CN103130439B - 土压平衡盾构机专用发泡剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土压平衡盾构机专用发泡剂，其按重量百分比计算，由以下组份组成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠6～12%，脂肪酸二乙醇酰胺3～6%，月桂酰胺丙基氧化胺3～6%，脂肪醇硫酸钠4～5%，甲基氯异噻唑啉酮0.2～0.3%，乙二胺四乙酸二钠0.1～0.2%，余下的是去离子水；在常温下将各组分混合搅拌均匀制成外观为无色透明的水溶性液体，该液体在温度为25℃下的密度为1.05±0.05克每立方米，PH值在7±0.5。该发泡剂的泡沫细腻丰富、稳定、泡沫半衰期长及高渗透性，其优异的润滑性能显著降低刀盘的扭矩，绿色环保，能很好地满足土压平衡盾构机掘进过程中改良渣土的要求。

Description

土压平衡盾构机专用发泡剂

技术领域

本发明关于一种土压平衡盾构机施工专用发泡剂。

背景技术

随着城市地下空间的发展，用于地下空间施工的盾构施工法，是现代城市隧道建设卓有成效的施工方法，但早期使用的盾构，在地下掘进时，为了保持开挖面的稳定，一般都在隧道内施加压缩空气或降低隧道沿线地下水位，甚至采用化学注浆等辅助技术措施。由于以上措施不利于对施工安全、地面沉降以及环境保护的控制，因而限制了盾构的应用与发展，从而推动了封闭式平衡原理盾构技术的开发和应用。而在封闭式平衡原理盾构技术中，土压平衡式盾构技术由于适用的地质条件由软弱粘性土到砂和砂砾土，范围不断扩展，因此得到广泛应用，并且以其技术和经济上的优越性，己经成为隧道建设的主流。从而也使得土压平衡盾构机用添加剂的市场需求量很大，其中泡沫类添加剂以其优点明显成为目前最先进的土体改良剂。优点如下：

1、与空气和清水比较，由于发泡剂的泡沫的悬渣能力高，因此可用较低的环空上返流速（仅为空气的3～6%），大大降低对井壁的冲蚀。

2、要求的风量和相应的风压较低，用同样的压风机可以比空气钻得更深。

3、与液体钻井液相比可以节约大量用水（仅为液体钻井液的1/10～1/500），可以有效地解决沙漠、高山、寒冻、严重漏失和干旱地区钻进的缺水问题。

4、泡沫比重轻，井内压力小，仅为水的1/20～1/30，特别适于低压地层钻进。

5、泡沫中的表面活性剂具有润滑性，泡沫具有一定的弹性，有利于减轻钻具的振动，减少回转功率消耗，降低钻具的磨损。

6、泡沫具有一定的吸附性、粘结性和淤塞性，并且由于质量轻而动力惯性小，因此对井壁有较好的保护作用。

7、捕集岩粉效果好，消除了空气钻井时的粉尘污染问题。

8、能防止冻结地层钻进因空气吹洗温度升高而引起的井壁融化坍塌问题。

但是，随着地下工程的进一步扩大，不同地区的土层性质不同，即地质条件各不相同，而土压平衡式盾构施工成功的关键是将开挖面切削下来的土体在压力舱内调整成一种“塑性流动状态”，以免开挖土在压力舱内发生闭塞、结饼、喷涌和开挖面失稳等工程事故。当地质条件不适合，就必须向开挖面和压力舱内注入添加剂。但目前使用的添加剂的气泡改良技术在可塑、硬塑状的粘土类地层，粘土质砂土地层，泥岩、泥质粉砂岩、母岩为花岗岩的残积土层，全风化岩层和强风化岩层等地层中掘进时易形成泥饼，当形成泥饼现象时会使掘进时刀盘的扭矩变小，推力大幅度增大，推进速度降低，出料少或几乎没有，泥饼的出现会造成掘进困难，使刀盘的温度急剧升，刀体受热膨胀，使刀圈产生偏磨或极剧磨损，若较长时间得不到处理，易造成地表塌方和盾构机严重损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效改善上述问题的发泡剂。

