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强透水性地质条件下泥水盾构泥浆成膜技术
1泥浆基本性质参数及评价指标
1.1泥浆基本性质参数
泥浆被称为泥水盾构的血液，它不仅肩负着维护开挖面稳定的重责，还担任着携带渣土的重任，泥浆参数的选择与控制对泥水盾构的正常安全施工具有极其重要的意义。
1) 比重
泥浆比重通常是泥水盾构施工中泥浆管理的重要指标，它表征着泥浆中固相颗粒含量的多少。
通常来说，泥浆比重越大，其形成的泥膜质量越好，对开挖面稳定越有利；同时泥浆的比重越大，泥浆对掘削渣土的悬浮能力越强，泥浆的携渣能力就越强。
但是，泥浆比重越大，其在管道中流动的摩阻力就越大，容易使泥浆泵的超负荷运转；同时比重越大，地表泥水分离设备的负荷就越重，泥水分离难度越大。
综上所述，泥浆要具有合适的比重，要在保证开挖面稳定和出渣能力的基础上尽量小。
2) 粘度
为了确保泥浆发生以下作用，泥浆还必须具备一定的粘度：
① 防止泥浆析水或泥水舱中泥浆固体颗粒沉淀，一旦这样，泥浆的比重及粘度均将难以保证，这将严重威胁开挖面安全；
② 防止逸泥或发生泥浆劈裂现象；
③ 增加泥浆的悬浮能力，防止出渣时渣土在泥水舱底部或排泥管道中沉淀，引发欠挖、假推或水锤现象，诱发开挖面失稳。
通常来说，泥浆的粘度越大，泥浆在开挖面越容易形成泥膜，形成泥膜的质量也越好，同时，泥浆的粘度越大，泥浆对渣土的悬浮能力就越强，泥浆的出渣能力也越强。
但是，泥浆的粘度越大，泥浆在管道中流动的摩阻力也越大，容易使泥浆泵超负荷运转；泥浆粘度越大，地表泥水分离设备泥水分离的难度也越大；同时，泥浆粘度越大，泥浆的造价就越高。
综上所述，泥浆要具有合适的粘度，要在保证开挖面稳定和出渣能力的基础上，同时考虑泥浆泵的负荷、泥水分离效果及泥浆的造价。
3) 级配
泥浆的比重表征着泥浆中固相颗粒的多少，而泥浆的级配则表征着泥浆中固相颗粒的粒径。不同的地层孔隙需要不同粒径的颗粒去堵塞，故盾构机在不同的地层中掘进时需要泥浆中具有不同级配的固相颗粒。
例如，在粘土及粉细砂地层中施工时，泥浆中仅具有粘土颗粒就可以保证成膜质量，但在砾砂甚至卵砾石地层施工时，就必须要求泥浆中含有一定量的细砂(即泥浆中有一定的含砂量)来帮助堵塞地层孔隙，这样才能保证在开挖面上形成不透水或微透水的泥膜，保证开挖面安全。
1.2泥浆基本性质评价指标
为方便管理泥浆参数，一般我们用以下几个指标来评价泥浆的基本性质：
1) 比重
在工程中，我们常用泥浆比重称来测量泥浆比重，见图2-1。工程中常用的进浆比重为1.1~1.25之间。

图2-1 泥浆1002型比重称
2) 粘度
泥浆的粘度分为两种：一种为漏斗粘度，用漏斗粘度仪测定，见图2-2；一种为塑性粘度，用旋转粘度仪测定，见图2-3，工程中常用的泥浆粘度为20~30s。
图2-2 1006型漏斗粘度仪
图2-3 ZNN—D6型电动六速旋转粘度计
3) 级配
泥浆的固相物质的级配可有两种方法测得：＞0.25mm的颗粒的级配可由筛分获得，见图2-4；＜0.25mm的颗粒的级配可由激光颗分仪获得，见图2-5。
以上方法得到的泥浆级配精确，但比较慢，不便捷，工程中使用另外一种方法来间接地反映泥浆的级配，即通过测定泥浆的含砂量，来反映泥浆中粗颗粒的含量，进而在某种程度上反映泥浆的级配。泥浆含砂量可用泥浆含砂量计测得，见图2-5。
图2-4 土壤筛
图2-5 激光颗分仪
图2-6 泥浆含砂量计

