頂管施工中的泥漿手藝

頂管施工中的泥漿技術(shù)對(duì)于管外壁摩阻力，在很大程度上可以通過(guò)各種手段來(lái)施加影響。首先要注意管子表面的光潔平滑，以保持很低的摩擦系數(shù)。此外極為重要的是，管子要盡可能避免圓度誤差，并保持直徑的一致。在這方面，如果管子是用許多管模制造的，問(wèn)題可能就出現(xiàn)在制管廠中，因?yàn)楣苣１緛?lái)就有尺寸公差，而且磨損程度也不相同。此外，如果管子澆注之后脫模過(guò)早，或者由于蒸養(yǎng)而發(fā)生收縮，也會(huì)引起這類的偏差。管子尺寸的不準(zhǔn)確在推頂時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生夾緊力，這種力有時(shí)可能達(dá)到很高的數(shù)值。

若使刃腳比它相應(yīng)于管子外徑應(yīng)有的尺寸稍大一點(diǎn)，就有可能降低管外壁摩阻力。這樣能使上層不直接壓在管體上。只要土層足夠堅(jiān)硬，這種方法就會(huì)取到預(yù)期的效果。而如果向管子和土層之間形成的空隙內(nèi)壓人支承介質(zhì)，這種方法的效力更可以大大提高，并能維持一定的時(shí)間，從而足以頂進(jìn)一段相當(dāng)長(zhǎng)的管路，再則，支承介質(zhì)在起支承作用的同時(shí)，也可以作為潤(rùn)滑劑起到減少摩阻力的作用。

對(duì)支承一潤(rùn)滑介質(zhì)的要求

對(duì)支承一潤(rùn)滑介質(zhì)的要求，可以根據(jù)摩擦定律推算出來(lái)。

摩擦定律概要

除了不在這里討論的滾動(dòng)摩擦之外，可將摩擦區(qū)分為：

a）粘附摩擦（與靜摩擦相同）；

b）滑動(dòng)摩擦。

在粘附摩擦和滑動(dòng)摩擦的情況下都存在如下的關(guān)系：

Ｔ＝N·μ

式中

N——法向力；

T——切向力；

μ——摩擦系數(shù)；

摩擦系數(shù)μ是一個(gè)材料常數(shù)，與滑動(dòng)面和滑動(dòng)物體的表面性質(zhì)有關(guān)，而卻不以接觸面積F的大小為轉(zhuǎn)移。

無(wú)量鋼系數(shù)μ在粘附摩擦的情況下，一般大于滑動(dòng)摩擦?xí)r的數(shù)值，因?yàn)樵谡掣侥Σ恋那闆r下，表面會(huì)由于經(jīng)常存在的不平度而被“楔緊”。

滑動(dòng)摩擦又可分為：

b1

）干摩擦；

b2

）液體摩擦。

在干摩擦?xí)r，滑動(dòng)體和滑動(dòng)面直接接觸，在液體摩擦的情況下，滑動(dòng)體和滑動(dòng)面則被潤(rùn)滑介質(zhì)隔開在滑動(dòng)摩擦的情況下。滑動(dòng)體和滑動(dòng)面之間存在相對(duì)速度。

在干滑動(dòng)摩擦的情況下，摩擦系數(shù)μ與相對(duì)速度υ無(wú)關(guān)。

在液體滑動(dòng)摩擦的情況下，視在摩擦系數(shù)μ則相隨滑動(dòng)體和滑動(dòng)面之間液體的流動(dòng)阻力而變化。流動(dòng)阻力則取決于液體的運(yùn)動(dòng)粘滯度和流動(dòng)速度。根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)可知，流動(dòng)阻力與流動(dòng)速度的平方成正比。

在兩個(gè)互相接觸的物體之間，起作用的是一個(gè)比壓：

P=N/F

在液體摩擦的情況下，作用在潤(rùn)滑液體上的是一個(gè)流動(dòng)壓力：

p’=f（υ2）

若p=

p’，物體和潤(rùn)滑介質(zhì)便處于平衡狀態(tài)。這時(shí)運(yùn)動(dòng)的物體就“漂浮”在滑動(dòng)面上。

如p＞p’，潤(rùn)滑介質(zhì)便會(huì)從運(yùn)動(dòng)物體和滑動(dòng)面之間的縫隙中逐漸被擠壓出去，直到液體摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)楦苫瑒?dòng)摩擦為止。液體摩擦的前提在于，無(wú)論物體和滑動(dòng)面都必須是不透水的。如果潤(rùn)滑介質(zhì)能夠滲人物體或滑動(dòng)面，而又不以同樣的數(shù)量給予補(bǔ)充，那么液體摩擦就會(huì)變成干摩擦。

