CN104150822B

CN104150822B - 触变泥浆及其制备方法

Info

Publication number: CN104150822B
Application number: CN201410349242.1A
Authority: CN
Inventors: 杨红军; 荣亮; 申会宇; 段树涛; 孙振川; 徐军哲; 贺楠; 刘明辉; 沈兆烨; 郑清君; 李锐
Original assignee: China Railway Tunnel Group Co Ltd CRTG; China Railway Tunnel Stock Co Ltd
Current assignee: China Railway Tunnel Group Co Ltd CRTG; China Railway Tunnel Stock Co Ltd
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: CN104150822A

Abstract

本发明公开了一种触变泥浆及其制备方法，旨在解决制备一种具有良好的胶体性能、触变性能和分散性能的触变泥浆的技术问题。本发明触变泥浆，以重量百分比计，其制备原料包括：钠基膨润土4～9%、纯碱0.2～0.4%、羧甲基纤维素钠CMC0.05～0.15%、聚丙烯酰胺PHP0.1～0.3%、余量为水。该制备方法包括下列步骤：选取原材料；混合搅拌；循环膨化。本发明触变泥浆具有良好的胶体性能、触变性能和分散性能，各项性能指标都能够完全满足或优于顶管施工的性能要求，且适用效果良好、适用范围广泛，制备工艺简便易操作，且制备成本较低，能够进一步节约施工成本。

Description

触变泥浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及顶管隧道施工技术领域，具体涉及一种触变泥浆及其制备方法。

背景技术

随着国内地下工程的发展，目前地铁出入口人行通道和街道地下人行通道越来越多的采用盾构顶管机进行施工，而且顶管隧道越来越长。如何减小顶管管节和地层之间的摩擦力，成为长大顶管隧道施工的关键。为此在顶管隧道施工过程要注入触变泥浆，触变泥浆在顶管施工过程中主要起到三个作用：①减阻作用，将顶进管道与土体之间的干摩擦转换为液体摩擦，减小顶进的摩阻力；②填补作用，浆液填补施工时管道与土体之问产生的空隙；③支撑作用，在注浆压力下，减小土体变形，使管洞变得稳定。因此，研究一种性能良好的触变泥浆配比及制备方法，将对顶管隧道施工技术的发展起到重要的推动作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好的胶体性能、触变性能以及分散性能的触变泥浆及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明触变泥浆，以重量百分比计，其制备原料包括：钠基膨润土4～9%、纯碱0.2～0.4%、羧甲基纤维素钠CMC0.05～0.15%、聚丙烯酰胺PHP0.1～0.3%、余量为水。

优选的，以重量百分比计，本发明触变泥浆的制备原料包括：钠基膨润土6%、纯碱0.3%、羧甲基纤维素钠CMC0.1%、聚丙烯酰胺PHP0.2%、余量为水。

优选的，所述钠基膨润土符合如下质量指标：粘度计600r/min读数≥35，虑矢量≤10cm³，75μm筛余≤3%质量分数。

优选的，所述水为自来水，pH值为6.8～7.2。

本发明触变泥浆的有益效果在于：采用上述原料配比配制得出的触变泥浆具有良好的胶体性能、触变性能和分散性能，各项性能指标都能够完全满足或优于顶管施工的性能要求，且适用效果良好、适用范围广泛。其胶体率≥98%，且成胶后不析水；高剪切低黏度，低剪切高黏度，剪切稀释指数达6.2以上；触变泥浆在PH6～10的范围内均可发挥增稠作用；在2800r/min转速下，搅拌10min，即成均匀的泥浆胶体，陈放过夜后，泥浆胶体充分膨胀，呈现较高的胶体黏度；具有良好的生物化学稳定性和热稳定性。

本发明触变泥浆的制备方法包括下列步骤：

（1）按照上述原料配比选取原材料；

（2）先将4～9%的钠基膨润土加入搅拌桶内，在搅拌的过程加入45～47.5%水，搅拌均匀；

（3）再将剩余的水、纯碱、CMC、PHP加入到步骤（2）所得的泥浆中，搅拌均匀；

（4）最后将步骤（3）所得的泥浆通过泥浆泵输送至储浆池内，膨化24小时。

在步骤（4）的膨化过程中，采用泥浆泵将泥浆进行循环。

在步骤（4）中所述的泥浆循环过程通过泥浆搅拌循环系统实现，该系统包括第一储浆池1、第二储浆池2、搅拌桶3和泥浆泵4，所述搅拌桶3通过泥浆输送管道6分别与所述第一储浆池1、第二储浆池2相连通；所述第一储浆池1与第二储浆池2之间通过泥浆输送管道7相连通；所述泥浆泵4设置于所述泥浆输送管道6和泥浆输送管道7的连通处；在泥浆输送管道6与搅拌桶3、第一储浆池1、第二储浆池2的连通处分别设有球阀5；在泥浆输送管道7与第一储浆池1、第二储浆池2的连通处也分别设有球阀5。

