奈普顿化学泥浆在哈佳客运专线中的应用

1、奈普顿化学泥浆在哈佳客运专线旋挖钻机施工中的应用目录1.前言 . 32.适用范围 . 33.工艺原理 . 34.材料特点 . 35.奈普顿化学泥浆施工工艺流程及操作要点. 56. 施工中所需辅助材料与设备. 77. 质量控制 . 78.安全文明措施 . 89.环保措施 . 810.经济比选 . 811.应用实例 . 9新建哈尔滨至牡丹江铁路客运专线站前工程项目概况建设地点：黑龙江省投资金额： 330 亿元计划开竣工时间： 2015 年2019年新建哈尔滨至牡丹江铁路客运专线地处黑龙江省东南部，线路为东西走向。线路起自改建太平桥站外起，并行哈佳铁路上跨阿什河、绕城高速，从天恒山北侧烟窝铺村折向南

2、上跨哈同公路、哈同高速后在哈尔滨新区华南城设站，之后线路向南行进跨越宾西铁路、 旅游路后折向东南从玉泉采石场北侧通过，沿高速公路通道经帽儿山西、乌吉密至尚志后折向东南上跨滨绥铁路、蚂蚁河，沿哈牡高速公路南侧经一面坡、苇河、亚布力、横道河子、海林北，并行牡丹江西海林街引入改建牡丹江站。 沿线经过哈尔滨、 尚志、海林、牡丹江四个县级以上行政区。工程规模：本次招标线路长度292.995 正线公里。其中：路基工程总长121.253 正线公里， 占线路全长的 41.38%；桥梁共 109座，长度 103.237 正线公里，占线路全长的35.24%；隧道共 39 座，长度 68.505 正线公里，占线路全

3、长的 23.38%。全线设新香坊北、阿城北、帽儿山西、尚志南、一面坡北、苇河西、亚布力西、横道河子东、海林北、牡丹江10 座车站，预留牡丹江西站。工程地点：黑龙江省哈尔滨市、尚志市、海林市、牡丹江市。主要技术标准：铁路等级：客运专线；正线数目：双线；设计速度： 250km/h；线间距： 4.6m；最小曲线半径：一般地段4000m ，困难地段 3500m ；限制坡度： 20；到发线有效长度： 650m ；牵引种类：电力；机车类型：动车组；建筑限界：按高速铁路设计规范（试行）规定执行；列车运行控制方式：自动控制，列控系统采用CTCS-2 ，预留 CTCS-3接口条件；行车指挥方式：调度集中。计划工

4、期：本工程施工总工期54 个月，先行开工段已于 2014 年 12 月 15 日开工，本次招标工程计划于2015年 8 月 1日开工， 2019 年 6 月 15 日竣工。本次招标范围、招标内容及标段划分招标范围：（1）正线自太平桥站 DK0+900 （不含）至牡丹江站 DK351+525（含） ， 线路全长 292.995正线公里。其中： DK0+900 DK296+200为新建线路，线路长度290.518 正线公里；DK296+200 DK351+525 ，将既有牡图客线及工务机械段走行线改建为哈牡正线，线路长度 2.477 正线公里。不含先行工程已招标内容。（2）哈尔滨枢纽改造工程。（3

5、）牡丹江枢纽及相关工程。招标内容：1. 牡丹江虹云桥改造工程、既有构筑物拆除后的垃圾清运、挖树根；2. 路基工程全部；3. 桥涵工程全部；4. 隧道及明洞工程（不含照明） ；5. 轨道工程；6. 信号工程综合接地贯通地线及连接（区间及站场主干线部分）；7. 牵引供电工程综合接地贯通地线及连接；8. 其他生产房屋及建筑物工程地道主体、货物站台墙、站区排水、平过道、走行轨基础；9. 大型临时设施和过渡工程；10. 其他费（安全生产费、配合辅助工程费、营业线施工配合费等）。业主及标段中标单位情况业主单位：哈牡铁路客运专线有限责任公司地址：黑龙江省哈尔滨市道外区东直路333号SG-2 标：中铁十二局集

