬浮性能。而且,在具体施工过程中泥浆也应当根据具体情况进行适当调整,比如说在扩孔和回拖的时候泥浆粘度就应比导向时适当提高。
目前非开挖工程施工中主要使用的钻孔泥浆材料有以下几种。
(1) 钠基膨润土。钠基膨润土可以直接采用石油系统和地矿系统钻井用的膨润土,由于不同厂家的钠基膨润土的结构、成分和加工工艺不同,造浆率和泥浆性能也有差异,因此在使用之前要根据具体的地层进行必要的实验。
(2) 钠羧甲基纤维素( Na - CMC) 。钠羧甲基纤维素是一种常用的泥浆有机处理剂,分为高粘、中粘、低粘和速溶4 种。在泥浆中主要起到增加粘度和降低失水的作用。非开挖工程施工中主要使用中粘类型的CMC,添加量一般小于0. 2%,可根据地层以及水质进行具体调配。
(3) 羟乙基纤维素( HEC) 。HEC 在钻孔泥浆中主要起增加粘度的作用,同时也能起保护孔壁的作用。羟乙基纤维素残留在钻孔内易被酸、酶或者其他的氧化剂降解为碳氢化合物,没有明显的毒性,较为环保。(资料来源:企鹅号-中科非开挖)