若使刃脚比它相应于管子外径应有的尺度稍大一点，就有也许下降管外壁摩阻力。这么能使上层不直接压在管体上。只需土层满意坚固，这种办法就会取到预期的效果。而假如向管子和土层之间构成的空地内压人支承介质，这种办法的效能更可以大大进步，并能坚持必定的时刻，然后足以顶进一段恰当长的管路，再则，非开挖顶管支承介质在起支承效果的一同，也可以作为光滑剂起到削减摩阻力的效果。

    对支承一光滑介质的请求

    对支承一光滑介质的请求，可以依据冲突规律推算出来。

    冲突规律概要

    除了不在这儿评论的滚动冲突以外，可将冲突区分为：

    a）粘附冲突（与静冲突一样）；

    b）滑动冲突。

    在粘附冲突和滑动冲突的状况下都存在如下的关系：

Ｔ＝N·μ   式中    

N——法向力；

T——切向力；

μ——冲突系数；

冲突系数μ是一个资料常数，与滑动面和滑动物体的外表性质有关，而却不以触摸面积F的巨细为搬运。无量钢系数μ在粘附冲突的状况下，通常大于滑动冲突时的数值，因为在粘附冲突的状况下，外表会因为常常存在的不平度而被“楔紧”。

滑动冲突又可分为：

b1 ）干冲突；

b2 ）液体冲突。

    在干冲突时，滑动体和滑动面直触摸摸，在液体冲突的状况下，滑动体和滑动面则被光滑介质离隔

    在滑动冲突的状况下。滑动体和滑动面之间存在相对速度。

    在干滑动冲突的状况下，冲突系数μ与相对速度υ无关。

   

在液体滑动冲突的状况下，视在冲突系数μ则相随滑动体和滑动面之间液体的活动阻力而改变。活动阻力则取决于液体的运动粘滞度和活动速度。依据流体动力学可知，活动阻力与活动速度的平方成正比。

在两个相互触摸的物体之间，起效果的是一个比压：

P=N/F

    在液体冲突的状况下，效果在光滑液体上的是一个活动压力：

    p'=f（υ2）

    若p= p'，物体和光滑介质便处于平衡状况。这时运动的物体就“漂浮”在滑动面上。

    如p＞p'，光滑介质便会从运动物体和滑动面之间的缝隙中逐步被揉捏出去，直到液体冲突改变为干滑动冲突为止。液体冲突的条件在于，不管物体和滑动面都有必要是不透水的。假如光滑介质可以渗人物体或滑动面，而又不以一样的数量给予弥补，那么液体冲突就会成为干冲突。

    从冲突规律得出的定论．

    依照冲突规律来思考，关于顶管施工可以得出彻底清晰的定论如下：

a）为了坚持较小的推顶力，干冲突须以尽也许小的冲突系数μ为条件。管子外表的光滑，能使冲突系数下降。管子外表的机械加工和涂改减摩剂，一样都能起到减小μ值的效果。

b）在干冲突的状况下，非开挖顶管管子外表在推顶进程中会被周围上层磨毛，因而使冲突系数增大。所以在项管间隔较大时，通常多采纳液体冲突的办法。

C）液体冲突须以管子和土层之间存在光滑介质为条件，也便是说，须将光滑介质压人其间。

d）光滑介质有必要坚持必定的厚度方能有用。

e）管子和土层间有必要存在必定的空地，也便是说，要留出必定的空地，以便在压人光滑介质后可以构成所需厚度的一个液体层。

f）管子和土层之间充溢光滑介质的空地，在悉数推顶进程中有必要坚持不变。要作到这一点，光滑介质有必要可以阻挠土层落到管壁上，亦即光滑介质有必要接受着各种具体条件下起效果的上压力来托住土层。因而，在光滑介质中有必要常常坚持恰当于土应力的液压。这么，光滑介质一同也起着支承介质的效果。交承压力的反效果力则由顶进管来接受。