4) 物理稳定性
泥浆的物理稳定性系指泥浆长时间静置后，泥浆中颗粒保持悬浮物理状态的能力，通常用界面高度来描述泥浆物理稳定性的好坏。
将一定量的泥浆置于量筒中，经过一段时间的静置后，部分土颗粒失去散悬特性出现沉淀，泥浆的表层出现清水，底部出现土颗粒，清水与泥浆之间出现分解面，清水与泥浆间分解面高度的经时变化，即为泥浆的界面高度变化，见图2-7。由泥浆的界面变化情况可鉴别泥水中土颗粒的沉淀程度，即泥水的物理稳定性的好坏。界面高度变化越小，说明泥浆的物理稳定性越好。反之，亦反。
图2-7 泥浆物理稳定性测试试验
5) 成膜质量
泥浆的前4个基本性质评价的都是泥浆的单个指标，它是单独的评价泥浆性能的指标，和开挖地层没有直接关系，但泥浆的成膜质量则是综合地评价了泥浆的特性以及泥浆与地层的适应性。
众所周之，泥水盾构开挖面稳定性由下列三个因素综合作用而维持：
① 泥浆压力平衡土压力和水压力；
② 在开挖面上形成不透水的泥膜，让泥浆压力有效地发挥作用；
③ 泥浆从开挖面渗透到一定范围的地层中，使开挖面附近地层增加粘聚力；
其中在开挖面上形成不透水的泥膜是核心因素，只有保证了这一条，泥水舱才能够封闭，泥浆压力才能够保持，开挖面才有稳定的前提。
泥浆的成膜试验运用自制的泥水成膜装置实现，如图2-8所示。成膜装置由①土槽、②泥浆槽、③活塞、④加压砝码以及⑤排水管等组成。
①
⑤
②
③
④
图2-8 成膜装置
泥水成膜装置为圆柱形，由有机玻璃制成，内径为75mm，高为600mm，有足够的强度，能承受至少0.3MPa的压力。试验步骤为：
① 装入5cm排水层并击实；
② 将地层装入成膜装置内，分层装入并击实，直至目标处，控制地层干密度及渗透系数和实际地层一致；
③ 由排水管从下往上慢慢将水渗入地层，使其饱和；
④ 将预先准备好的泥浆沿玻璃棒慢慢注入成膜装置，避免扰动地层颗粒；
⑤ 将活塞抹油后慢慢压入成膜装置内，使活塞底部与泥浆表面充分接触；
⑥ 分级加载(0.05MPa、0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa及0.3MPa)，并读取每级荷载下泥浆滤水量的变化情况，直至稳定；
⑦ 取出泥膜，测定其形式及厚度。
泥浆的成膜质量能综合地评价泥浆的各项特性以及泥浆与地层的适应性，是泥浆各指标中的核心指标，也是确定其他指标参数的依据。
2泥膜的定义、作用、分类及质量评价方法
2.1 泥膜的定义及作用
泥浆在泥浆压力和地下水压间压力差的作用下向地层中渗透，渗透过程中泥浆颗粒淤堵地层孔隙或淤堵在地层表面形成微透水或不透水的地层，这种微透水或不透水的地层即称为泥膜。
泥膜的作用：泥膜的形成阻止泥浆进一步向地层渗透保持了泥水舱内的泥浆压力，同时不透水的泥膜将部分泥浆压力转化为有效应力作用在开挖面上，支护了开挖面土体，保证了开挖面的稳定。
2.2 泥膜的分类
根据泥膜的形成类型，我们可以将泥膜分为三类，即泥皮型、渗透带型及泥皮＋渗透带型，如图2-9所示。