本发明中的土压平衡盾构机专用发泡剂按重量百分比计算，由以下组份组成：

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠6～12%，

脂肪酸二乙醇酰胺3～6%，

月桂酰胺丙基氧化胺3～6%，

脂肪醇硫酸钠4～5%，

甲基氯异噻唑啉酮0.2～0.3%，

乙二胺四乙酸二钠0.1～0.2%，

余下的是去离子水；

在常温下将各组分混合搅拌均匀制成外观为无色透明的水溶性液体，该液体在温度为25℃下的密度为1.05±0.05克每立方米，PH值在7±0.5。

优选地，按重量百分比计算，由以下成份组成：

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠9～12%，

脂肪酸二乙醇酰胺3～5%，

月桂酰胺丙基氧化胺3～6%，

脂肪醇硫酸钠4～5%，

甲基氯异噻唑啉酮0.2～0.3%，

乙二胺四乙酸二钠0.1～0.2%。

优选地，按重量百分比计算，由以下成份组成：

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠9～11%，

脂肪酸二乙醇酰胺4%，

月桂酰胺丙基氧化胺5%，

脂肪醇硫酸钠5%，

甲基氯异噻唑啉酮0.25%，

乙二胺四乙酸二钠0.15%。

优选地，按重量百分比计算，由以下成份组成：

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠10%，

脂肪酸二乙醇酰胺4%，

月桂酰胺丙基氧化胺5%，

脂肪醇硫酸钠5%，

甲基氯异噻唑啉酮0.25%，

乙二胺四乙酸二钠0.15%。

优选地，按重量百分比计算，由以下成份组成：

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠12%，

脂肪酸二乙醇酰胺6%，

月桂酰胺丙基氧化胺6%，

脂肪醇硫酸钠5%，

甲基氯异噻唑啉酮0.3%，

乙二胺四乙酸二钠0.2%。

优选地，按重量百分比计算，由以下成份组成：

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠11%，

脂肪酸二乙醇酰胺5%，

月桂酰胺丙基氧化胺4%，

脂肪醇硫酸钠4%，

甲基氯异噻唑啉酮0.2%，

乙二胺四乙酸二钠0.1%。

本发明中的发泡剂具有发泡效率高、泡沫稳定性好及生物降解性好等优点。用于土压平衡盾构机掘进施工，向盾构机开挖面、土压舱、螺旋输送机内注入泡沫，能有效改良土壤塑性，解决盾构掘进施工中压力舱闭塞、土体固结或排土器喷涌等常见技术难题，达到稳定开挖面土体、改良土体流塑性能、降低刀盘扭矩、减缓刀具磨损、提高掘进和出土效率。经过了在广州、深圳、成都、长沙及南昌等盾构施工单位的使用证明，本产品对渣土改良性能效果良好，各项指标均能符合盾构施工要求，达到国际先进水平。可充分解决“结泥饼”、“喷涌”等施工难题，确保盾构达到最佳推进效果，降低施工成本，提高施工效率。

具体实施方式

实施例一

本实施例中土压平衡盾构机专用发泡剂，按重量百分比计算，由以下成份组成：起发泡作用的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠6%，

起增稠、发泡、稳泡作用的脂肪酸二乙醇酰胺3%，

起发泡、稳泡作用的月桂酰胺丙基氧化胺3%，

起发泡、乳化分散作用的脂肪醇硫酸钠4%，

起防腐作用的甲基氯异噻唑啉酮0.2%，

起水质稳定剂作用的乙二胺四乙酸二钠0.1%，

以上的各组分缺一不可，余下是去离子水83.7%。

在常温下将各组分混合搅拌均匀制成发泡剂，该发泡剂的产品理化指标是

项目	理化指标
		外观	无色透明液体
密度25℃	1.05±0.05
		PH值	7±0.5
水溶性	与水任意比例互溶
		环保性能	无毒环保产品

在使用本发明中的发泡剂时，由于发泡剂在使用时需要加水稀释，因此不同的地层建议的用量为下表，按重量百分比计，如此可以获得更好的效果。

实施例二

本实施例中土压平衡盾构机专用发泡剂，按重量百分比计算，由以下成份组成：起发泡作用的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠12%，

起增稠、发泡、稳泡作用的脂肪酸二乙醇酰胺3%，

起发泡、稳泡作用的月桂酰胺丙基氧化胺3%，

起发泡、乳化分散作用的脂肪醇硫酸钠4%，

起防腐作用的甲基氯异噻唑啉酮0.2%，

起水质稳定剂作用的乙二胺四乙酸二钠0.1%，

去离子水77.7%。

混合后的发泡剂的理化指标与实施例一的相同。

实施例三

本实施例中土压平衡盾构机专用发泡剂，按重量百分比计算，由以下成份组成：起发泡作用的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠9%，

起增稠、发泡、稳泡作用的脂肪酸二乙醇酰胺3%，

起发泡、稳泡作用的月桂酰胺丙基氧化胺4%，

起发泡、乳化分散作用的脂肪醇硫酸钠5%，

起防腐作用的甲基氯异噻唑啉酮0.3%，

起水质稳定剂作用的乙二胺四乙酸二钠0.2%，

去离子水78.5%。

混合后的发泡剂的理化指标与实施例一的相同。

实施例四

本实施例中土压平衡盾构机专用发泡剂，按重量百分比计算，由以下成份组成：起发泡作用的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠12%，