g）为了构成管子和土层之间所需的空地，刃脚直径的取值最佳稍大于顶进管直径。

h）对粘性很小的土壤来说，推顶时在刃脚周围发生的松懈地带便能构成管子和土层之间所需的空地，因而不需求刃脚直径大于管径。

i）上层和管子之间既已构成空地，就有必要在土层落到管体一上以及土压力上升到达全值之前将支承-光滑介质充入其间。过后再来战胜土压力将土层从管壁上推开是不也许的。一旦周围土壤的某些颗粒触摸管壁并被土层压附在管壁上，立即便会发生于冲突，即便随后压人光滑介质，状况依然如此。

k）可以把顶进管看作是不透水的。管子接头在悉数推顶进程中应坚持密闭。

l）土层总是多少有些透水的。因而，支承一光滑介质有必要起到的另一效果，即在于封闭管子周围土层的空地，以便在土层中构成一个不透水的环形地带，然后阻挠支承-光滑介质进入土层。

m）为了可以封闭土层的空地而又不致丢失到土层中去，支承-光滑介质有必要具有满意高的运动粘滞度。

n）为了获得尽也许小的视在冲突系数μ，非开挖顶管又需求支承-光滑介质的运动粘滞度较低一些。

o）支承-光滑介质不得对顶进管资料（钢、钢筋混凝土、石棉水泥或塑料混凝土）和接头资料（钢和橡胶)构成腐蚀。

P）支承-光滑介质不得污染地下水。

    膨润土矿藏悬浮液可以最充沛地满意对支承-光滑介质提出的悉数请求。

    作为支持-光滑介质的膨润土

    1890年，美国的福特·本磕头先发现了膨润上。它的主要成分和关于它作为支承一光滑介质的功能起着决议效果的，乃是其间叫作蒙脱土的一种粘土矿藏，这种矿藏以其坐落法国南边的蒙脱英里翁矿床而得名。在德意志联邦共和国的巴伐利亚，则有着大概一千万年前作为风化产品构成的一些酸性火山质玻璃凝灰岩矿可供这方面的运用。

    蒙脱土是一种层状构造的结晶氢化硅酸铝。硅酸盐多层体是一种三层构造，其间包括一层SｉO4四面体、一层氢氧化铝八面体和一层SｉO4四面体。蒙脱土晶体即由很多这么的硅酸盐叠层构成。蒙脱土晶体遇水胀大，与此一同水分子便进入各个叠层之间。所以两个蒙脱土叠层之间的间隔就加大了一倍。晶体内部胀大景象的因素，则在于叠层内部电荷散布的不均匀。

    咱们可以想象，在中止下来的膨润上悬浮液中，薄片状的蒙脱上微粒构成一种纸牌房子式的构造，其间这些微粒以它们的角隅和棱缘相互触摸或相互支持。一旦中止状况被打乱，例如因为拌和、振荡或泵送等等，所以大多数的“纸牌房子”崩塌下来，因而在中止状况下凝聚起来的悬浮液就会成为溶胶。当这种溶胶再次中止下来，薄片状的蒙脱上微粒又会相互搭在一同构成纸牌房子式的构造，所以溶胶从头凝固。悬浮液每逢中止便结成凝胶，一旦运动起来又成为溶胶，这种从中止状况到运动状况以及从运动状况又回到中止状况的构造替换，可以永无止境地重复下去，这么的特性便叫作触变性。

    作为非开挖顶管施工中的支持-光滑介质，膨润土的主要特色即在于它的胀大功能。这一点须取决于薄片状蒙脱俄土微粒的巨细和数量。

    膨润土主要有两类，即钙膨润土和钠膨润土上。

    它们的区别在于起决议效果的蒙脱土是钙蒙脱上仍是钠蒙脱土。

    在膨润土含量一样状况下，钠膨润土悬浮液中所含极薄的硅酸盐叠层片的数量，约为钙膨润上悬浮液中所含数量的15到20倍。因为这种极薄的硅酸盐叠层片的数量大得多，便有利于蒙脱土微粒构成纸牌房子式的构造，因而亦有利于进步悬浮液的胀大功能，这么既可改进悬浮液在溶胶状况下的活动性，也能改进非开挖顶管悬浮液在凝胶状况下的固结性。所以钠膨润土比钙膨润土更适用于顶管施工。