(a) 泥皮型泥膜 (b) 渗透带型泥膜 (c) 泥皮+渗透带型泥膜
图2-9 三种类型泥膜
泥皮型泥膜：当地层颗粒较细时(例如粉细砂层或粘土层)，颗粒间的孔隙更细，泥浆中的固相颗粒无法渗入地层内部形成渗透带，而仅在地层表面淤堵形成泥皮，见图2-9(a)。
渗透带型泥膜：当地层颗粒较粗时(例如砾砂或卵砾石地层)，颗粒间的孔隙也较大，此时如果泥浆中的固相颗粒粒径较小不足以淤堵在地层表面形成泥皮，泥浆中固相颗粒将直接渗入地层填充地层颗粒间孔隙形成渗透带，见图2-9(b)。
泥皮+渗透带型泥膜：当泥浆中固相颗粒的粒径和地层中颗粒的粒径相适宜时，泥浆中固相颗粒将部分渗入地层形成渗透带，部分淤堵在地层表面形成泥皮，见图2-9(c)。
一般来说，哪种地层能形成哪种泥膜在一定程度上是可以确定的，例如粉细砂层或粘土层仅能形成泥皮型泥膜，因为连颗粒最细的纯膨润土泥浆都无法渗透进入地层内部形成渗透带；但同时又是可以变化的，例如在砾砂层或卵砾石地层：当泥浆中固相颗粒粒径较小时，泥浆仅能形成渗透带型泥膜，甚至泥浆大量流失不能形成泥膜；当泥浆中固相颗粒稍大时，泥浆中即有颗粒能渗透进入地层形成渗透带，又有颗粒能淤堵在地层表面形成泥皮，这种情况下即可以形成泥皮+渗透带型泥膜；当泥浆中固相颗粒粒径进一步增大，增大到所有颗粒都不能渗透进入地层形成渗透带，这种情况下，泥浆中固相颗粒仅能淤堵在地层表面形成泥皮。
由于泥浆从开挖面渗透到一定范围的地层中，可以增加开挖面地层的粘聚力，同时泥浆中颗粒淤堵在地层表面形成泥皮可以有效地阻止了泥浆进一步向地层中渗透，有利于保证泥水压力，所以对于开挖面稳定来言泥膜质量：泥皮+渗透带型＞泥皮型＞渗透带型。我们可以根据工程需要配制不同的泥浆来形成不同形式的泥膜。
2.3泥膜质量的评价方法
泥膜的形成一方面阻止了泥浆进一步向地层中渗透保持了泥水舱内的泥浆压力，一方面将部分的泥浆压力转化为有效应力作用在开挖面土体上保证开挖面稳定。泥膜质量实际上反映了泥浆与地层的匹配程度，泥浆与地层匹配良好，则泥膜容易形成，形成后致密，反之亦然。
在试验室我们以滤水量的大小评价泥膜质量：泥膜形成过程中泥浆滤失量小说明泥膜容易形成，泥膜形成后滤水量小说明泥膜致密，两者均小则说明泥膜质量良好。
3五种制浆剂作用效果研究
本工程新浆的调制使用华北油田提供的NSHS-1、NSHS-2、NSHS-3、NSHS-4、NSHS-5等5种制浆剂进行。此5中制浆剂是由数种产品复合而成，结构比较复杂，由于使用了多种高分子聚合物，同时同种高分子聚合物又因其分子量不同、取代度不同、聚合度不同，故每种制浆剂的实际效果尚不是清楚，需进行试验研究。
3.1 NSHS-1型制浆剂
NSHS-1型制浆剂由大、中分子量的聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、抗钙剂、改性土、增效添加剂等组成。其2%水溶液的基本性质如表2-1所示。
表2-1 NSHS-1(2%水溶液)性质

