若使刃腳比它相應(yīng)于管子外徑應(yīng)有的尺度稍大一點(diǎn)，就有或許降低管外壁摩阻力。這樣能使上層不直接壓在管體上。只要土層滿足堅(jiān)固，這種辦法就會(huì)取到預(yù)期的效果。而假如向管子和土層之間構(gòu)成的空地內(nèi)壓人支承介質(zhì)，這種辦法的效能更能夠大大提高，并能保持必定的時(shí)刻，然后足以頂進(jìn)一段相當(dāng)長(zhǎng)的管路，再則，非開挖頂管支承介質(zhì)在起支承效果的一同，也能夠作為光滑劑起到減少摩阻力的效果。

對(duì)支承一光滑介質(zhì)的要求

對(duì)支承一光滑介質(zhì)的要求，能夠依據(jù)沖突定律推算出來。

沖突定律概要

除了不在這兒討論的滾動(dòng)沖突之外，可將沖突區(qū)分為：

a）粘附?jīng)_突（與靜沖突相同）；

b）滑動(dòng)沖突。

在粘附?jīng)_突和滑動(dòng)沖突的狀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——沖突系數(shù)；

沖突系數(shù)μ是一個(gè)資料常數(shù)，與滑動(dòng)面和滑動(dòng)物體的外表性質(zhì)有關(guān)，而卻不以觸摸面積F的巨細(xì)為轉(zhuǎn)移。無量鋼系數(shù)μ在粘附?jīng)_突的狀況下，一般大于滑動(dòng)沖突時(shí)的數(shù)值，因?yàn)樵谡掣經(jīng)_突的狀況下，外表會(huì)因?yàn)槌３４嬖诘牟黄蕉榷弧靶ňo”。

滑動(dòng)沖突又可分為：

b1 ）干沖突；

b2 ）液體沖突。

在干沖突時(shí)，滑動(dòng)體和滑動(dòng)面直觸摸摸，在液體沖突的狀況下，滑動(dòng)體和滑動(dòng)面則被光滑介質(zhì)離隔

在滑動(dòng)沖突的狀況下。滑動(dòng)體和滑動(dòng)面之間存在相對(duì)速度。

在干滑動(dòng)沖突的狀況下，沖突系數(shù)μ與相對(duì)速度υ無關(guān)。

在液體滑動(dòng)沖突的狀況下，視在沖突系數(shù)μ則相隨滑動(dòng)體和滑動(dòng)面之間液體的活動(dòng)阻力而變化?；顒?dòng)阻力則取決于液體的運(yùn)動(dòng)粘滯度和活動(dòng)速度。依據(jù)流體動(dòng)力學(xué)可知，活動(dòng)阻力與活動(dòng)速度的平方成正比。

在兩個(gè)互相觸摸的物體之間，起效果的是一個(gè)比壓：

P=N/F

在液體沖突的狀況下，效果在光滑液體上的是一個(gè)活動(dòng)壓力：

p'=f（υ2）

若p= p'，物體和光滑介質(zhì)便處于平衡狀況。這時(shí)運(yùn)動(dòng)的物體就“漂浮”在滑動(dòng)面上。

如p＞p'，光滑介質(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，直到液體沖突改變?yōu)楦苫瑒?dòng)沖突為止。液體沖突的條件在于，不管物體和滑動(dòng)面都有必要是不透水的。假如光滑介質(zhì)能夠滲人物體或滑動(dòng)面，而又不以相同的數(shù)量給予彌補(bǔ)，那么液體沖突就會(huì)變成干沖突。

從沖突定律得出的定論．

按照沖突定律來考慮，關(guān)于頂管施工能夠得出徹底明確的定論如下：

a）為了保持較小的推頂力，干沖突須以盡或許小的沖突系數(shù)μ為條件。管子外表的光滑，能使沖突系數(shù)降低。管子外表的機(jī)械加工和涂改減摩劑，相同都能起到減小μ值的效果。

b）在干沖突的狀況下，非開挖頂管管子外表在推頂進(jìn)程中會(huì)被周圍上層磨毛，因而使沖突系數(shù)增大。所以在項(xiàng)管間隔較大時(shí)，一般多采取液體沖突的方式。