    而巴伐利亚矿层却只富含胀大功能较差的钙膨润土。

    但钙蒙脱土有一个特性，亦即其间化合的钙离子可以用钠离子来置换。通过这么的离子交换，钙膨润土的功能会有很大的改变，然后被赋予钠膨润上的优良特性。

    因为销膨润土和通过钠离子置换而活化的钙膨润土——也叫作活性膨润土——可以最大程度地满意顶管施工中提出的请求，因而下面的评论便以这两种膨润土为根底。

    化学剖析标明，膨润土中大概有56 ％的二氧化硅和20％的氧化铝，二者一起构成了蒙脱土上晶体的根本物质。与此相对应，矿藏构成中也有75％的蒙脱土。筛剖析也很值得留意，依据筛剖析，膨润土中粒径小于0.025毫米的占55％。

    膨润土加水拌和即成悬浮液，这儿对水质的请求和拌制混凝土时一样。判别膨润土悬浮液是不是适于用作支承一光滑介质的规范在于它的物理特性。而对后者起决议效果的，主要是悬浮液中的膨润土含量。表2中依照每立方米制成悬浮液中富含30、40、60和80公斤膨润上的四种状况，别离列出了各种悬浮液的主要参数。

    首要从容重的数据中可以看出，膨润土含量对容重的影响不大。在咱们所调查的试样上，容重大致改变于1020到1050公斤/米3之间，因而仅仅稍高于纯水的容重。所以膨润土悬浮液也可以在水下顶管施工中用作支承光滑介质，无需顾忌悬浮液因容重不一样而丢失，故而对膨润土悬浮液来说，容重并不是一个主要的判别规范。

反之，流变极限丈量结果都标明，不管在运动状况或是静置状况下，悬浮液中的膨润土含量都对流变极限有很大的影响。正如事前的思考所预见到的，流限在运动状况下到达了下限值。调查表2可以看出，膨润上含量从每立方米30公斤增加到60公斤时，亦即在膨润上含量增大一倍的状况下，运动流限从22.4克（力）／公分2上升到204克（力）／公分2，因而也便是进步到大概9倍，当膨润土含量从40公斤／米3 增加到80公斤／米3 时，一样也是在增大一倍的状况下，可以看到大致一样的比率。这时运动流限从44.6克（力）／公分2上升到439克（力)/公分2，亦即增大到10倍摆布。

    静置一分钟后的比率也类似于活动状况下的状况。在这种条件下，当膨润土含量从30公斤／米3 增加到60公斤／米3 时，流限从42.8克（力）／公分2进步到320克（力）／公分2，即增大到7.5倍。当膨润土含量从40公斤／米3增加到80公斤／米3时，流限则以100：696—1：7的份额进步。

    终究，在静置24小时的状况下，当膨润上含量从30公斤／米3增加到6０公斤／米3时，流限比率为198：1265一1：6，80公斤／米3含量的相应数值则限于现有的丈量技能条件而无法测出。

    因而得出的定论是，膨润土含量增加一倍，可使膨润上悬浮液的支承效果进步到7至10倍。可是这也意味着，若膨润土含量削减１／2，支承效果就也许下降到 1／10。所以，断定悬浮液中的膨润上含量，便有着如此重大的含义。

    得到的另一个定论是，在从运动状况过渡到中止状况时，流限的增大须取决于悬浮液中的膨润土含量。在每立方米悬浮液中含30公斤膨润土的状况下。静置1分钟后的流限以42.8：22.4=1.9：1的比率增大。在膨润土含量为40公斤／米3的状况下，静置1分钟后的增大比率已达100：44.6=2.2：1。但是在膨润土含量为60公斤／米3状况下，这一比值却下降到320：204＝1．6：1，以及在膨润土含量为80公斤／米3的状况下，比率仍为696：439=1.6：1。

    静置24小时后的流限与运动状况下的比率，在悬浮液中的膨润上含量为30公斤／米3时是22.4：198=1：8.8，在40公斤／米3的状况下是44.6：584=1：13.3，在60公斤／米3的状况下是204:1265=1:6.2，而关于80公斤／米3的含量，则已无法获得丈量值。