步骤（3）中配比混合后的泥浆在搅拌桶内进行搅拌均匀，然后经过泥浆泵，被输送至第一储浆池和第二储浆池，在泥浆膨化过程中，该系统可实现第一储浆池和第二储浆池内泥浆的相互循环，也能实现单个储浆池内泥浆的自循环。也可根据需要增加并排的多个储浆池，同样的方法实现储浆池内的自循环和池间的相互循环。该循环过程可以使触变泥浆膨化更均匀、得到的触变泥浆性能更好。

本发明触变泥浆的制备方法的有益效果在于：工艺简单、易于操作；所用设备为常规设备，市场易购置；制备过程中人工需求少，循环膨化过程中无需人员留守；制备成本较低，能够进一步节约施工成本。

附图说明

图1为泥浆搅拌循环系统的结构示意图。

其中，1为第一储浆池；2为第二储浆池；3为搅拌桶；4为泥浆泵；5为球阀；6、7为泥浆输送管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：一种触变泥浆，以重量百分比计，其制备原料包括：钠基膨润土5.5%、水93.9%、纯碱0.27%、羧甲基纤维素钠CMC0.09%、聚丙烯酰胺PHP0.24%。所用钠基膨润土符合如下质量指标：粘度计600r/min读数≥35，虑矢量≤10cm³，75μm筛余≤3%质量分数。所用水为自来水，pH值为6.8～7.2。

按照实施例1所述配方制备触变泥浆的方法，包括下列步骤：

（1）按实施例1所述原料配比选取原材料；

（2）先将钠基膨润土加入搅拌桶内，在搅拌的过程加入45%水，搅拌均匀；

（3）在将剩余的水、纯碱、CMC、PHP加入到步骤（2）所得的泥浆中，搅拌均匀；

（4）最后将步骤（3）所得的泥浆通过泥浆泵输送至储浆池内，进行膨化24小时，在膨化过程中，采用泥浆泵将泥浆进行循环。

步骤（4）中所述的泥浆循环过程通过一种泥浆搅拌循环系统实现，所述泥浆搅拌循环系统如图1所示，包括第一储浆池1、第二储浆池2、搅拌桶3、泥浆泵4，所述搅拌桶3通过泥浆输送管道6分别与所述第一储浆池1、第二储浆池2相连通；所述第一储浆池1与第二储浆池2之间通过泥浆输送管道7相连通；所述泥浆泵4设置于所述泥浆输送管道6和泥浆输送管道7的连通处；在泥浆输送管道6与搅拌桶3、第一储浆池1、第二储浆池2的连通处分别设有球阀5；在泥浆输送管道7与第一储浆池1、第二储浆池2的连通处也分别设有球阀5。

所述泥浆搅拌循环系统的工作方式如下：步骤（3）中配比混合后的泥浆在搅拌桶3内搅拌均匀，再经过泥浆泵4，被输送至第一储浆池1和第二储浆池2，在泥浆进行膨化的过程中，该系统可实现第一储浆池1和第二储浆池2内泥浆的相互循环，也能实现单个储浆池内泥浆的自循环。也可根据需要增加并排的多个储浆池，同样的方法实现储浆池内的自循环和池间的相互循环。

实施例2：一种触变泥浆，与实施例1的不同之处在于，以重量百分比计，其制备原料包括：钠基膨润土6.5%、水92.8%、纯碱0.36%、羧甲基纤维素钠CMC0.11%、聚丙烯酰胺PHP0.23%。

实施例3：一种触变泥浆，与实施例1的不同之处在于，以重量百分比计，其制备原料包括：钠基膨润土6%、水93.4%、纯碱0.3%、羧甲基纤维素钠CMC0.1%、聚丙烯酰胺PHP0.2%。

在以上实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

按照实施例2、实施例3的配方，采用与实施例1相同的方法，制备触变泥浆，所得的触变泥浆具有的性能指标如下表1所示。

本发明触变泥浆在顶管隧道施工过程中的使用过程及工作原理如下：在进行注浆时，从注浆孔注入的触变泥浆首先填补管节与周围土体之间的空隙，抑制地层损失的发展。触变泥浆与土体接触后，在注浆压力的作用下，注入的浆液向地层中渗透和扩散，先是水分向土体颗粒之间的孔隙渗透，然后是泥浆向土体颗粒之间的孔隙渗透；当泥浆达到可能的渗入深度之后静止下来，短时间内泥浆会变成凝胶体，充满土体的孔隙，形成泥浆与土壤的混合体；随着浆液渗透越来越多，会在触变泥浆与混合体之间形成致密的渗透块，随着渗透块的增多，在注浆压力的挤压作用下，许多的渗透块相互黏结，形成一个相对密实、不透水的套状物，即泥浆套。