從摩擦定律得出的結(jié)論。

按照摩擦定律來(lái)考慮，對(duì)于頂管施工可以得出完全明確的結(jié)論如下：

a）為了保持較小的推頂力，干摩擦須以盡可能小的摩擦系數(shù)μ為前提。管子表面的光滑，能使摩擦系數(shù)降低。管子表面的機(jī)械加工和涂抹減摩劑，同樣都能起到減小μ值的作用。

b）在干摩擦的情況下，管子表面在推頂過(guò)程中會(huì)被周圍上層磨毛，因而使摩擦系數(shù)增大。所以在項(xiàng)管距離較大時(shí)，一般多采取液體摩擦的方式。

c）液體摩擦須以管子和土層之間存在潤(rùn)滑介質(zhì)為前提，也就是說(shuō)，須將潤(rùn)滑介質(zhì)壓人其間。

d）潤(rùn)滑介質(zhì)必須保持一定的厚度方能有效。

e）管子和土層間必須存在一定的空隙，也就是說(shuō)，要留出一定的空隙，以便在壓人潤(rùn)滑介質(zhì)后能夠形成所需厚度的一個(gè)液體層。

f）管子和土層之間充滿潤(rùn)滑介質(zhì)的空隙，在整個(gè)推頂過(guò)程中必須保持不變。要作到這一點(diǎn)，潤(rùn)滑介質(zhì)必須能夠阻止土層落到管壁上，亦即潤(rùn)滑介質(zhì)必須承受著各種具體條件下起作用的上壓力來(lái)托住土層。因此，在潤(rùn)滑介質(zhì)中必須經(jīng)常保持相當(dāng)于土應(yīng)力的液壓。這樣，潤(rùn)滑介質(zhì)同時(shí)也起著支承介質(zhì)的作用。交承壓力的反作用力則由頂進(jìn)管來(lái)承受。

g）為了形成管子和土層之間所需的空隙，刃腳直徑的取值最好稍大于頂進(jìn)管直徑。

h）對(duì)粘性很小的土壤來(lái)說(shuō)，推頂時(shí)在刃腳周圍產(chǎn)生的松散地帶便能形成管子和土層之間所需的空隙，因而不需要刃腳直徑大于管徑。

i）上層和管子之間既已形成空隙，就必須在土層落到管體一上以及土壓力上升達(dá)到全值之前將支承-潤(rùn)滑介質(zhì)充入其中。事后再來(lái)克服土壓力將土層從管壁上推開是不可能的。一旦周圍土壤的某些顆粒接觸管壁并被土層壓附在管壁上，立即便會(huì)發(fā)生于摩擦，即使隨后壓人潤(rùn)滑介質(zhì)，情況仍然如此。

k）可以把頂進(jìn)管看作是不透水的。管子接頭在整個(gè)推頂過(guò)程中應(yīng)保持密閉。

l）土層總是多少有些透水的。因此，支承一潤(rùn)滑介質(zhì)必須起到的另一作用，即在于封閉管子周圍土層的空隙，以便在土層中造成一個(gè)不透水的環(huán)形地帶，從而阻止支承-潤(rùn)滑介質(zhì)滲入土層。

m）為了能夠封閉土層的空隙而又不致流失到土層中去，支承-潤(rùn)滑介質(zhì)必須具有足夠高的運(yùn)動(dòng)粘滯度。

n）為了取得盡可能小的視在摩擦系數(shù)μ，又需要支承-潤(rùn)滑介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘滯度較低一些。

o）支承-潤(rùn)滑介質(zhì)不得對(duì)頂進(jìn)管材料（鋼、鋼筋混凝土、石棉水泥或塑料混凝土）和接頭材料（鋼和橡膠）造成侵蝕。

P）支承-潤(rùn)滑介質(zhì)不得污染地下水。

膨潤(rùn)土礦物懸浮液能夠最充分地滿足對(duì)支承-潤(rùn)滑介質(zhì)提出的一切要求。

作為支撐-潤(rùn)滑介質(zhì)的膨潤(rùn)土

1890年，美國(guó)的福特·本頓首先發(fā)現(xiàn)了膨潤(rùn)上。它的主要成分和對(duì)于它作為支承一潤(rùn)滑介質(zhì)的性能起著決定作用的，乃是其中叫作蒙脫土的一種粘土礦物，這種礦物以其位于法國(guó)南方的蒙脫英里翁礦床而得名。在德意志聯(lián)邦共和國(guó)的巴伐利亞，則有著大約一千萬(wàn)年前作為風(fēng)化產(chǎn)物形成的一些酸性火山質(zhì)玻璃凝灰?guī)r礦可供這方面的應(yīng)用。