    在将膨润上悬浮液用作支承-光滑介质的状况下，中止状况的流限值与运动状况的流限一样具有主要含义：

    中止状况下的流限值决议着悬浮液是不是适于用作支承介质，运动状况下的流限值则决议着悬浮液是不是适于用作光滑介质。

    当运动流限与中止流限之比为1：6到1：10（最大1：15）时。膨润上悬浮液便彻底能满意这两个方面的请求。

    流限值适用于胀大进程业已终究完毕的悬浮液。这种胀大进程的性质，在于水已进入了构成蒙脱土晶体的硅酸盐叠片的晶层中。致使层间间隔增大起来。

水对细小蒙脱土晶体的渗透进程以及水进入更小得多的晶层之中都需求时刻。这便是胀大时刻，拌和越充沛．胀大时刻就越短，否则在水和膨润土的混合料未获充沛拌和的状况下，胀大时刻就会延伸很多倍。拌和获得杰出效果的条件，是要有满意长的拌和时刻，最少要有半个小时，有时甚至也许需求若干小时。另一个条件是请求膨润土不留余渣地充沛溶解在水中，尽也许使每一个膨润土颗粒都被水包围着。终究，在拌和时不要让空气进入水和膨润土的混合料中，因为空气会阻止水进入蒙脱土晶体。再则，胀大时刻也会遭到混合料温度的影响。高温（夏日温度）可使胀大时刻缩短，低温（冬天温度）则使胀大时刻延伸。当温度低于零度时，胀大进程即告间断，但混合料并不会遭到损坏。冻结后胀大进程又会从头持续下去，在这种状况下，须将冻结的时刻计入胀大时刻以内。

    在拌和效果杰出的状况下，拌和进程完毕后即已可以到达80％摆布的终究流限，而在拌和效果不良的状况下，这一比值则下降到大概35％。由此可见，在拌和效果杰出和高温条件下，通过5个小时的胀大时刻后即已到达终究流限。反之，在拌和效果不良和低温条件下，则需求24小时方能到达终究流限。

    关于胀大进程是不是现已完毕，需求细心地进行调查，因为胀大不充沛的悬浮液一方面起不到支承效果，另方面也会因为随后的胀大而致使膨润土管路的堵塞，而且致使顶进管与周围土层之间表观冲突系数的上升，然后也许致使进步顶进阻力。

    对充沛胀大的膨润上悬浮液来说，流限在中止状况下可到达上限值。如悬浮液变为运动状况，例如因为摇摆、振荡或泵送等等，马上又呈现流限的下限值，这便是活动状况下的流限，或许也可以说是运动流限。一且再次中止下来，流限又会增加，通过必定时刻以后再次到达其上限值。  

    悬浮液经每次中止以后都可以到达流限的上限值。但是在到达终究流限之前，假如悬浮液又变为运动状况，那么流限的增加进程便也也许中断。

    蒙脱土微粒在纸牌房子式构造上的改变，用咱们的肉眼是看不见的，但却可以通过流限的改变丈量出来，因而一种悬浮液的触变性也是可以为咱们的感官所觉察的，而这种触变性作为悬浮波物相恣意屡次的改变，咱们可以将它表明为凝胶→←溶胶

  膨润土悬浮液在疏松土层中的运用

    在无粘性的疏松土层中以及在粘性很小的土壤中，例如在砂砾土中，若不采纳其它辅佐措施，土层因为自身极不安稳，致使在刃脚推动以后马上就会坍落在管壁上。所以对这类土壤来说，膨润土悬浮液的支承效果格外具有主要含义。为了起到这种支承效果，先决条件是要尽也许精确地把握膨润土悬浮液在砂砾上中的特性。

膨润上悬浮液将进入土层的孔隙内，充溢孔隙，并持续在其间活动。流速取决于孔隙的横断面与悬浮液的流变特性，一同也取决于压浆压力。因而为了在一样的压浆压力下到达一样的进入深度，在孔隙横断面很小的细粒土层中便需求低流限的悬浮液，面孔隙横断面较大的粒粒土层则需求高流限的悬浮液。在战胜活动阻力的进程中，压浆压力跟着渗人深度的增加而成份额地衰减，所以相应每一种压浆压力，都有一个彻底断定的渗人深度。