起增稠、发泡、稳泡作用的脂肪酸二乙醇酰胺6%，

起发泡、稳泡作用的月桂酰胺丙基氧化胺6%，

起发泡、乳化分散作用的脂肪醇硫酸钠5%，

起防腐作用的甲基氯异噻唑啉酮0.3%，

起水质稳定剂作用的乙二胺四乙酸二钠0.2%，

去离子水70.5%。

混合后的发泡剂的理化指标与实施例一的相同。

实施例五

本实施例中土压平衡盾构机专用发泡剂，按重量百分比计算，由以下成份组成：起发泡作用的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠10%，

起增稠、发泡、稳泡作用的脂肪酸二乙醇酰胺4%，

起发泡、稳泡作用的月桂酰胺丙基氧化胺5%，

起发泡、乳化分散作用的脂肪醇硫酸钠5%，

起防腐作用的甲基氯异噻唑啉酮0.25%，

起水质稳定剂作用的乙二胺四乙酸二钠0.15%，

去离子水75.6%。

混合后的发泡剂的理化指标与实施例一的相同。

实施例六

本实施例中土压平衡盾构机专用发泡剂，按重量百分比计算，由以下成份组成：起发泡作用的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠11%，

起增稠、发泡、稳泡作用的脂肪酸二乙醇酰胺5%，

起发泡、稳泡作用的月桂酰胺丙基氧化胺4%，

起发泡、乳化分散作用的脂肪醇硫酸钠4%，

起防腐作用的甲基氯异噻唑啉酮0.2%，

起水质稳定剂作用的乙二胺四乙酸二钠0.1%，

去离子水75.7%。

混合后的发泡剂的理化指标与实施例一的相同。

综上所述，本发明中的发泡剂具有以下优点：

1、泡沫细腻丰富、稳定、半衰期长，该泡沫外层形成一种胶状保护膜，泡沫稳定不易破裂；泡沫润滑效果优异，能使泡沫在土体与刀盘得到良好的润滑性，从而减小开挖土体的内摩擦角，降低刀盘的扭矩，提高了挖掘土渣的流塑性，改善了盾构机作业参数；泡沫渗透性高，能使泡沫迅速渗透到土体与开挖机工作表面，其高渗透性进而使泡沫的润湿性、分散性得到充分发挥。

2、抗渗透性强，使整个盾构机掘进力均匀，工作面压力变动小，有利于调整土仓压力，保证盾构机掘进姿态，控制地表沉降。

3、能显著降低粘土的粘性，粘土不容易粘附在压力舱壁及刀盘上，土体不容易形成结饼的现象，达到改善土体的致密性、提高土体的流动性，从而使其容易充满土仓和螺旋输送器的全部空间，对开挖面实行密封以维持开挖面的稳定性。

4、降低渣土的透水性，注入泡沫可以有效降低渣土的渗透性，有效防止掘进中喷涌的发生。

5、调整土仓内土体塑性流动性，切削后的渣土具有良好的塑性流动性，有效防止土仓内发生“泥饼”、“堵塞”现象的发生，不但可以能够使开挖面维持较好的支护压力，而且保证排土顺利进行。

6、绿色环保，生物降解性好，对土壤环境无污染。

将本发明中的产品与现有产品作试验后结果如下：

项目

掘进速度

刀盘转速

刀盘压力

刀盘扭矩

总推力

螺旋转速

发泡剂配合比

发泡剂流量

单位

mm/min

rpm

bar

KNM

KN

rpm

%

L/min

现有发泡剂

20～35

1.5

120～130

1700～2400

9000～11000

14

3～4

0.06

本发明中的发泡剂

40～70

1.5

100～110

1500～1700

6000～8500

14

2.5～3

0.045

由上面的数据可知，本发明中的发泡剂在盾构施工中表现出极好的润滑性能，显著降低刀盘的扭矩，极大提高掘进速度，能很好地满足土压平衡盾构机掘进过程中改良渣土的要求。

Claims (1)

1.一种土压平衡盾构机专用发泡剂，其特征在于，按重量百分比计算，由以下组份组成：

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠10%，

脂肪酸二乙醇酰胺4%，

月桂酰胺丙基氧化胺5%，

脂肪醇硫酸钠5%，

甲基氯异噻唑啉酮0.25%，

乙二胺四乙酸二钠0.15%；

余下的是去离子水；

在常温下将各组分混合搅拌均匀制成外观为无色透明的水溶性液体，该液体在温度为25℃下的密度为1.05±0.05克每立方米，PH值在7±0.5。