蒙脫土是一種層狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶氫化硅酸鋁。硅酸鹽多層體是一種三層結(jié)構(gòu)，其中包括一層SｉO4四面體、一層氫氧化鋁八面體和一層SｉO4四面體。蒙脫土晶體即由許多這樣的硅酸鹽疊層組成。蒙脫土晶體遇水膨脹，與此同時(shí)水分子便滲入各個(gè)疊層之間。于是兩個(gè)蒙脫土疊層之間的距離就加大了一倍。晶體內(nèi)部膨脹現(xiàn)象的原因，則在于疊層內(nèi)部電荷分布的不均勻。

我們可以設(shè)想，在靜止下來(lái)的膨潤(rùn)上懸浮液中，薄片狀的蒙脫上微粒形成一種紙牌房子式的結(jié)構(gòu)，其中這些微粒以它們的角隅和棱緣彼此接觸或互相支撐。一旦靜止?fàn)顟B(tài)被擾亂，例如由于攪拌、振動(dòng)或泵送等等，于是大多數(shù)的“紙牌房子”坍塌下來(lái)，因而在靜止?fàn)顟B(tài)下凝結(jié)起來(lái)的懸浮液就會(huì)變成溶膠。當(dāng)這種溶膠再次靜止下來(lái)，薄片狀的蒙脫上微粒又會(huì)彼此搭在一起形成紙牌房子式的結(jié)構(gòu)，于是溶膠重新凝固。懸浮液每當(dāng)靜止便結(jié)成凝膠，一旦運(yùn)動(dòng)起來(lái)又變成溶膠，這種從靜止?fàn)顟B(tài)到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又回到靜止?fàn)顟B(tài)的結(jié)構(gòu)交替，可以永無(wú)止境地重復(fù)下去，這樣的特性便叫作觸變性。

作為頂管施工中的支撐-潤(rùn)滑介質(zhì)，膨潤(rùn)土的重要特點(diǎn)即在于它的膨脹性能。這一點(diǎn)須取決于薄片狀蒙脫俄土微粒的大小和數(shù)量。

膨潤(rùn)土主要有兩類，即鈣膨潤(rùn)土和鈉膨潤(rùn)土上。

它們的區(qū)別在于起決定作用的蒙脫土是鈣蒙脫上還是鈉蒙脫土。

在膨潤(rùn)土含量相同情況下，鈉膨潤(rùn)土懸浮液中所含極薄的硅酸鹽疊層片的數(shù)量，約為鈣膨潤(rùn)上懸浮液中所含數(shù)量的15到20倍。由于這種極薄的硅酸鹽疊層片的數(shù)量大得多，便有利于蒙脫土微粒形成紙牌房子式的結(jié)構(gòu)，因而亦有利于提高懸浮液的膨脹性能，這樣既可改善懸浮液在溶膠狀態(tài)下的流動(dòng)性，也能改善懸浮液在凝膠狀態(tài)下的固結(jié)性。所以鈉膨潤(rùn)土比鈣膨潤(rùn)土更適用于頂管施工。

而巴伐利亞礦層卻只含有膨脹性能較差的鈣膨潤(rùn)土。

但鈣蒙脫土有一個(gè)特性，亦即其中化合的鈣離子可以用鈉離子來(lái)置換。通過(guò)這樣的離子交換，鈣膨潤(rùn)土的性能會(huì)有很大的變化，從而被賦予鈉膨潤(rùn)上的優(yōu)良特性。

由于銷膨潤(rùn)土和通過(guò)鈉離子置換而活化的鈣膨潤(rùn)土——也叫作活性膨潤(rùn)土——能夠最大程度地滿足頂管施工中提出的要求，因而下面的討論便以這兩種膨潤(rùn)土為基礎(chǔ)。