C）液體沖突須以管子和土層之間存在光滑介質(zhì)為條件，也便是說，須將光滑介質(zhì)壓人其間。

d）光滑介質(zhì)有必要保持必定的厚度方能有效。

e）管子和土層間有必要存在必定的空地，也便是說，要留出必定的空地，以便在壓人光滑介質(zhì)后能夠構(gòu)成所需厚度的一個(gè)液體層。

f）管子和土層之間充溢光滑介質(zhì)的空地，在整個(gè)推頂進(jìn)程中有必要保持不變。要作到這一點(diǎn)，光滑介質(zhì)有必要能夠阻撓土層落到管壁上，亦即光滑介質(zhì)有必要承受著各種具體條件下起效果的上壓力來托住土層。因而，在光滑介質(zhì)中有必要常常保持相當(dāng)于土應(yīng)力的液壓。這樣，光滑介質(zhì)一同也起著支承介質(zhì)的效果。交承壓力的反效果力則由頂進(jìn)管來承受。

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

h）對(duì)粘性很小的土壤來說，推頂時(shí)在刃腳周圍產(chǎn)生的松散地帶便能構(gòu)成管子和土層之間所需的空地，因而不需求刃腳直徑大于管徑。

i）上層和管子之間既已構(gòu)成空地，就有必要在土層落到管體一上以及土壓力上升到達(dá)全值之前將支承-光滑介質(zhì)充入其間。事后再來克服土壓力將土層從管壁上推開是不或許的。一旦周圍土壤的某些顆粒觸摸管壁并被土層壓附在管壁上，立即便會(huì)發(fā)生于沖突，即使隨后壓人光滑介質(zhì)，狀況仍然如此。

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

l）土層總是多少有些透水的。因而，支承一光滑介質(zhì)有必要起到的另一效果，即在于關(guān)閉管子周圍土層的空地，以便在土層中形成一個(gè)不透水的環(huán)形地帶，然后阻撓支承-光滑介質(zhì)進(jìn)入土層。

m）為了能夠關(guān)閉土層的空地而又不致丟失到土層中去，支承-光滑介質(zhì)有必要具有滿足高的運(yùn)動(dòng)粘滯度。

n）為了獲得盡或許小的視在沖突系數(shù)μ，非開挖頂管又需求支承-光滑介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘滯度較低一些。

o）支承-光滑介質(zhì)不得對(duì)頂進(jìn)管資料（鋼、鋼筋混凝土、石棉水泥或塑料混凝土）和接頭資料（鋼和橡膠)形成腐蝕。

P）支承-光滑介質(zhì)不得污染地下水。

膨潤(rùn)土礦藏懸浮液能夠最充沛地滿意對(duì)支承-光滑介質(zhì)提出的一切要求。

作為支撐-光滑介質(zhì)的膨潤(rùn)土

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)，其間包括一層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。蒙脫土晶體遇水脹大，與此一同水分子便進(jìn)入各個(gè)疊層之間。所以兩個(gè)蒙脫土疊層之間的間隔就加大了一倍。晶體內(nèi)部脹大現(xiàn)象的原因，則在于疊層內(nèi)部電荷分布的不均勻。

咱們能夠想象，在停止下來的膨潤(rùn)上懸浮液中，薄片狀的蒙脫上微粒構(gòu)成一種紙牌房子式的結(jié)構(gòu)，其間這些微粒以它們的角隅和棱緣彼此觸摸或互相支撐。一旦停止?fàn)顩r被打亂，例如因?yàn)榘韬?、振蕩或泵送等等，所以大多?shù)的“紙牌房子”崩塌下來，因而在停止?fàn)顩r下凝結(jié)起來的懸浮液就會(huì)變成溶膠。當(dāng)這種溶膠再次停止下來，薄片狀的蒙脫上微粒又會(huì)彼此搭在一同構(gòu)成紙牌房子式的結(jié)構(gòu)，所以溶膠從頭凝固。懸浮液每當(dāng)停止便結(jié)成凝膠，一旦運(yùn)動(dòng)起來又變成溶膠，這種從停止?fàn)顩r到運(yùn)動(dòng)狀況以及從運(yùn)動(dòng)狀況又回到停止?fàn)顩r的結(jié)構(gòu)交替，能夠永無止境地重復(fù)下去，這樣的特性便叫作觸變性。