Φ600
(mPa·s)
Φ300
(mPa·s)
塑性粘度
(mPa·s)
胶体率
(%)
NSHS-1(2%水溶液)
45
31
14
100
将NSHS-1(2%水溶液)与旧浆混合后，其性质见表2-2：
表2-2 旧浆与NSHS-1(2%水溶液)混合浆液性质

比重
漏斗粘度(s)
Φ600
(mPa·s)
Φ300
(mPa·s)
塑性粘度(mPa·s)
24h析水率(%)
旧浆
1.21
17.3
11
6
5
27
旧浆+2‰ 1#
1.2
27
22
11
11
20
旧浆+4‰ 1#
1.2
32
29
12
17
8
旧浆+6‰ 1#
1.19
40
35
18
17
3
旧浆+1% 1#
1.18
41
38
22
16
11
由表3可知，NSHS-1型制浆剂有增粘的效果，它可以同时提高泥浆的漏斗粘度及塑性粘度，降低析水率。只是建议添加量＜1%，因为添加量过多会引起泥浆絮凝，从而降低泥浆的漏斗粘度及塑性粘度，增加析水率。试验照片如图2-10所示。
图2-10 NSHS-1型制浆剂试验照片
3.2 NSHS-2型制浆剂
NSHS-2型制浆剂由不同级配的云母、蛭石、果壳、石棉粒、橡胶粉、单封等原植物纤维和惰性矿物质组成。其重要用途是洞门圈堵水、防止浅覆土层冒浆、封堵砂土层、砾石层、风化岩层等孔隙，配合其他材料形成致密泥膜，防止开挖面垮塌，起到稳定开挖面的作用。它被称为堵漏剂，建议加量：在易漏失地层占泥浆总量的0.8~4%(质量体积比)
3.3 NSHS-3型制浆剂
NSHS-3型制浆剂由不同的大、中分子量的聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、抗钙剂、乙烯基多元单体共聚物类、堵塞微孔膨胀剂、改性土、增效添加剂等组成。
其2%水溶液的基本性质如表2-3所示：
表2-3 NSHS-3(2%水溶液)性质

Φ600
(mPa·s)
Φ300
(mPa·s)
塑性粘度
(mPa·s)
胶体率
(%)
NSHS-3(2%水溶液)
72
53
19
100
将NSHS-3(2%水溶液)与旧浆混合后，其性质见表2-4：
表2-4 旧浆与NSHS-3(2%水溶液)混合浆液性质

比重
漏斗粘度(s)
Φ600
(mPa·s)
Φ300
(mPa·s)
塑性粘度(mPa·s)
24h析水率(%)
旧浆
1.21
19
14
7
7
27
旧浆+0.2‰ 3#
1.21
22.5
17
8
9
25
旧浆+0.5‰ 3#
1.21
25
19
9
10
20
旧浆+0.8‰ 3#
1.21
27
20
9
11
18
旧浆+1‰ 3#
1.2
29
24
11
13
13
旧浆+2‰ 3#
1.19
32
33
17
16
8
旧浆+4‰ 3#
1.21
19
14
7
7
36
由表2-3可知，NSHS-3型制浆剂有增粘的效果，它可以同时提高泥浆的漏斗粘度及塑性粘度，降低析水率。只是建议添加量＜4‰，因为添加量过多会引起泥浆絮凝，从而降低泥浆的漏斗粘度及塑性粘度，增加析水率。试验照片如图2-7 泥浆物理稳定性测试试验所示。
图2- 11 NSHS—3型制浆剂试验照片
3.4 NSHS-4型制浆剂
NSHS-4型制浆剂由分子量1500万以上的聚丙烯酸盐和聚丙烯酸盐的衍生物增效添加剂组成。
其2%水溶液的基本性质如
表2-5所示：

表2-5 NSHS-4(2%水溶液)性质

Φ600
(mPa·s)
Φ300
(mPa·s)
塑性粘度
(mPa·s)
胶体率
(%)
NSHS—4(2%水溶液)
42
32
10
100
将NSHS-4(2%水溶液)与旧浆混合后，其性质见表2-6：
表2-6 旧浆与NSHS-4(2%水溶液)混合浆液性质