6、团有限公司SG-4 标：中铁一局集团有限公司SG-6 标：中交隧道工程局有限公司SG-7 标：中铁十九局集团有限公司SG-8 标：中铁二十二局集团有限公司1.前言近年来，随着国家重点工程对桩基质量、 成孔速度、环保等要求的不断提高，以及在高速铁路、地铁建设的带动下，旋挖钻机市场占有率迅速扩大。旋挖钻机施工具有成孔质量好、速度快，无噪音、污染小等优势。但是，由于旋挖成孔施工无循环造浆功能， 只能采用静态泥浆稳定液护壁，靠不停的向孔内进行补浆来保证孔内外水压的平衡和护壁效果，所以泥浆的选用及性能指标在成孔过程中显得尤为重要。本工程选用奈普顿化学泥浆技术，它使用简单，小巧轻便，制浆速度快，护壁效果好

7、，沉淀凝聚速度快，无污染，在泥浆制备中具有广泛的应用前景。2.适用范围适用地层：粘土、砂层、人工填土及含有部分卵石碎石的地层，尤其砂性土中能发挥较大功效。3.工艺原理奈普顿化学泥浆分子量一般高达2800万以上，水解后分子链扩散并会与其他分子链重新连接， 故会形成较为粘稠的近似糊状的泥浆，能够最大限度的粘住并快速沉淀钻屑。4.材料特点奈普顿化学泥浆是一种先进的国外技术的进口产品，是一种水溶性、 易混合的粉末颗粒高分子聚合物，在水中充分溶解后成半透明糊状，粘度大。它具有如下特点：4.1 由于聚合物泥浆分子量一般高达2800万以上，水解后分子链扩散并会与其他分子链重新连接， 故会形成较为粘稠的近似糊

8、状的泥浆，能够最大限度的粘住并快速沉淀钻屑。4.2 在孔内由于钻具连续运动，聚合物泥浆和水混合的越均匀粘度就越强，凝聚力也就越快。4.3 该泥浆体系能对孔壁提供压力，防止在不稳定地层中钻孔的坍塌4.4 最大化旋挖钻的装载能力，提高掘进速度。4.5 聚合物泥浆对钢筋机械性能无影响，某品牌聚合物泥浆试验数据如下：试验项目：钢筋机械性能溶液： 0.05%聚合物溶液试验结果：试验条件破坏荷载（ KN）弯曲清水泡 1d 120.7 合格121.4 合格溶液中泡 1d 122.2 合格122.1 合格试验结论：依据 GB/T228-2002 标准，奈普顿化学泥浆对钢筋机械性能无影响。4.6 聚合物泥浆对混

9、凝土抗压强度无影响，奈普顿化学泥浆试验数据如下：试验项目：混凝土抗压强度溶液： 0.05%聚合物溶液试验结果：试验条件破坏荷载（ KN）清水泡 7d 230 236 220 溶液中泡 7d 240 242 230 试验结论：依据 GB/T50081-2002 标准，聚合物泥浆对混凝土抗压强度无影响。4.7 无毒无污染。5.奈普顿化学泥浆施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程5.1.1根据用量确定泥浆池的大小，并在池边上装好循环泵和空气压缩机。5.1.2将清水注入泥浆池后，用20%氢氧化纳溶液调节水的PH 值在 8-10 之间。5.1.3在循环泵出水管口加入聚合物浆液，要求慢慢均匀加入，然后