化學(xué)分析表明，膨潤(rùn)土中大約有56

％的二氧化硅和20％的氧化鋁，二者共同構(gòu)成了蒙脫土上晶體的基本物質(zhì)。與此相對(duì)應(yīng)，礦物組成中也有75％的蒙脫土。篩分析也很值得注意，根據(jù)篩分析，膨潤(rùn)土中粒徑小于0.025毫米的占55％。

膨潤(rùn)土加水?dāng)嚢杓闯蓱腋∫?，這里對(duì)水質(zhì)的要求和拌制混凝土?xí)r一樣。判斷膨潤(rùn)土懸浮液是否適于用作支承一潤(rùn)滑介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)在于它的物理特性。而對(duì)后者起決定作用的，主要是懸浮液中的膨潤(rùn)土含量。表2中按照每立方米制成懸浮液中含有30、40、60和80公斤膨潤(rùn)上的四種情況，分別列出了各種懸浮液的主要參數(shù)。

首先從容重的數(shù)據(jù)中可以看出，膨潤(rùn)土含量對(duì)容重的影響不大。在我們所考察的試樣上，容重大致變化于1020到1050公斤/米3之間，因此只是稍高于純水的容重。所以膨潤(rùn)土懸浮液也可以在水下頂管施工中用作支承潤(rùn)滑介質(zhì)，無(wú)需顧慮懸浮液因容重不同而流失，故而對(duì)膨潤(rùn)土懸浮液來(lái)說(shuō)，容重并不是一個(gè)重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

反之，流變極限測(cè)量結(jié)果都表明，無(wú)論在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或是靜置狀態(tài)下，懸浮液中的膨潤(rùn)土含量都對(duì)流變極限有很大的影響。正如事先的考慮所預(yù)見到的，流限在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下達(dá)到了下限值。觀察表2可以看出，膨潤(rùn)上含量從每立方米30公斤增加到60公斤時(shí)，亦即在膨潤(rùn)上含量增大一倍的情況下，運(yùn)動(dòng)流限從22.4克（力）／厘米2上升到204克（力）／厘米2，因此也就是提高到大約9倍，當(dāng)膨潤(rùn)土含量從40公斤／米3

增加到80公斤／米3

時(shí)，同樣也是在增大一倍的情況下，可以看到大致相同的比率。這時(shí)運(yùn)動(dòng)流限從44.6克（力）／厘米2上升到439克（力)/厘米2，亦即增大到10倍左右。

靜置一分鐘后的比率也類似于流動(dòng)狀態(tài)下的情況。在這種條件下，當(dāng)膨潤(rùn)土含量從30公斤／米3

增加到60公斤／米3

時(shí)，流限從42.8克（力）／厘米2提高到320克（力）／厘米2，即增大到7.5倍。當(dāng)膨潤(rùn)土含量從40公斤／米3增加到80公斤／米3時(shí)，流限則以100：696—1：7的比例提高。

最后，在靜置24小時(shí)的情況下，當(dāng)膨潤(rùn)上含量從30公斤／米3增加到6０公斤／米3時(shí)，流限比率為198：1265一1：6，80公斤／米3含量的相應(yīng)數(shù)值則限于現(xiàn)有的測(cè)量技術(shù)條件而無(wú)法測(cè)出。

因此得出的結(jié)論是，膨潤(rùn)土含量增加一倍，可使膨潤(rùn)上懸浮液的支承作用提高到7至10倍。但是這也意味著，若膨潤(rùn)土含量減少１／2，支承作用就可能降低到

1／10。所以，確定懸浮液中的膨潤(rùn)上含量，便有著如此重大的意義。

得到的另一個(gè)結(jié)論是，在從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過(guò)渡到靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，流限的增大須取決于懸浮液中的膨潤(rùn)土含量。

在每立方米懸浮液中含30公斤膨潤(rùn)土的情況下。靜置1分鐘后的流限以42.8：22.4=1.9：1的比率增大。在膨潤(rùn)土含量為40公斤／米3的情況下，靜置1分鐘后的增大比率已達(dá)100：44.6=2.2：1。然而在膨潤(rùn)土含量為60公斤／米3情況下，這一比值卻降低到320：204＝1．6：1，以及在膨潤(rùn)土含量為80公斤／米3的情況下，比率仍為696：439=1.6：1。