比重
漏斗粘度(s)
Φ600
(mPa·s)
Φ300
(mPa·s)
塑性粘度(mPa·s)
24h析水率(%)
旧浆
1.21
19
14
7
7
27
旧浆+0.2‰ 4#
1.21
19
17
8
9
25.5
旧浆+0.5‰ 4#
1.21
21
17
8
9
30
旧浆+0.8‰ 4#
1.21
27
16
7
9
32
旧浆+1‰ 4#
泥浆发生严重絮凝现象，不可用
旧浆+2‰ 4#

由表2-6可知，NSHS-4型制浆剂为絮凝剂，少量添加一点点可以提高泥浆的漏斗粘度及塑性粘度，降低析水率，但加到0.5‰泥浆便出现轻微絮凝的现象，加到1‰泥浆便出现严重絮凝，由此可知NSHS-4型制浆剂的主要作用为抑制粘度分散，对泥水分离有益。其试验照片如图2-12所示。
图2-12 NSHS-4型制浆剂试验照片
3.5 NSHS-5型制浆剂
NSHS-5型制浆剂由不同吸附基和水化基团的大、中、小分子聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、聚丙烯腈盐类、抑制剂、改性土和增效添加剂组成。
其2%水溶液的基本性质如表2-7所示：
表2-7 NSHS-5(2%水溶液)性质

Φ600
(mPa·s)
Φ300
(mPa·s)
塑性粘度
(mPa·s)
胶体率
(%)
NSHS—5
(2%水溶液)
34
23
11
100
将NSHS-5(2%水溶液)与旧浆混合后，其性质见表2-8，NSHS-5型制浆剂为絮凝剂，主要作用为抑制粘度分散，对泥水分离有益。其试验照片如图2-13所示。
表2-8 旧浆与NSHS-5(2%水溶液)混合浆液性质

比重
漏斗粘度(s)
Φ600
(mPa·s)
Φ300
(mPa·s)
塑性粘度(mPa·s)
24h析水率
(%)
旧浆
1.21
19
14
7
7
27
旧浆+0.2‰ 5#
1.21
18.4
14
7
7
29
旧浆+0.5‰ 5#
1.21
21.2
15
8
7
34
旧浆+0.8‰ 5#
1.21
21.8
17
8
9
37
旧浆+1‰ 5#
1.21
22.1
17
8
9
38
旧浆+2‰ 5#
泥浆产生絮凝，沉淀物类似淤泥，泥浆析水严重

图2-13 NSHS—5型制浆剂试验照片
4淤泥质粉质粘土地层的泥浆配比及其基本性质研究
淤泥质粉质粘土地层渗透系数小(10-6cm/s)，地层孔隙小，开挖面泥膜形成容易。另，该地层颗粒中粉粘粒含量高，地层自造浆能力强，所以本类地层中泥浆的配制仅依靠地层的自造浆功能便可实现。
但同时由于该类地层的自造浆能力强，泥浆的比重参数不好控制。泥浆中多余的渣土颗粒粒径较小，不容易被泥水分离设备分离出去，故泥浆的比重容易偏高，见图2-14。
在本类地层中，泥浆的配制利用地层的自造浆能力进行即可，仅在泥浆中加入体积质量比为万分之二到千分之五的NSHS-5型制浆剂便可，添加NSHS-5型制浆剂用于抑制粘土分散，降低地层的自造浆能力。如泥浆比重仍过高，可通过弃浆加水的方法进行控制，抛弃的泥浆可储存于废浆池中(见图2-15)，以备以后使用。
该地层控制泥浆比重在1.1~1.15之间，粘度控制在20s左右。
图2-14 淤泥质粉质粘土地层的泥浆
图2-15 废浆池
5粉细砂地层的泥浆配比及其基本性质研究
本工程中粉细砂地层粒径比较单一，级配较差，稍有扰动地层极易液化，开挖面稳定问题比较重要，要保证开挖面安全必须在开挖面上形成致密的泥膜。然而，该类粉细砂地层颗粒粒径较小，泥浆不易渗入地层内部形成渗透带，仅能在地表淤堵形成泥皮。由于泥皮在扰动下极易发生破坏，所以要在此类地层保证开挖面稳定，就必须保证在开挖面表面形成致密强度高抗扰动能力强的泥皮。
现围绕如何在粉细砂表面形成致密泥皮展开室内试验研究。
(1) 试验用泥浆
本试验所用泥浆：现场调浆池旧浆＋制浆剂，泥浆配比及性质参数如表2-9，其中旧浆的颗粒曲线见图2-16。
表2-9 粉细砂地层泥浆配比室内试验研究所用泥浆的配比及性质参数
序号
泥浆配比
比重
漏斗粘度(s)
Φ600
(mPa·s)
Φ300
(mPa·s)
塑性粘度(mPa·s)
24h析水率
(%)
1
旧浆
1.15
17.3
10
5
5
41
2
旧浆+1‰ 1#
1.15
21.4
16
8
8
40
3
旧浆+2‰ 1#
1.14
22.8
20
10
10
20
4
旧浆+1‰ 3#
1.15
22.5
17
8
9
39
5
旧浆+2‰ 3#
1.14
24.4
23
11
12
14
6
旧浆+1‰ 5#
1.15
21
14
7
7
40
7
旧浆+2‰ 5#
泥浆产生絮凝，沉淀物类似淤泥，泥浆析水严重