10、用空压机搅拌，使粘度到达使用要求。5.1.4在钻进过程中，保持钻进液面，确保地层压力平衡。5.1.5钻进完成后，根据地质、孔深，确定沉渣时间，然后打捞沉渣。若沉渣较多，应再次清渣，以确保下完钢筋笼和导管后沉渣达标。5.1.6浇注混凝土时，应及时回收泥浆。由于混凝土会污染泥浆体系，所以最下面与混凝土接触的一米左右的泥浆不得回收，避免混凝土混入泥浆中， 导致泥浆体系性能产生变化。5.1.7在工程施工结束后，可以在泥浆池中添加适量的强氧化剂，如双氧水或者次氯酸钠等处理剂，同时通过空压机将泥浆混合均匀，静止片刻。聚合物泥浆就会被降解，粘度逐渐降低直至清水状态，待泥浆完全降解后即可直接排放。5.2 操作

11、要点5.2.1 泥浆配比泥浆的配比对泥浆的性能影响很大，一般情况下比例按0.01%0.1%配制，现场应根据实地情况试验确定配合比例。表 5-1 泥浆配比参照表地层状况泥浆( 公斤立方水）粘度（秒）粘土与页岩0.2-0.6 18-30 淤泥，细、中砂0.3-0.7 20-32 粗砂，较小的砾石0.4-0.9 22-35 卵砾石0.7-1.1 24-45 注：上表为奈普顿化学泥浆配比参考指标5.2.2 注意事项（1）在挖池过程中，尽量保证其大小的准确性，以保证配浆的准确性，避免浪费。（2）在配碱过程中，一定要先把氢氧化纳配制成20%水溶液，切记直接把固体氢氧化纳直接加入泥浆池中，以便充分溶解。（3

12、）在上层钻进过程中，正常情况下，泥浆的黏度可以小一些，大概 28 秒左右就可以使用，如果上层过早出现沙层，尽量不要降低泥浆粘度。（4）在一个泥浆池一次配浆不要过多，否则不利于搅拌，在配浆的时候，要留出充足时间，使产品充分溶解，可以达到节约成本的目的，不得在没有完全溶解的情况下使用。（5）对孔内泥浆的浆面下1m 处及离孔底以上 1m 处各取一次试样测试。若达不到标准规定，要及时调整泥浆性能。新制泥浆应静置24 小时，测试合格后方能应用。（6）在钻进过程中，保持液面很关键，一般情况下，要求液面不低于护筒的 1/2 高度处，在钻进完成后，下钢筋笼和导管的时候也要保护液面，就是说要提前配制好足够的泥浆

13、量。（7）钻头在出入孔口时，提、放的速度要放缓，尽量减轻对孔内泥浆的扰动，保护孔壁的稳定，避免孔口坍塌，护筒下沉现象的出现。当钻头打满提钻时，要适当反钻几下再缓慢提钻，这样可避免孔底因抽吸力过大而造成孔底部分出现坍蹋。（8）当孔钻到设计孔深后，钻机先暂不挪位，停留在原地，等待一会(视孔深而定，一般情况下三十分钟为宜） ，用测绳测量孔深度，计算出沉渣厚度，再重新下钻捞取沉渣。当钻头接近孔底时，需轻放，以免扰动沉渣，使沉渣浮起，捞起沉渣将钻头提起到孔口时，不要停留控浆，应迅速将沉渣甩出。沉渣捞清后，孔内将不再有沉渣出现，便随即可下放钢筋笼，在放钢筋笼时应保持垂直，避免碰撞孔壁，以免造成新的沉渣产生

14、。（9）要求钻机工作人员注意保持好泥浆液面的高度，要及时给予孔内补浆。6. 施工中所需辅助材料与设备6.1 材料清水、 20%氢氧化钠溶液、聚合物、双氧水或次氯酸钠。6.2 设备挖掘机、循环泵、空气压缩机、比重计、重锤、工程漏斗(空压机造浆法 ) 。7. 质量控制7.1 出产检验报告产品进场后，应重点检查产品的出厂检验报告,下图为奈普顿化学泥浆的产品检验报告。7.2 规范对泥浆的要求规范对泥浆的性能及检测方法给出了依据，现场泥浆应满足规范要求。7.2.1 地下铁道工程施工及验收规范（2003年版 GB50299-1999）对泥浆提出以下要求：（1）粘性土中成孔，可注入清水，以原土泥浆护壁，排渣

