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非开挖施工中的泥浆问题分析及对策

摘要：非开挖施工中，因为其施工特点和工程地质特点，对泥浆有特殊的要求：1．良好的流变性能，保证有较强的携钻屑能力；2．优良的润滑性能，降低摩擦阻力，提高施工效率，防止卡钻；3．较强的护壁作用，能在钻孔壁形成一定力学强度的泥皮，防止泥浆漏失，维护孔壁稳定。本文结合非开挖施工的特点，分析了非开挖施工中的泥浆问题，并给出了处理对策。
关键词：非开挖泥浆润滑泥饼

1非开挖施工的特点
非开挖技术是指在不开挖地表的条件下探测、检查、修复、更换和铺设各种地下设施(主要包括各种管线)1、它的主要施工技术有：水平定向钻进技术(HofizontalDirectionalDrilling)即HDD技术；2、顶管和夯管技术、微型隧道技术、以及爆管法和裂管法等管线修复技术。
非开挖施工技术大多应用于各种管线穿越河流、铁路、公路、建筑物、构筑物等场合。因为其施工地点的缘故，所穿越地层大多为粘土、粉土、沙土、以及淤泥和砂层等软弱地层，因此对泥浆有着许多特殊的要求，而且非开挖施工经常在城市和河流附近进行，又有一些特别要求，如：不影响交通、绿地，不污染水域和土壤，噪音小、施工迅速等。
2对泥浆的特殊要求
非开挖技术因为其施工地点的缘故，所穿越地层大多为粘土、粉土、沙土、以及淤泥和砂层等软弱地层，因此对泥浆有着许多特殊的要求：
(1)良好的流变性，保证有较强的携带钻屑的能力；
(2)泥浆有较低的摩擦系数，良好的润滑性能；
(3)有较强的护壁作用，在孔壁形成一定力学强度的泥皮，维护孔壁稳定，防止泥浆漏失。
3泥浆的携钻屑能力
在非开挖施工中，泥浆最主要的作用就是携带钻进过程中的钻屑，因为非开挖施工中多为水平孔，因此要求泥浆有较强的携带钻屑的能力，防止钻孔过程中钻屑沉积在钻孔中形成钻屑床，造成卡钻及扩孔回拖困难等孔内事故。
目前，非开挖施工中泥浆体系主要有两种，一种是在粘土地层中，清水钻进，地层粘土自造浆；另一种是在粉土、沙土地层中使用水基泥浆，其基本配方为：清水加3％～6％的钠基膨润土。前一种做法是不合理的，因为清水钻进，泥浆性能不易控制，在开始钻进时，地层自然造浆，泥浆粘度小，井壁周围的粘土很容易进入泥浆中，引起井壁侵蚀，造成井壁不稳定；当钻进一段时间后，泥浆粘度又会变的很大，增大了钻具与井壁的摩擦力，加大了能量损耗，而且容易形成较厚的泥饼，容易引起粘附卡钻。
因此，非开挖施工中，一定要根据地层选用一种合适的泥浆体系，泥浆要有良好的流变性能，如：在粘土、粉土地层时，泥浆马氏漏斗粘度控制在60～65s，在沙土、砂层时，粘度可适当大一些，因为沙砾颗粒较大，密度较重，需要更强的悬浮泥浆体系。而且，在不同阶段，泥浆体系也要及时调整，如：在预扩孔和回拖阶段泥浆粘度要提高5～10s。
主要使用的处理剂：
(1)钠基膨润土
钠基膨润土我们可以直接使用石油系统和地矿系统的钻井用膨润土，只是要注意在使用前，应该先做实验，确定在特定地层的最优加量。不同的膨润土，因为结构、成分和加工工艺不同，有不同的造浆率和泥浆性能，因此要特别注意。另外，在使用前，膨润土泥浆要老化一段时间，因为膨润土在水中水化和分散需要一定的时间。这个时间，在石油钻井标准
中要求24小时，在非开挖实际工作中可以适当减少。
(2)Na-CMC——钠羧甲基纤维素
钠羧甲基纤维素是一种常用的泥浆有机处理剂，它有高粘、中粘、低粘和速溶四种。在泥浆中，主要起增加粘度和降低失水的作用。通常，中粘CMC加量小于0.2％，根据实际情况，可以适当增加。
(3)HEC——羟乙基纤维素
HEC在泥浆中主要起增加粘度的作用，同时也有一定的护壁作用，加少量的HEC可以大幅度的提高泥浆的粘度，根据HEC型号的不同，加量小于0.1％。用HEC增粘的泥浆容易被酸、酶或氧化剂降解为碳氢化合物，没有明显毒性，不污染环境。
4泥浆的润滑能力
非开挖施工中泥浆的润滑性能至关重要，比如顶管中，提高泥浆的润滑性能，可以成倍的增加顶管长度、提高施工效率、缩短施工时间；在定向钻施工中，可以降低回拖力，增加回拖距离，降低成本。目前，非开挖施工中，润滑剂使用的还比较少，我们应该借鉴石油钻井中打大位移井和水平井的做法，在泥浆中加入合适的润滑剂，可以大幅度的降低泥浆的摩擦系数。根据笔者的实验，不同泥浆的摩擦系数见表1。
表1不同泥浆的摩擦系数

由上表可见，加入一定量的润滑剂，可以大幅度的降低摩擦系数，在实际施工中，则可以大大提高工作效率，降低施工成本。
在此，我们可以从石油钻井中借鉴以下润滑剂作为非开挖泥浆中的润滑剂：
(1)植物油基润滑剂、植物油衍生物
这类产品的名称很多代号很乱，各个厂家都用自己的名称代号，如：润滑剂RF、MY—1、RT441、磺化油脚DS848、FKl0、T862。其实这类产品的主要成分为各种表面活性剂和植物