泥浆套能够阻止泥浆继续渗入土层。如果注入的润滑泥浆能在管道外周形成一个比较完整的泥浆套，则接下来注入的触变泥浆就不能向外渗透，留在管道与泥浆套的空隙之间，在自重作用下，触变泥浆会先流到管节底部，随后向上涨起。当管洞充满触变泥浆时，顶进管节整个被膨润土悬浮液所包围，受到浮力作用，管节将至少变成部分飘浮，它们的有效重量将变小，甚至可能变成负的。管节在触变泥浆的包围之中顶进，其减摩效果良好。实际施工中，由于受环向空腔不连续、不均匀、泥浆流失、地下水影响以及压注浆工艺等因素影响，减摩效果会受到一定的影响。

触变泥浆渗入土层的孔隙内，充满孔隙并继续流动，其流速取决于孔隙的横断面与泥浆的流变特性。土体孔隙将对触变泥浆的流动产生阻力，在克服流动阻力的过程中，触变泥浆压力与地下水压力之差即压浆压力将随着渗入深度的增加而成比例地衰减。相应每一种压浆压力都有一个完全确定的渗入深度，即渗流距离。泥浆的渗流距离就相当于泥浆套的厚度。

为了能够形成低渗透性的膜，就必须使触变泥浆不太容易渗透到土体中去。泥浆浓度越高，在土体中的渗透距离越短。在高浓度泥浆和高注浆压力下容易形成泥浆套。一旦泥浆套形成，泥浆套厚度增加就会变慢。在触变泥浆中添加聚合物（聚丙烯酰胺），可以减小渗透，改善泥浆套的形成。聚合物通常是由大量的小化学单体连接在一起而形成大的长链分子，聚合物的长链分子就像增强纤维一样，形成一张网留住膨润土颗粒并堵塞土体孔隙。

由于管径差以及纠偏操作会使管道与土体之间产生空隙，周围土体要填补这些空隙，进而产生地面沉降。另外，每当后续管节随顶管机一起向前顶进时，会对周围土体产生剪切摩擦力，产生拖带效应，使得土体产生沿管道顶进方向移动；而当更换管节停止顶进时，土体会产生部分弹性回缩，向顶进的反方向移动。合理的注浆可以减小这些土层运动。

从注浆孔注入的触变泥浆首先会填补管节与周围土体之间的空隙，进而形成泥浆套。由于顶管机的开挖会对管道周围土体产生扰动，使部分土体结构遭到破坏而变成松散土体。在注浆压力作用下，泥浆套能够把超过地下水压力的液体压力传递到土体颗粒之间，成为有效应力压实土体。同时，触变泥浆的液压能够起到支撑管洞的作用。使其保持稳定，不让土体坍塌到管节上，从而减小地面沉降。由于土体与管节之间被泥浆隔离，使得管节顶进对土体产生的剪切摩擦力大大减小，可以减小深层土体移动。

基于以上因素，顶管施工所需的触变泥浆必须具有的性能如下表2所示。

按照本发明的配方及方法制备的触变泥浆，具有良好的胶体性能、触变性能和分散性能，各项性能指标都能够完全满足或优于顶管施工的性能要求，且适用效果良好、适用范围广泛，该方法简便易操作，且制备成本较低，能够进一步节约施工成本。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims

1.一种触变泥浆，其特征在于，以重量百分比计，其制备原料包括：钠基膨润土4～6.5%、纯碱0.2～0.4%、羧甲基纤维素钠CMC0.05～0.15%、聚丙烯酰胺PHP0.1～0.3%、余量为水；其中，所述钠基膨润土符合以下质量指标：粘度计600r/min读数≥35，滤矢量≤10cm³，75μm筛余≤3%质量分数。

2.根据权利要求1所述的触变泥浆，其特征在于，以重量百分比计，其制备原料包括：钠基膨润土6%、纯碱0.3%、羧甲基纤维素钠CMC0.1%、聚丙烯酰胺PHP0.2%、余量为水。

3.根据权利要求1所述的触变泥浆，其特征在于，所述水为自来水，pH值为6.8～7.2。

4.一种触变泥浆的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）按照权利要求1所述的原料配比选取原材料；

（2）先将4～6.5%的钠基膨润土加入搅拌桶内，在搅拌的过程加入45～47.5%水，搅拌均匀；

（4）最后将步骤（3）所得的泥浆通过泥浆泵输送至储浆池内，膨化24小时；

在步骤（4）的膨化过程中，采用泥浆泵将泥浆进行循环；所述的泥浆循环过程通过泥浆搅拌循环系统实现，该系统包括第一储浆池（1）、第二储浆池（2）、搅拌桶（3）和泥浆泵（4），所述搅拌桶（3）通过第一泥浆输送管道（6）分别与所述第一储浆池（1）、第二储浆池（2）相连通；所述第一储浆池（1）与第二储浆池（2）之间通过第二泥浆输送管道（7）相连通；所述泥浆泵（4）设置于所述第一泥浆输送管道（6）和第二泥浆输送管道（7）的连通处；在第一泥浆输送管道（6）与搅拌桶（3）、第一储浆池（1）、第二储浆池（2）的连通处分别设有球阀（5）；在第二泥浆输送管道（7）与第一储浆池（1）、第二储浆池（2）的连通处也分别设有球阀（5）。