靜置24小時(shí)后的流限與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的比率，在懸浮液中的膨潤(rùn)上含量為30公斤／米3時(shí)是22.4：198=1：8.8，在40公斤／米3的情況下是44.6：584=1：13.3，在60公斤／米3的情況下是204:1265=1:6.2，而對(duì)于80公斤／米3的含量，則已無(wú)法取得測(cè)量值。

在將膨潤(rùn)上懸浮液用作支承-潤(rùn)滑介質(zhì)的情況下，靜止?fàn)顟B(tài)的流限值與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的流限同樣具有重要意義：

靜止?fàn)顟B(tài)下的流限值決定著懸浮液是否適于用作支承介質(zhì)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的流限值則決定著懸浮液是否適于用作潤(rùn)滑介質(zhì)。

當(dāng)運(yùn)動(dòng)流限與靜止流限之比為1：6到1：10（最大1：15）時(shí)。膨潤(rùn)上懸浮液便完全能滿足這兩個(gè)方面的要求。

流限值適用于膨脹過(guò)程業(yè)已最后完結(jié)的懸浮液。這種膨脹過(guò)程的性質(zhì)，在于水已滲入了構(gòu)成蒙脫土晶體的硅酸鹽疊片的晶層中。致使層間距離增大起來(lái)。水對(duì)微小蒙脫土晶體的滲透過(guò)程以及水滲入更小得多的晶層之中都需要時(shí)間。這就是膨脹時(shí)間，攪拌越充分．膨脹時(shí)間就越短，否則在水和膨潤(rùn)土的混合料未獲充分?jǐn)嚢璧那闆r下，膨脹時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)許多倍。攪拌取得良好效果的前提，是要有足夠長(zhǎng)的攪拌時(shí)間，至少要有半個(gè)小時(shí)，有時(shí)甚至可能需要若干小時(shí)。另一個(gè)前提是要求膨潤(rùn)土不留余渣地充分溶解在水中，盡可能使每一個(gè)膨潤(rùn)土顆粒都被水包圍著。最后，在攪拌時(shí)不要讓空氣進(jìn)入水和膨潤(rùn)土的混合料中，因?yàn)榭諝鈺?huì)妨礙水滲入蒙脫土晶體。再則，膨脹時(shí)間也會(huì)受到混合料溫度的影響。高溫（夏季溫度）可使膨脹時(shí)間縮短，低溫（冬季溫度）則使膨脹時(shí)間延長(zhǎng)。當(dāng)溫度低于零度時(shí)，膨脹過(guò)程即告中止，但混合料并不會(huì)遭到破壞。解凍后膨脹過(guò)程又會(huì)重新繼續(xù)下去，在這種情況下，須將凍結(jié)的時(shí)間計(jì)入膨脹時(shí)間之內(nèi)。

在攪拌效果良好的情況下，攪拌過(guò)程結(jié)束后即已能夠達(dá)到80％左右的最終流限，而在攪拌效果不良的情況下，這一比值則降低到大約35％。由此可見，在攪拌效果良好和高溫條件下，經(jīng)過(guò)5個(gè)小時(shí)的膨脹時(shí)間后即已達(dá)到最終流限。反之，在攪拌效果不良和低溫條件下，則需要24小時(shí)方能達(dá)到最終流限。

對(duì)于膨脹過(guò)程是否已經(jīng)結(jié)束，需要仔細(xì)地進(jìn)行觀察，因?yàn)榕蛎洸怀浞值膽腋∫阂环矫嫫鸩坏街С凶饔?，另方面也?huì)由于隨后的膨脹而引起膨潤(rùn)土管路的堵塞，并且引起頂進(jìn)管與周圍土層之間表觀摩擦系數(shù)的上升，從而可能導(dǎo)致提高頂進(jìn)阻力。

對(duì)充分膨脹的膨潤(rùn)上懸浮液來(lái)說(shuō)，流限在靜止?fàn)顟B(tài)下可達(dá)到上限值。如懸浮液變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如由于搖動(dòng)、振動(dòng)或泵送等等，立刻又出現(xiàn)流限的下限值，這便是流動(dòng)狀態(tài)下的流限，或者也可以說(shuō)是運(yùn)動(dòng)流限。一且再次靜止下來(lái)，流限又會(huì)升高，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后再次達(dá)到其上限值。

懸浮液經(jīng)每次靜止之后都可以達(dá)到流限的上限值。然而在達(dá)到最終流限之前，如果懸浮液又變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么流限的升高過(guò)程便也可能中斷。