作為非開挖頂管施工中的支撐-光滑介質(zhì)，膨潤(rùn)土的重要特色即在于它的脹大功能。這一點(diǎn)須取決于薄片狀蒙脫俄土微粒的巨細(xì)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)別在于起決議效果的蒙脫土是鈣蒙脫上還是鈉蒙脫土。

在膨潤(rùn)土含量相同狀況下，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。因?yàn)檫@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構(gòu)成紙牌房子式的結(jié)構(gòu)，因而亦有利于提高懸浮液的脹大功能，這樣既可改進(jìn)懸浮液在溶膠狀況下的活動(dòng)性，也能改進(jìn)非開挖頂管懸浮液在凝膠狀況下的固結(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脹大功能較差的鈣膨潤(rùn)土。

但鈣蒙脫土有一個(gè)特性，亦即其間化合的鈣離子能夠用鈉離子來置換。經(jīng)過這樣的離子交換，鈣膨潤(rùn)土的功能會(huì)有很大的變化，然后被賦予鈉膨潤(rùn)上的優(yōu)秀特性。

因?yàn)殇N膨潤(rùn)土和經(jīng)過鈉離子置換而活化的鈣膨潤(rùn)土——也叫作活性膨潤(rùn)土——能夠最大程度地滿意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)土為根底。

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，二者一起構(gòu)成了蒙脫土上晶體的根本物質(zhì)。與此相對(duì)應(yīng)，礦藏組成中也有75％的蒙脫土。篩分析也很值得注意，依據(jù)篩分析，膨潤(rùn)土中粒徑小于0.025毫米的占55％。

膨潤(rùn)土加水拌和即成懸浮液，這兒對(duì)水質(zhì)的要求和拌制混凝土?xí)r相同。判斷膨潤(rùn)土懸浮液是否適于用作支承一光滑介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)在于它的物理特性。而對(duì)后者起決議效果的，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)上的四種狀況，別離列出了各種懸浮液的主要參數(shù)。

首先從容重的數(shù)據(jù)中能夠看出，膨潤(rùn)土含量對(duì)容重的影響不大。在咱們所調(diào)查的試樣上，容嚴(yán)重致變化于1020到1050公斤/米3之間，因而僅僅稍高于純水的容重。所以膨潤(rùn)土懸浮液也能夠在水下頂管施工中用作支承光滑介質(zhì)，無需顧忌懸浮液因容重不同而丟失，故而對(duì)膨潤(rùn)土懸浮液來說，容重并不是一個(gè)重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

反之，流變極限丈量結(jié)果都表明，不管在運(yùn)動(dòng)狀況或是靜置狀況下，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)狀況下到達(dá)了下限值。調(diào)查表2能夠看出，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)上含量增大一倍的狀況下，運(yùn)動(dòng)流限從22.4克（力）／厘米2上升到204克（力）／厘米2，因而也便是提高到大約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)，相同也是在增大一倍的狀況下，能夠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活動(dòng)狀況下的狀況。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的份額提高。

終究，在靜置24小時(shí)的狀況下，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)有的丈量技術(shù)條件而無法測(cè)出。

因而得出的定論是，膨潤(rùn)土含量增加一倍，可使膨潤(rùn)上懸浮液的支承效果提高到7至10倍。可是這也意味著，若膨潤(rùn)土含量減少１／2，支承效果就或許降低到 1／10。所以，確定懸浮液中的膨潤(rùn)上含量，便有著如此嚴(yán)重的含義。

得到的另一個(gè)定論是，在從運(yùn)動(dòng)狀況過渡到停止?fàn)顩r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)土的狀況下。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的狀況下，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狀況下，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的狀況下，比率仍為696：439=1.6：1。

靜置24小時(shí)后的流限與運(yùn)動(dòng)狀況下的比率，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的狀況下是44.6：584=1：13.3，在60公斤／米3的狀況下是204:1265=1:6.2，而關(guān)于80公斤／米3的含量，則已無法獲得丈量值。