    为了便于了解进入进程，可以把上层看作是一条条很多毛细管的总和。图7显现了一条圆形横断面的毛细管中的活动进程。

    这么的一条毛细管必定会对其间穿流的活动介质、在这儿便是对膨润上悬浮液发生一个阻力W。

    W=τ·U·l=τ·2·r·π·l

    为了战胜这一阻力便需求一个压力：

    P＝p·F＝p·r2·π  

    只需 P＞W，毛细管中的介质便向前活动。一当活动阻力大到与效果于介质的压力P持平，即W=P

活动进程即中止。由此可知平衡条件为

    τ·2·r·π·l=P·r2·π

    或

  (τ·2·l)/r=p

  依据这一关系式可以算出活动长度，换言之亦即进入深度

  l=(r·p)/(2·τ)

  由此可见，进入深度与毛细管的直径和压浆压力成正比，与悬浮液的流限成反比。只需悬浮液在毛细管中活动，它便处于活动状况，因而对悬浮液起效果的便是运动流限。这时悬浮液便具有溶胶的稠度。

    但一当悬浮液到达也许的进入深度以后中止下来，只须通过一个很短的时刻，它的流限便到达中止数值。所以悬浮液就成为了凝胶。 因为中止状况下的流限高达活动状况下的10倍，因而在这种状况下膨润土悬浮液便象泥浆那样地充溢着土层的孔隙。

    这么在管体四周的土层中就构成了一层密实而有承载才干的环套，其厚度即恰当于悬浮液的进入深度现在，假如在这一环套和顶进管之间坚持一个恰当于土压力的悬浮液压力，所以悬浮液使接受着悉数的土压力，致使土压力不再直接地，而是经由悬浮液间接地加荷于管壁。

    作为使摩阻力下降到最小限度的先决条件，最佳支承效果的获得须具有下列条件：

    1．在设计时以及在推顶进程中精确地查明土层状况，并依据筛分曲线详尽地把握土层的颗粒散布；

    2．核算出土压力，然后断定膨润上悬浮液的压人压力；

    3．按根本粒径断定膨润土悬浮液的混合比，并常常进行查验，

    4．精确地制备膨润土悬浮液;

    5．保证在悉数顶进管路上和悉数顶进时刻内都有膨润上悬浮液压入。

    其间最主要的一点，是有必请求得精确的混合比。

    此外有必要留意，悬浮液安稳极限大概是每立方米悬浮液最少含40公斤膨润上。这一理论核算结果在实践施工中须细心加以核验。有必要格外指出的是，膨润土含量过低、因而也便是流限过低的悬浮液起不到支承和光滑效果，因为这么的悬浮液会毫无阻力地或只遭到很小阻力地流散到土层中去，因而非开挖顶管不也许在管体周围构成一个支承环带。

    在根本粒径为10毫米的状况下，请求悬浮液的膨润土含量为60公斤／米3摆布，在根本粒径为20毫米的状况下，请求悬浮液的膨润上含量为80公斤／米3摆布，反之，在根本粒径为2毫米时。悬浮液的膨润上含量为40公斤／米3即已满意． 但滑动阻力与运动流限成正比。

    运动流限在每立方米悬浮液中含：

    40公斤膨润上时为44.6克（力）／公分2

    60公斤膨润土时为 204克（力）／公分2

    80公斤膨润土时为439克（力）／公分2

    这便是说，在每立方米悬浮液中含膨润土60公斤时，运动流限简直为40公斤／米3状况下的 5倍，而在每立方米悬浮液中含膨润土80公斤时，则现已高达含量为40公斤／米3时的10倍。

    这就意味着，假如悬浮液中的膨润上含量在悉数推顶间隔上坚持不变，那么对粗粒土壤来说，因为需求悬浮液的膨润土含量较高以保证支素效果，故而推顶阻力以及因之所需的推顶力就会比细粒土壤的状况下更大一些。