蒙脫土微粒在紙牌房子式結(jié)構(gòu)上的變化，用我們的肉眼是看不見的，但卻可以通過(guò)流限的變化測(cè)量出來(lái)，因此一種懸浮液的觸變性也是可以為我們的感官所覺察的，而這種觸變性作為懸浮波物相任意多次的轉(zhuǎn)變，我們可以將它表示為

凝膠→←溶膠

膨潤(rùn)土懸浮液在疏松土層中的應(yīng)用

在無(wú)粘性的疏松土層中以及在粘性很小的土壤中，例如在砂礫土中，若不采取其它輔助措施，土層由于本身極不穩(wěn)定，以致在刃腳推進(jìn)之后立刻就會(huì)坍落在管壁上。所以對(duì)這類土壤來(lái)說(shuō)，膨潤(rùn)土懸浮液的支承作用尤其具有重要意義。為了起到這種支承作用，先決條件是要盡可能準(zhǔn)確地掌握膨潤(rùn)土懸浮液在砂礫上中的特性。膨潤(rùn)上懸浮液將滲入土層的孔隙內(nèi)，充滿孔隙，并繼續(xù)在其中流動(dòng)。流速取決于孔隙的橫斷面與懸浮液的流變特性，同時(shí)也取決于壓漿壓力。因此為了在同樣的壓漿壓力下達(dá)到相同的滲入深度，在孔隙橫斷面很小的細(xì)粒土層中便需要低流限的懸浮液，面孔隙橫斷面較大的粒粒土層則需要高流限的懸浮液。在克服流動(dòng)阻力的過(guò)程中，壓漿壓力隨著滲人深度的增加而成比例地衰減，所以相應(yīng)每一種壓漿壓力，都有一個(gè)完全確定的滲人深度。

為了便于了解滲入過(guò)程，可以把上層看作是一條條許多毛細(xì)管的總和。圖7顯示了一條圓形橫斷面的毛細(xì)管中的流動(dòng)過(guò)程。

這樣的一條毛細(xì)管必然會(huì)對(duì)其中穿流的流動(dòng)介質(zhì)、在這里即是對(duì)膨潤(rùn)上懸浮液產(chǎn)生一個(gè)阻力W。

W=τ·U·l=τ·2·r·π·l

為了克服這一阻力便需要一個(gè)壓力：

P＝p·F

＝p·r2·π

只要

P＞W(wǎng)，毛細(xì)管中的介質(zhì)便向前流動(dòng)。一當(dāng)流動(dòng)阻力大到與作用于介質(zhì)的壓力P相等，即。

W=P

流動(dòng)過(guò)程即停止。由此可知平衡條件為

τ·2·r·π·l=P·r2·π

或

(τ·2·l)/r=p

根據(jù)這一關(guān)系式可以算出流動(dòng)長(zhǎng)度，換言之亦即滲入深度l=(r·p)/(2·τ)

由此可見，滲入深度與毛細(xì)管的直徑和壓漿壓力成正比，與懸浮液的流限成反比。只要懸浮液在毛細(xì)管中流動(dòng)，它便處于流動(dòng)狀態(tài)，因而對(duì)懸浮液起作用的便是運(yùn)動(dòng)流限。這時(shí)懸浮液便具有溶膠的稠度。

但一當(dāng)懸浮液達(dá)到可能的滲入深度之后靜止下來(lái)，只須經(jīng)過(guò)一個(gè)很短的時(shí)間，它的流限便達(dá)到靜止數(shù)值。于是懸浮液就變成了凝膠。

由于靜止?fàn)顟B(tài)下的流限高達(dá)流動(dòng)狀態(tài)下的10倍，因而在這種情況下膨潤(rùn)土懸浮液便象泥漿那樣地充滿著土層的孔隙。

這樣在管體四周的土層中就形成了一層密實(shí)而有承載能力的環(huán)套，其厚度即相當(dāng)于懸浮液的滲入深度

現(xiàn)在，如果在這一環(huán)套和頂進(jìn)管之間保持一個(gè)相當(dāng)于土壓力的懸浮液壓力，于是懸浮液使承受著全部的土壓力，致使土壓力不再直接地，而是經(jīng)由懸浮液間接地加荷于管壁。