图2-16 旧浆粒径分布曲线
由于7号浆出现絮凝现象，成膜试验仅选用前六种泥浆。
(2) 试验用地层
本工程中粉细砂地层颗粒的粒径70%以上集中在0.075~0.25mm之间，所以本试验选用粒径介于0.075~0.25mm之间的粉细砂来模拟实际工程中的粉细砂层，试验所用地层干密度及渗透系数与实际工程中一致，ρd=1.73g/cm3，渗透系数K=10-3cm/s。
(3) 成膜试验结果

①号泥浆试验结果：
形成7mm厚泥皮
图2-17 ①号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
图2-18 ①号泥浆成膜试验所形成泥膜

②号泥浆试验结果：
形成2.5mm厚泥皮
图2-19 ②号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
图2-20 ②号泥浆成膜试验所形成泥膜

③号泥浆试验结果：
形成1~2mm厚泥皮
图2-21 ③号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
图2-22 ③号泥浆成膜试验所形成泥膜

④号泥浆试验结果：
形成2mm厚泥皮
图2-23 ④号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
图2-24 ④号泥浆成膜试验所形成泥膜

⑤号泥浆试验结果：
图2-25 ⑤号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
形成1~2mm厚泥皮
图2-26 ⑤号泥浆成膜试验所形成泥膜