15、泥浆比重应控制在 1.1-1.2；（2）砂土和较厚夹砂层中成孔，泥浆比重应控制在1.1-1.3，在穿越砂夹卵石层或容易坍孔土层中成孔时，泥浆比重控制在1.3-1.5；（3）施工中应经常测定泥浆比重，并定期测定粘度、含砂率和胶体率，其指标控制：粘度为18-22s，含砂率为 4%-8%，胶体率不小于90%；（4）孔壁土质较差时，宜用泥浆循环清孔，清孔后泥浆比重应控制在1.15-1.25。（5）聚合物聚合物泥浆为轻质泥浆，泥浆比重控制在1-1.1 之间。7.2.2 轨道交通车站工程施工质量验收标准（QGD-006-2005）同样对泥浆提出要求：（1）膨润土泥浆的比重（粘土或砂性土）控制在1.151.

16、20（用比重计测，清孔后在距孔底50cm处取样） ；聚合物泥浆为轻质泥浆， 泥浆比重控制在 1.1 以内。（2）泥浆面标高应高于地下水位0.5-1.0m（目测） ；（3）沉渣厚度：端承桩 50mm ；摩擦桩 150mm （用沉渣仪或重锤测量） 。8.安全文明措施8.1 泥浆池周边按国家安全规范要求做好临边防护。8.2 所有施工设备和机具使用时必须由专职人员负责进行检查和维修，确保状况良好。各技术工种必须经过培训考核取得合格证，方可持证上岗操作，杜绝违章作业。8.3 施工人员必带安全帽。8.4 所有施工人员应掌握安全用电的基本知识和所用设备性能，用电人员各自保护好设备的负荷线、地线和开关，发现问

17、题及时找电工解决， 严禁非专业电气操作人员乱动电器设备。9.环保措施9.2 泥浆经过降解沉淀后方可排放；9.3 对裸露土体应及时覆盖，防止扬尘；9.4 专业绿色文明施工队伍洒水降尘，保持施工现场整洁干净；9.5 外出车辆应冲洗，防止挟渣带泥上路。10.经济比选以 2015年新开哈尔滨至佳木斯段客运专线 哈佳客专， 宾县段桩施工为例，施工单位中国中铁五局铁路建筑公司承建，其中基础桩，桩直径均为1.25 米，桩长 45 米 m，施工地层分部情况，上部为黑土层以下细、中砂层为主。若以膨润土为造浆材料，则每立方米的水需用0.5 吨膨润土，若以奈普顿化学泥浆为造浆材料，则每立方米的水需用400克聚合物泥

18、浆。若以膨润土400元/吨，聚合物泥浆 20000元/吨计算，则单桩理论用量如下：单桩理论用量表材料单桩理论用量单价单桩总价膨润土按单桩损耗50KG/m 3x45m3=2250KG 400 元/吨 （不含运费，）900 元聚合物泥浆按 用 清 水 打 桩 计 算0.4KG/m 3x45m 3=18KG（回浆可重复利用， ）20000 元/吨（包含运费）360 元由上表可以看出， 就泥浆这一项而言，与以膨润土为造浆材料相比，以聚合物泥浆为造浆材料，单桩成本节约60%。该工程主体桩共计1500 颗，若都以聚合物泥浆为造浆材料，则可节约成本81万元。此外，目前市场由于市场经济上涨，运输费用上涨，我们以哈佳客运专线宾县段施工为例，最近的膨润土厂家运到工地38 吨膨润土，运费共计7600元，运费 200元每吨，就单独这一个工地膨润土总用量约上千吨，自然产生了高昂的运输费用（运费 20 几万元） 。我们按用奈普顿化学泥浆计算1500颗桩，共计用量26吨奈普顿化