基本信息
- 项目名称：
- 非开挖穿越流砂层冲洗液的试验研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 非开挖导向钻进所使用的冲洗液在易坍塌地层中对施工起决定性的作用，而国内对其研究很少，针对这种地层，往往采用的是国外产品，造价昂贵。本文针对流砂层，对非开挖在此类地层钻进时易发生的事故进行了分析，选取了Na-CMC—PHP泥浆、HA-Na泥浆、ST-1植物胶泥浆三种泥浆进行了试验，对冲洗液各成分对性能的影响进行了试验研究。三种冲洗液向对于国外产品均不同程度地降低了造价。有助于非开挖导向钻进技术的在我国的推广和应用。
- 详细介绍：
- 针对流砂层，对非开挖在此类地层钻进时易发生的事故进行了分析，选取了Na-CMC—PHP泥浆、HA-Na泥浆、ST-1植物胶泥浆三种泥浆进行了试验，对冲洗液各成分对性能的影响进行了试验研究。通过正交试验确定了最佳配方，且对三种泥浆的最佳配方进行了护壁效果试验，并进行了经济性论证。 从粘度上来说，ST-1植物胶泥浆对于粘度的增长最为明显，随着主要添加剂ST-1植物胶含量的增加其粘度增长非常明显，且变化幅度较大，而HA-Na泥浆和Na-CMC—PHP泥浆粘度变化幅度随着HA-Na与PHP的增加则相对而言较小。 从失水量来说，HA-Na泥浆的失水量最小，而HA-Na泥浆和Na-CMC—PHP泥浆相对而言较大，对于严格控制失水量的地层，则优先选择HA-Na泥浆。 从经济性来说，相对于国外产品，三种泥浆均不同程度地降低了造价，其中Na-CMC—PHP泥浆降低幅度最大，其次为ST-1植物胶泥浆和HA-Na泥浆。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：流砂层钻进时，容易产生孔壁失稳，钻孔塌陷，而采用的国外冲洗液产品价格昂贵，为此，有必要研制适合于该类地层而价格较低的冲洗液。其基本思路是：通过选取国内常用的价格低廉的一些冲洗液材料，通过试验，确定其配方。
科学性、先进性及独特之处
- 作品的独到之处在于针对流砂层中非开挖导向钻进所使用的冲洗液价格昂贵，而作品中采用的冲洗液材料来源广泛，价格低廉，且护壁效果较好，能满足流砂层钻进对冲洗液的要求。
应用价值和现实意义
- 所配置的冲洗液材料来源广泛，价格低廉，能达到与国外产品相同的性能,能解决导向钻进在流砂层钻进容易造成孔壁失稳的问题，护壁效果较好，有助于非开挖导向钻进技术的在我国的推广和应用。
学术论文摘要
- 导向钻进穿越流砂层时，容易造成地层失稳、钻孔塌陷等事故。非开挖导向钻进所使用的冲洗液在易坍塌地层中对施工起决定性的作用，而国内对其研究很少，针对这种地层，往往采用的是国外产品，造价昂贵。研制出较经济实用的非开挖穿越流砂层冲洗液是至关重要的，有助于非开挖导向钻进技术的在我国的全面应用与推广。 本文针对流砂层，对非开挖在此类地层钻进时易发生的事故进行了分析，选取了Na-CMC—PHP泥浆、HA-Na泥浆、ST-1植物胶泥浆三种泥浆进行了试验，对冲洗液各成分对性能的影响进行了试验研究。通过正交试验确定了最佳配方，且对三种泥浆的最佳配方进行了护壁效果试验，并进行了经济性论证。研究表明：三种泥浆均可满足流砂层钻进的要求，ST-1植物胶泥浆粘度变化幅度最大，HA-Na泥浆失水量最小。三种泥浆均不同程度地降低了造价，其中Na-CMC—PHP泥浆降低幅度最大，其次为ST-1植物胶泥浆和HA-Na泥浆。
获奖情况
- 作品部分内容在省级期刊的自然科学版2009年第2期发表。
鉴定结果
- 配置的冲洗液护壁效果较好，相对于国外产品，材料价格低廉，成本低，而护壁效果不低于国外产品。对非开挖导向钻进的推广和应用，具有重要的意义。
参考文献
- [1]张豫,刘峰,杨楠.广西北海银滩(中区)污水管非开挖定向钻铺管技术及泥浆工艺[J].探矿工程(岩土钻掘工程), 2005年第4期:28-30. [2]郭威,宋玉峰.导向钻进非开挖铺设地下管线技术及其应用[J], 施工技术, 2006 年第10期:57-59. [3]刘刚. 流砂地层的非开挖导向钻进工法探讨[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2005年第1期:32:34. [4]Samuel T. Ariaratnam, Bruce C. Harbin, Richard L. Stauber. Modeling of annular fluid pressures in horizontal boring[J]. Tunnelling and Underground Space Technology 22 (2007) :610–619.
同类课题研究水平概述
- 国外，目前已有成型的产品，如“易钻（Hydraul—EZ）”、“帮手（Super—Pac）”和“万用王（Insta—Vis Plus）”等成品冲洗液，价格昂贵（易钻膨润土：2700 元/吨，万用王：1020元/桶（18.9升），雷膨（帮手替代产品）聚合物：1350元/桶。 如在广西北海银滩（中区）污水管非开挖定向钻铺管施工中在其中的中砂、粗砂层中的施工，铺管直径400mm，扩孔直径640mm，扩孔长度80m，由于钻孔易坍塌，极难施工，采用了该冲洗液，其中易钻用量2.3-2.8t，帮手用量为3-4桶（18.9L/桶）；万用王用量3-4桶（18.9L/桶），成本造价高达13320~17040元，可见如此小的工程仅冲洗液需要的成本是非常高的。深圳市深南大道与沙河西路交叉口电缆管线铺设工程，地层为流砂层，也采用了Hydraul-Ez冲洗液材料。 国内，对于流砂层钻进冲洗液的研究，还不够系统，往往是在膨润土的基础上，加一些添加剂，但对于加量的控制，则往往凭经验而定，往往造成浪费或者达不到应有的效果。阮文军配制了一种自凝性冲洗液，但其凝结时间较难控制，且其配制工艺较复杂，且当部分水泥凝胶结石后，对拉入的管道会有一定的损伤。