作為使摩阻力降低到最小限度的先決條件，最佳支承作用的取得須具備下列前提：

1．在設(shè)計(jì)時(shí)以及在推頂過(guò)程中準(zhǔn)確地查明土層情況，并根據(jù)篩分曲線詳盡地掌握土層的顆粒分布；

2．計(jì)算出土壓力，從而確定膨潤(rùn)上懸浮液的壓人壓力；

3．按基本粒徑確定膨潤(rùn)土懸浮液的混合比，并經(jīng)常進(jìn)行檢驗(yàn)，

4．正確地制備膨潤(rùn)土懸浮液;

5．保證在全部頂進(jìn)管路上和全部頂進(jìn)時(shí)間內(nèi)都有膨潤(rùn)上懸浮液壓入。

其中最重要的一點(diǎn)，是必須求得正確的混合比。

此外必須注意，懸浮液穩(wěn)定極限大約是每立方米懸浮液至少含40公斤膨潤(rùn)上。這一理論計(jì)算結(jié)果在實(shí)際施工中須仔細(xì)加以核驗(yàn)。必須特別指出的是，膨潤(rùn)土含量過(guò)低、因而也就是流限過(guò)低的懸浮液起不到支承和潤(rùn)滑作用，因?yàn)檫@樣的懸浮液會(huì)毫無(wú)阻力地或只受到很小阻力地流散到土層中去，因而不可能在管體周圍形成一個(gè)支承環(huán)帶。

在基本粒徑為10毫米的情況下，要求懸浮液的膨潤(rùn)土含量為60公斤／米3左右，在基本粒徑為20毫米的情況下，要求懸浮液的膨潤(rùn)上含量為80公斤／米3左右，反之，在基本粒徑為2毫米時(shí)。懸浮液的膨潤(rùn)上含量為40公斤／米3即已足夠．但滑動(dòng)阻力與運(yùn)動(dòng)流限成正比。

運(yùn)動(dòng)流限在每立方米懸浮液中含：

40公斤膨潤(rùn)上時(shí)為44.6克（力）／厘米2

60公斤膨潤(rùn)土?xí)r為

204克（力）／厘米2

80公斤膨潤(rùn)土?xí)r為439克（力）／厘米2

這就是說(shuō)，在每立方米懸浮液中含膨潤(rùn)土60公斤時(shí)，運(yùn)動(dòng)流限幾乎為40公斤／米3情況下的

5倍，而在每立方米懸浮液中含膨潤(rùn)土80公斤時(shí)，則已經(jīng)高達(dá)含量為40公斤／米3時(shí)的10倍。

這就意味著，如果懸浮液中的膨潤(rùn)上含量在全部推頂距離上保持不變，那么對(duì)粗粒土壤來(lái)說(shuō)，由于需要懸浮液的膨潤(rùn)土含量較高以保證支素作用，故而推頂阻力以及因之所需的推頂力就會(huì)比細(xì)粒土壤的情況下更大一些。

但孔隙～旦被膨潤(rùn)上懸浮液充滿，并因而形成支撐環(huán)帶時(shí)，于是粗粗土壤的狀況也就無(wú)異于細(xì)粒土壤了。因而在這種情況下，為了在推頂過(guò)程中支承土層，懸浮液中的膨潤(rùn)土只需要達(dá)到穩(wěn)定極限所要求的最小含量40公斤／米3

即可。

因此,在粗粒土壤的情況下，只是直接在刃腳之后壓入相應(yīng)于基本粒徑的高含量膨潤(rùn)上懸浮液，而在全部后續(xù)管路上則可使用稠度低得多的懸浮液。這樣便可以大大降低推頂阻力，或者也可以說(shuō)是在相同的推頂力下加長(zhǎng)推頂距離。同時(shí)還可以借此節(jié)省膨潤(rùn)土，并減少中繼頂壓站的數(shù)目。

為此采用兩套膨潤(rùn)土配拌設(shè)備附帶兩臺(tái)壓漿泵和兩套管路所需的額外費(fèi)用，在管徑較大和推頂距離較長(zhǎng)的情況下一般是值得的！

壓漿時(shí)須注意，壓出的膨潤(rùn)上懸浮液要盡可能均勻地分布在整個(gè)管體外圍，以便能夠圍繞整個(gè)管體形成所需的環(huán)帶。因此，壓漿賴以進(jìn)行的注射噴口要均勻地配置在整個(gè)管壁圓周上。注射噴口的間距或數(shù)量須取決于土壤允許膨潤(rùn)上向四外擴(kuò)散的程度。在滲透性很小的土壤中，例如密實(shí)的礦土和砂礫上，間距就必須縮小一些，在疏松的礫石土中，間距則可以相應(yīng)地加大。注射噴管即可以在整個(gè)管壁圓周上與一條環(huán)管連接，也可以分組連接，在分組連接時(shí)，一般是上半固聯(lián)成一組，下半圈另成一組。