⑥号泥浆试验结果：
图2-27 ⑥号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
形成5mm厚泥皮
图2-28 ⑥号泥浆成膜试验所形成泥膜
(4) 试验结果分析及结论
从以上结果可以看出，泥浆粘度越大，24h析水率越小，泥浆所形成的泥皮滤水量越小，泥皮越薄，泥皮质量越致密。
根据试验结果，我们建议本工程粉细砂地层采用3号或5号泥浆配方，即泥浆由调浆池旧浆+NSHS-1或NSHS-3型制浆剂调配得到，旧浆的比重控制在1.15左右，NSHS-1或NSHS-3型制浆剂的添加量为2‰左右，粘度控制在20～25s。
6砾砂及圆砾地层的泥浆配比及其基本性质研究
虽说⑩号砾砂及⒀号圆砾层折合长度所占整个隧道的比例不足20%，但由于其渗透系数高达10-2cm/s，属于强透水地层，所以该类地层的存在给整条隧道的施工带来了极大的风险。
该类地层中＜0.075mm颗粒仅占整地层颗粒的10%左右，而＞2mm颗粒却占据整地层颗粒的40%以上。该类地层中细颗粒含量不足，地层自造浆能力差，要保证工程的正常施工必须向泥水系统中添加粘土等细颗粒物质，同时由于地层的渗透系数较大，泥浆中需含有一定量的细砂来帮忙淤堵地层孔隙，这样才能防止泥浆向地层中大量滤失而诱发开挖面失稳等现象发生。
本地层泥浆能否在开挖面上成功成膜，封闭掌子面，维持泥浆压力来保证开挖面稳定，是泥浆配制中最关心的问题。
(1) 试验用泥浆
本类地层室内试验膨润土+粘土/细砂+高分子聚合物，泥浆配比及性质参数如表。
表6-1 砾砂及圆砾地层泥浆配比室内试验研究所用泥浆的配比及性质参数
序号
泥浆配比
比重
漏斗粘度
(s)
Φ600
(mPa·s)
Φ300
(mPa·s)
塑性粘度(mPa·s)
1
基浆+＜0.075mm粘土
+0.3‰高分子聚合物
1.1
35
31
18
13
2
基浆+＜0.075mm粘土
+0.6‰高分子聚合物
1.2
63
56
34
21
3
基浆+＜0.075mm粘土
+0.9‰高分子聚合物
1.3
136
66
43
23
4
基浆+＜0.01mm细砂
+0.6‰高分子聚合物
1.1
59
40
27
13
5
基浆+＜0.01mm细砂 +0.9‰高分子聚合物
1.2
95
54
34
21
6
基浆+＜0.01mm细砂
+0.3‰高分子聚合物
1.3
56
49
31
18
7
基浆+＜0.25mm细砂
+0.9‰高分子聚合物
1.1
94
50
33
17
8
基浆+＜0.25mm细砂
+0.3‰高分子聚合物
1.2
57
52
32
20
9
基浆+＜0.25mm细砂
+0.6‰高分子聚合物
1.3
67
62
36
26
注：基浆为膨润土与水质量比为1：15的纯膨润土泥浆。
(2) 试验用地层
试验地层为颗粒粒径介于1~2mm间的砂土，见
图，渗透系数为1.4×10-2cm/s。

图6.1粒径为1~2mm间的砂土

(3) 成膜试验结果
①号泥浆试验结果：
图6.2 ①号泥浆粒径分布曲线
图6.3 ①号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
仅加一级荷载0.05MPa，泥浆就快速滤出地层直至完全漏失，滤出水自8s时开始变浑，泥浆未能在该地层形成任何形式的泥膜。
②号泥浆试验结果：
图6.4 ②号泥浆粒径分布曲线

图6.5 ②号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
一级荷载0.05MPa一加上，泥浆的滤失量就很大，25s后滤失水开始变浑，随后滤水量逐渐稳定；二级荷载0.1MPa下，滤出水一直浑浊，且滤失量一直较大直至泥浆全部滤失，泥浆未能在该地层形成任何形式的泥膜。
③号泥浆试验结果：
图6.6 ③号泥浆粒径分布曲线
图6.7 ③号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
一级荷载0.05MPa一加上，泥浆的滤失量就很大，35s后滤失水开始变浑，随后滤水量逐渐稳定；二级荷载0.1MPa下，滤出水一直浑浊，且滤失量一直较大直至泥浆全部滤失，泥浆未能在该地层形成任何形式的泥膜。
④号泥浆试验结果：
图6.8 ④号泥浆粒径分布曲线
图6.9 ④号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
一级荷载0.05MPa一加上，泥浆的滤失量就很大，12s后滤失水开始变浑，随后滤水量逐渐稳定；二级荷载0.1MPa下，滤出水一直浑浊，且滤失量一直较大直至泥浆全部滤失，泥浆未能在该地层形成任何形式的泥膜。
⑤号泥浆试验结果：
图6.10⑤号泥浆粒径分布曲线
图6.11 ⑤号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
一级荷载0.05MPa下，虽说泥浆的滤失量也较大，但该级荷载下直至滤失量稳定时，滤失水始终清澈直至；二级荷载0.1MPa加上后4s后滤出水开始变浑，且滤失量一直较大直至泥浆全部滤失，泥浆未能在该地层形成任何形式的泥膜。
⑥号泥浆试验结果：
图6.12 ⑥号泥浆粒径分布曲线
图6.13 ⑥号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
一级荷载0.05MPa下，虽说泥浆的滤失量也较大，但该级荷载下直至滤失量稳定时，滤失水始终清澈；二级荷载0.1MPa加上后50s后滤出水开始变浑，但滤失量不大，其变化情况见图；三级及四级荷载下滤出水始终微显浑浊，；五级荷载0.25MPa加上后滤出水进一步变浑，但滤失量不大，未出现泥浆完全滤失的现象；六级荷载0.3MPa加上后，滤出水浑浊，但滤失量仍较稳定，也未出现泥浆完全滤失的现象；最终泥浆在地层表面形成1mm泥皮以及渗入试验地层长达22cm的渗透带，

