CN103244135B - 一种用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，其通过在通过往高渗透性地层注入化学浆液，填充地层空隙，降低地层渗透系数，并利用泥浆压力递增、泥浆粘度递增、反复气-浆置换等技术等措施，解决在高渗透性地层中气压开仓泥膜制造困难的问题。本发明安全经济、节约工期、易于施行，适宜广泛应用于盾构施工工程当中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，可在高渗透地层盾构隧道开挖掌子面制造优质泥膜，从而确保气压开仓安全。
背景技术
现在进行如地下铁隧道建设的大型地下隧道工程时，基本都是采用盾构施工技术。盾构施工技术是利用盾构机开挖隧道实现的，在盾构施工过程中，难免出现刀具磨损，需要进行开仓更换刀具，当更换刀具处地质条件较好或具备改良条件时，采用常压开仓可以解决开仓问题。当地质条件较差时，需要制造泥膜后，进行气压开仓。在高渗透性地层则需采取地层加固措施，采用封闭止水帷幕隔水后再进行地层加固，从而保障加固效果，因此需要大量的资金投入及较长的工期，但是该方法存在加固体裹住盾构机筒体和刀盘的巨大风险；若采用常规方法制造泥膜气压开仓，因高渗透性地层的特点，难以制造出优质泥膜，从而无法保障土舱的密闭性，不具备气压开仓条件，因此给开仓作业带来很大困难，也是盾构施工中的一大难题。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，其包括以下步骤，
1）在刀盘前方和盾体上方的高渗透性的地层设置多个注浆孔；
2）从注浆孔往地层内注入化学浆液，填充地层空隙；
3）往土舱内注入泥浆后保压，保压2个小时，在土舱与开挖面附近的地层间形成泥膜；
4）停止注入泥浆，往土舱内注入压缩空气，使得泥膜失水后和开挖面附近的地层固结，并在泥膜表面形成新的渗压通道，保压一段时间，实现压缩空气置换泥浆；
5）停止注入压缩空气，往土舱内注满泥浆，重复步骤3）和步骤4)，实现泥浆置换压缩空气，增加泥膜的厚度，增强泥膜的强度，直至在土舱与开挖面附近地层间制作出所需强度的泥膜。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤1）中，所述注浆孔的间距为1米。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤2）中，注入的化学浆液为丙烯酰胺浆液。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤3）中，当泥膜形成后，逐级提高泥浆粘度和泥浆压力，往往土舱内注入新的泥浆后保压2个小时，在旧泥膜表面形成一层新泥膜。
作为上述技术方案的进一步改进，所述泥浆的初始压力为外部的水土压力加上20kPa，泥浆的初始粘度为30S。
作为上述技术方案的进一步改进，所述泥浆增加的级数为3~5级，泥浆压力每级增加20kPa，泥浆粘度每级提高10S。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤4）中，所述压缩空气的压力等于泥浆的压力，压缩空气保压时间为1~2个小时，当漏气量大于40m3/h时，及时注入泥浆。
本发明的有益效果是：本发明通过往高渗透性地层注入化学浆液，填充地层空隙，降低地层渗透系数，并利用泥浆压力递增、泥浆粘度递增、反复气-浆置换等技术等措施，解决在高渗透性地层中气压开仓泥膜制造困难的问题。本发明安全经济、节约工期、易于施行，适宜广泛应用于盾构施工工程当中。
附图说明
下面结合附图及实例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明中地层原状；
图2是本发明中采用化学浆液改良后地层性状；
图3是本发明中采用低泥浆压力和低泥浆粘度时制造泥膜状态，图中的箭头表示泥浆的压力；
图4是本发明中采用高泥浆压力和高泥浆粘度时制造泥膜状态，图中的箭头表示泥浆的压力；
图5是本发明中采用压缩空气置换泥浆示意图，图中的箭头表示压缩空气的压力；
图6是本发明中用泥浆置换压缩空气示意图，图中的箭头表示泥浆的压力。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明本发明的应用。
参照图1～图6，一种用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，其包括以下步骤，
1）在刀盘前方和盾体上方的高渗透性的地层1设置多个注浆孔3；
2）从注浆孔3往地层内注入化学浆液4，填充地层空隙2；
3）往土舱内注入泥浆后保压，保压2个小时，在土舱与开挖面附近的地层间形成泥膜5；
4）停止注入泥浆，往土舱内注入压缩空气，使得泥膜5失水后和开挖面附近的地层固结，并在泥膜5表面形成新的渗压通道6，保压一段时间，实现压缩空气置换泥浆；