在將膨潤(rùn)上懸浮液用作支承-光滑介質(zhì)的狀況下，停止?fàn)顩r的流限值與運(yùn)動(dòng)狀況的流限相同具有重要含義：

停止?fàn)顩r下的流限值決議著懸浮液是否適于用作支承介質(zhì)，運(yùn)動(dòng)狀況下的流限值則決議著懸浮液是否適于用作光滑介質(zhì)。

當(dāng)運(yùn)動(dòng)流限與停止流限之比為1：6到1：10（最大1：15）時(shí)。膨潤(rùn)上懸浮液便徹底能滿意這兩個(gè)方面的要求。

流限值適用于脹大進(jìn)程業(yè)已終究完畢的懸浮液。這種脹大進(jìn)程的性質(zhì)，在于水已進(jìn)入了構(gòu)成蒙脫土晶體的硅酸鹽疊片的晶層中。致使層間間隔增大起來。

水對(duì)細(xì)小蒙脫土晶體的滲透進(jìn)程以及水進(jìn)入更小得多的晶層之中都需求時(shí)刻。這便是脹大時(shí)刻，拌和越充沛．脹大時(shí)刻就越短，否則在水和膨潤(rùn)土的混合料未獲充沛拌和的狀況下，脹大時(shí)刻就會(huì)延伸許多倍。拌和獲得杰出效果的條件，是要有滿足長(zhǎng)的拌和時(shí)刻，至少要有半個(gè)小時(shí)，有時(shí)甚至或許需求若干小時(shí)。另一個(gè)條件是要求膨潤(rùn)土不留余渣地充沛溶解在水中，盡或許使每一個(gè)膨潤(rùn)土顆粒都被水包圍著。終究，在拌和時(shí)不要讓空氣進(jìn)入水和膨潤(rùn)土的混合猜中，因?yàn)榭諝鈺?huì)阻礙水進(jìn)入蒙脫土晶體。再則，脹大時(shí)刻也會(huì)受到混合料溫度的影響。高溫（夏日溫度）可使脹大時(shí)刻縮短，低溫（冬天溫度）則使脹大時(shí)刻延伸。當(dāng)溫度低于零度時(shí)，脹大進(jìn)程即告中止，但混合料并不會(huì)遭到損壞。解凍后脹大進(jìn)程又會(huì)從頭繼續(xù)下去，在這種狀況下，須將凍住的時(shí)刻計(jì)入脹大時(shí)刻之內(nèi)。

在拌和效果杰出的狀況下，拌和進(jìn)程完畢后即已能夠到達(dá)80％左右的終究流限，而在拌和效果不良的狀況下，這一比值則降低到大約35％。由此可見，在拌和效果杰出和高溫條件下，經(jīng)過5個(gè)小時(shí)的脹大時(shí)刻后即已到達(dá)終究流限。反之，在拌和效果不良和低溫條件下，則需求24小時(shí)方能到達(dá)終究流限。

關(guān)于脹大進(jìn)程是否已經(jīng)完畢，需求細(xì)心地進(jìn)行調(diào)查，因?yàn)槊洿蟛怀渑娴膽腋∫阂环矫嫫鸩坏街С行Ч?，另方面也?huì)因?yàn)殡S后的脹大而引起膨潤(rùn)土管路的堵塞，而且引起頂進(jìn)管與周圍土層之間表觀沖突系數(shù)的上升，然后或許導(dǎo)致提高頂進(jìn)阻力。

對(duì)充沛脹大的膨潤(rùn)上懸浮液來說，流限在停止?fàn)顩r下可到達(dá)上限值。如懸浮液變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀況，例如因?yàn)閾u擺、振蕩或泵送等等，立刻又出現(xiàn)流限的下限值，這便是活動(dòng)狀況下的流限，或者也能夠說是運(yùn)動(dòng)流限。一且再次停止下來，流限又會(huì)升高，經(jīng)過必定時(shí)刻之后再次到達(dá)其上限值。

懸浮液經(jīng)每次停止之后都能夠到達(dá)流限的上限值。然而在到達(dá)終究流限之前，假如懸浮液又變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀況，那么流限的升高進(jìn)程便也或許中斷。

蒙脫土微粒在紙牌房子式結(jié)構(gòu)上的變化，用咱們的肉眼是看不見的，但卻能夠經(jīng)過流限的變化丈量出來，因而一種懸浮液的觸變性也是能夠?yàn)樵蹅兊母泄偎煊X的，而這種觸變性作為懸浮波物相恣意多次的改變，咱們能夠?qū)⑺硎緸槟z→←溶膠