為使膨潤(rùn)土盡快地起作用，應(yīng)盡量靠近刃腳尾部進(jìn)行壓漿。所以壓漿最好是直接從刃腳后的第一節(jié)管子中開始。但實(shí)踐證明，在壓漿壓力較高的情況下，膨潤(rùn)土將均勻地沿著管子周圍擴(kuò)散，也就是說(shuō)，即向后擴(kuò)散，也向前擴(kuò)散。因此便存在著膨潤(rùn)上懸浮液沿刃腳向前流動(dòng)、并且又在切削刃上流出來(lái)的危險(xiǎn)。

在糾偏量頗大的情況下，有可能造成刃腳和第一節(jié)管子之間的密封損壞，或者在刃腳分成兩個(gè)部分情況下，則是造成切削段和頂壓段之間的密封損壞，于是膨潤(rùn)上懸浮液就會(huì)從這些地方滲人工作空間。

根據(jù)這一理由，膨潤(rùn)上在刃腳后第二節(jié)管子中開始?jí)喝氡容^適宜。

膨潤(rùn)土懸浮液經(jīng)由注射噴口壓人的壓力應(yīng)相隨所遇土層的壓力而變化。在膨潤(rùn)土泵上，除了這一壓力之外，還會(huì)受到一直通向注射噴口的膨潤(rùn)上管道的阻力。

膨潤(rùn)上管道中的壓力損失，由于假設(shè)條件并不可靠而且經(jīng)常變化，故而計(jì)算很難準(zhǔn)確，因此，對(duì)于必須準(zhǔn)確地與上壓力高度保持一致的壓漿壓力，便有必要直接在注射噴口上進(jìn)行連續(xù)的測(cè)量。

壓漿壓力調(diào)得過(guò)高可能是有害的。這時(shí)膨潤(rùn)上懸浮液會(huì)從注射噴口中涌出，在管口周圍形成一個(gè)高度壓縮區(qū)。這樣就有可能形成栓塞，阻礙膨潤(rùn)上懸浮液的繼續(xù)流出和擴(kuò)散。

如果一次注入的膨潤(rùn)上能在管子周圍的土層中保持不變，那么只要直接在刃腳之后注入一次就足夠了。然而十分明顯，在推頂過(guò)程中，膨潤(rùn)土由于流散到土層中去而有所消耗。鑒于此，對(duì)后續(xù)管路也必須補(bǔ)充壓人膨潤(rùn)上，以使管子和上層之間空隙中的膨潤(rùn)上懸浮液壓力能夠在頂進(jìn)管路的全部長(zhǎng)度上保持與土壓力一致。注漿孔的間距主要取決于土層的性質(zhì)、膨潤(rùn)土懸浮液的流變特性、刃腳的控上量和推頂速度。在許多已完成的工程中，注射噴口的間距是2節(jié)管子到5節(jié)管子以上。注漿孔的實(shí)際需要數(shù)量，只有在施工中才能知道。為了確保即使在最不利的場(chǎng)合下亦能提供所需數(shù)量的注漿孔，似乎最好是盡可能每隔2節(jié)管子即留出一些壓漿孔。另方面當(dāng)然也要考慮到，所有注漿孔在頂管結(jié)束后必須拆除和封閉。這需相當(dāng)大的一筆費(fèi)用，所以一開始即應(yīng)力求間距適當(dāng)。這一點(diǎn)在很大程度上也取決于施工公司的經(jīng)驗(yàn)。

膨潤(rùn)上的壓人技術(shù)在很大程度上仍然要依靠經(jīng)驗(yàn)，然而實(shí)際經(jīng)驗(yàn)多半也是可以找到理論根據(jù)的。

盡管就某種場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，隨著管子的推進(jìn)同時(shí)在管子整個(gè)圓周上和管路全部長(zhǎng)度上均勻地壓漿證明是相宜的，而在另一些場(chǎng)合下，正確的方法則又可能是分段壓漿。例如現(xiàn)已得知，在管子下半部，膨潤(rùn)土在頂進(jìn)過(guò)程中比靜止?fàn)顟B(tài)下更容易流出，而上半部的壓漿則是在管