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⑦号泥浆试验结果：
图6.15 ⑦号泥浆粒径分布曲线
图6.16 ⑦号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
整个试验中泥浆滤失量较小，不足60ml，且滤出水始终清澈，泥浆压力加至0.3MPa后仍未出现泥浆大量滤失的情况；泥浆在该地层形成泥皮+渗透带型泥膜(或仅有渗透带型泥膜)，其中泥皮厚1mm左右(介于有或没有之间)，渗透带厚3cm，见图。
图6.17 ⑦号泥浆成膜试验所形成泥膜

⑧号泥浆试验结果：
图6.18 ⑧号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
图6.19 ⑧号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
整个试验中泥浆滤失量进一步减小，不足30ml，且滤出水始终清澈，泥浆压力加至0.3MPa后仍未出现泥浆大量滤失的情况；同样泥浆在该地层形成泥皮+渗透带型泥膜，其中泥皮厚1mm左右，渗透带厚1cm左右，见图。
图6.20⑧号泥浆成膜试验所形成泥膜

⑨号泥浆试验结果：
图6.21 ⑨号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
图6.22 ⑨号泥浆成膜试验滤水量变化曲线
整个试验中泥浆滤失量为这9组试验中最小，不足20ml，且滤出水始终清澈，泥浆压力加至0.3MPa后仍未出现泥浆大量滤失的情况；同样泥浆在该地层形成泥皮+渗透带型泥膜(或泥皮型泥膜)，其中泥皮厚1mm左右，渗透带厚5mm左右(部分泥浆渗入其中)，见图。
图6.23 ⑨号泥浆成膜试验所形成泥膜
(4) 成膜试验结果分析及结论
由以上试验结果可知：当泥浆中固相颗粒粒径过小时，无论将其比重增加到多大，粘度增加到多高(例如③号泥浆比重1.3，粘度136s)，泥浆均不能在地层表面或淤堵淤堵地层孔隙形成泥膜，在高渗透地层中，泥浆的级配参数是决定泥浆能否成膜的关键参数。
当泥浆中固相颗粒粒径较大，与地层孔径大小相适宜时，泥浆便能在地层表面形成泥膜，这时泥浆的比重大粘度高，将对泥浆的成膜作用有利：比重越大、粘度越高，泥浆在成膜过程中的滤失量越少，形成泥膜的泥皮及渗透带均越短，泥膜越致密。
因此，可以得到以下结论：
① 在高渗透性地层，泥浆的级配参数是决定泥浆能否成膜的关键参数，其比重及粘度参数是提高成膜质量的辅助参数，泥浆中含有适量的细砂对成膜来说是必要的；
② 在泥浆级配满足成膜要求的前提下，泥浆比重越大，粘度越高，对成膜越有利；
③ 综合考虑泥浆的成膜效果及携砂能力，本类地层的新浆采用膨润土及高分子聚合物进行配制，旧浆比重控制在1.2左右，且要求泥浆中有一定的含砂率，泥浆粘度控制在25~30s。