    但孔隙～旦被膨润上悬浮液充溢，并因而构成支持环带时，所以粗粗土壤的状况也就无异于细粒土壤了。因而在这种状况下，为了在推顶进程中支承土层，悬浮液中的膨润土只需求到达安稳极限所请求的最小含量40公斤／米3 即可。 因而,在粗粒土壤的状况下，仅仅直接在刃脚以后压入相应于根本粒径的高含量膨润上悬浮液，而在悉数后续管路上则可运用稠度低得多的悬浮液。这么便可以大大下降推顶阻力，或许也可以说是在一样的推顶力下加长推顶间隔。一同还可以借此节约膨润土，并削减中继顶压站的数目。

    为此选用两套膨润土配拌设备顺便两台压浆泵和两套管路所需的额定费用，在管径较大和推顶间隔较长的状况下通常是值得的！

    压浆时须留意，压出的膨润上悬浮液要尽也许均匀地散布在悉数管体外围，以便可以环绕悉数管体构成所需的环带。因而，压浆赖以进行的打针喷口要均匀地装备在悉数管壁圆周上。

打针喷口的距离或数量须取决于土壤答应膨润上向四外分散的程度。在渗透性很小的土壤中，例如密实的矿土和砂砾上，距离就有必要减小一些，在疏松的砾石土中，距离则可以相应地加大。打针喷管即可以在悉数管壁圆周上与一条环管衔接，也可以分组衔接，在非开挖顶管分组衔接时，通常是上半固联成一组，下半圈另成一组。

    为使膨润土尽快地起效果，应尽量接近刃脚尾部进行压浆。所以压浆最佳是直接从刃脚后的第一节管子中开端。但实践证明，在压浆压力较高的状况下，膨润土将均匀地沿着管子周围分散，也便是说，即向后分散，也向前分散。因而便存在着膨润上悬浮液沿刃脚向前活动、而且又在切削刃上流出来的风险。

    在纠偏量颇大的状况下，有也许构成刃脚和第一节管子之间的密封损坏，或许在刃脚分成两个有些状况下，则是构成切削段和顶压段之间的密封损坏，所以膨润上悬浮液就会从这些当地渗人作业空间。

    依据这一理由，膨润上在刃脚后第二节管子中开端压入对比适合。

    膨润土悬浮液经由打针喷口压人的压力应相随所遇土层的压力而改变。在膨润土泵上，除了这一压力以外，还会遭到一向通向打针喷口的膨润上管道的阻力。

    膨润上管道中的压力丢失，因为假定条件并不牢靠而且常常改变，故而核算很难精确，因而，关于有必要精确地与上压力高度坚持共同的压浆压力，便有必要直接在打针喷口上进行接连的丈量。

    非开挖顶管压浆压力调得过高也许是有害的。这时膨润上悬浮液会从打针喷口中涌出，在管口周围构成一个高度紧缩区。这么就有也许构成栓塞，阻止膨润上悬浮液的持续流出和分散。

    假如一次写入的膨润上能在管子周围的土层中坚持不变，那么只需直接在刃脚以后写入一次就满意了。但是非常显着，在推顶进程中，膨润土因为流散到土层中去而有所耗费。鉴于此，对后续管路也有必要弥补压人膨润上，以使管子和上层之间空地中的膨润上悬浮液压力可以在顶进管路的悉数长度上坚持与土压力共同。注浆孔的距离主要取决于土层的性质、膨润土悬浮液的流变特性、刃脚的控上量和推顶速度。在很多已完结的工程中，打针喷口的距离是2节管子到5节管子以上。

注浆孔的实践需求数量，只要在施工中才干知道。为了保证即便在最晦气的场合下亦能供给所需数量的注浆孔，似乎最佳是尽也许每隔2节管子即留出一些压浆孔。另方面当然也要思考到，所有注浆孔在顶管完毕后有必要撤除和封闭。这需恰当大的一笔费用，所以一开端即应力求距离恰当。这一点在很大程度上也取决于施工公司的经历。

    膨润上的压人技能在很大程度上依然要依靠经历，但是实践经历多半也是可以找到理论依据的。