5）停止注入压缩空气，往土舱内注满泥浆，重复步骤3）和步骤4)，实现泥浆置换压缩空气，增加泥膜5的厚度，增强泥膜5的强度，直至在土舱与开挖面附近地层间制作出所需强度的泥膜5。
进一步作为优选的实施方式，在步骤1）中，所述注浆孔3的间距为1米。
进一步作为优选的实施方式，在步骤2）中，注入的化学浆液4为丙烯酰胺浆液。它是以有机化合物丙烯酰胺为主剂，配合其他药剂而制成的液体，其粘滞性与水接近，且凝结前基本维持基本不变，以水溶性状态注入土中，发生聚合反应后形成具有弹性的、不溶于水的聚合物。化学浆的材料表如下所示：
化学浆液材料表
进一步作为优选的实施方式，在步骤3）中，当泥膜5形成后，逐级提高泥浆粘度和泥浆压力，往土舱内注入新的泥浆后保压2个小时，在旧泥膜表面形成一层新泥膜。泥浆是由高钙粉煤灰、水泥和石膏拌制的高掺量粉煤灰水泥浆。高钙粉煤灰是由褐煤燃烧而得的粉煤灰，除二氧化硅和氧化铝外，一般含10%以上的氧化钙，本身具有一定的水硬性。由于粉煤灰的容重（表观密度）只有水泥的2/3左右，而且粒形好，能填充得更密实；能对水泥颗粒起物理分散作用，使其分布得更均匀；还可以延缓水泥的水化速度，使水泥水化得更充分。水泥的固化作用和高钙粉煤灰的水硬性，可以增大置换泥浆的强度，能承受上土层压力的作用，避免塌落；水泥的水化膨胀还可以降低泥浆本身的沉降和压缩。
进一步作为优选的实施方式，所述泥浆的初始压力为外部的水土压力加上20kPa，泥浆的初始粘度为30S。
进一步作为优选的实施方式，所述泥浆增加的级数为3~5级，泥浆压力每级增加20kPa，泥浆粘度每级提高10S。
进一步作为优选的实施方式，在步骤4）中，所述压缩空气的压力等于泥浆的压力，压缩空气保压时间为1~2个小时，当漏气量大于40m3/h时，及时注入泥浆。
下面是本发明的一个实施例：
1）、在盾构机停机位置刀盘前方和盾体的高渗透性的地层1布设多个注浆孔3，注浆孔3间距1米，采用配置的化学浆液4注入地层，填充地层空隙2，降低渗透系数。
2）、往土舱内注入泥浆，初始泥浆粘度30S，初始泥浆压力设定为水土压力+20kPa，并保压；每保压2个小时，提高泥浆粘度和泥浆压力，再次保压两个小时，分3~5个等级提高压力和粘度。
3）、采用压缩空气置换土舱内泥浆，使泥膜5和开挖面附近地层失水固结，并在泥膜表面形成新的渗透通道6，气压保压1~2小时。
4）、新的渗透通道6形成后，往土舱注满泥浆，重复2），再次通过泥浆的渗透增厚、增强泥膜5。
5）、根据需要，通过步骤2）、步骤3）和步骤4）的重复，实现在高渗透性地层中制造优质泥膜。
以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，其特征在于：其包括以下步骤，
1）在刀盘前方和盾体上方的高渗透性的地层设置多个注浆孔；
2）从注浆孔往地层内注入化学浆液，填充地层空隙；
3）往土舱内注入泥浆后保压，保压2个小时，在土舱与开挖面附近的地层间形成泥膜；
4）停止注入泥浆，往土舱内注入压缩空气，使得泥膜失水后和开挖面附近的地层固结，并在泥膜表面形成新的渗压通道，保压一段时间，实现压缩空气置换泥浆；
5）停止注入压缩空气，往土舱内注满泥浆，重复步骤3）和步骤4)，实现泥浆置换压缩空气，增加泥膜的厚度，增强泥膜的强度，直至在土舱与开挖面附近地层间制作出所需强度的泥膜。
2.根据权利要求1所述的用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，其特征在于：在步骤1）中，所述注浆孔的间距为1米。
3.根据权利要求1所述的用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，其特征在于：在步骤2）中，注入的化学浆液为丙烯酰胺浆液。
4.根据权利要求1所述的用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，其特征在于：在步骤3）中，当泥膜形成后，逐级提高泥浆粘度和泥浆压力，往土舱内注入新的泥浆后保压2个小时，在旧泥膜表面形成一层新泥膜。
5.根据权利要求4所述的用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，其特征在于：所述泥浆的初始压力为外部的水土压力加上20kPa，泥浆的初始粘度为30S。
6.根据权利要求5所述的用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，其特征在于：所述泥浆增加的级数为3~5级，泥浆压力每级增加20kPa，泥浆粘度每级提高10S。
7.根据权利要求1所述的用于高渗透性地层中制造泥膜的施工方法，其特征在于：在步骤4）中，所述压缩空气的压力等于泥浆的压力，压缩空气保压时间为1~2个小时，当漏气量大于40m3/h时，及时注入泥浆。
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