CN106007639A - 一种高粘度触变性泥浆的制备方法 - Google Patents

一种高粘度触变性泥浆的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高粘度触变泥浆的制备方法。该方法包括工艺步骤：1)双组份现场配制产品，其中，A组份为改性膨润土，A组份与水的混合重量份比例为1：1.5～1：3；B组份为硅酸盐类增粘添加剂，现场A组份与B组份的重量份配比为12.5：1～20：1；2)A组份泥浆充分搅拌均匀后，按配比加入B组份增粘添加剂，在充分搅拌均匀后形成高粘性触变泥浆进行施灌。本发明的制备方法以无机类膨润土与水制成泥浆体，通过与添加剂反应形成一种高粘度触变性泥浆，以满足盾构机在复杂地层中的安全掘进。

Description

一种高粘度触变性泥浆的制备方法
技术领域
本发明涉及一种隧道施工技术领域，特别是涉及一种盾构机在复杂岩土地层掘进中用于处理涌水、清渣、保压、泥膜制备的高粘度触变性泥浆体及其制备方法。
背景技术
在地下隧道掘进施工中，通常采用盾构机掘进，盾构机在复杂的软弱岩体掘进中，会遇到破碎岩层、砂、卵、砾石层、溶洞、孤石和上软下硬的地层。导致盾构机刀盘卡盘，刀具脱落无法掘进；盾构机机姿不正；掘进出现空洞地表下陷；土仓突发性出现冒水；涌水、土仓岩土失稳、无法开仓等难以解决的技术问题，常常给盾构机在掘进中带来安全风险。查阅国外资料近似的材料也在试用中，无相关的明确数据。
常规土仓泥膜开仓维护的时间不稳定，一般1天～3天就需重新做泥膜，给施工带来一定的风险和困难。由于盾构机掘进施工中可能出现的种种安全风险，也成为所属领域技术人员的难以解决的技术难题。
发明内容
为克服上述盾构机施工的技术问题，本发明的目的是提供一种高粘度触变性泥浆的制备方法，以无机类膨润土与水制成泥浆体，通过与添加剂反应形成一种高粘度触变性泥浆，以满足盾构机在复杂地层中的安全掘进。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
一种高粘度触变泥浆的制备方法，包括以下工艺步骤：
1)双组份现场配制产品，其中，A组份为改性膨润土，A组份与水的混合重量份比例为1：1.5～1：3；B组份为硅酸盐类增粘添加剂，现场A组份与B组份的重量份配比为12.5：1～20：1；
2)A组份泥浆充分搅拌均匀后，按配比加入B组份增粘添加剂，在充分搅拌均匀后形成高粘性触变泥浆进行施灌。
本发明高粘度触变泥浆的制备方法，步骤1)中，A组份与水的混合采用立式旋转回流搅拌槽(同时增加上半搅拌器和循环泵)或剪切泵搅拌均匀。
本发明高粘度触变泥浆的制备方法，A组份中的改性膨润土与水搅拌均匀后待用时间在不少于30min。
本发明高粘度触变泥浆的制备方法，所述增粘添加剂为硅酸钙、硅酸钠等硅酸盐类化合物。
本发明高粘度触变泥浆的制备方法，步骤1)中，从起始～45min，所述A组份泥浆体粘度范围在10～90dpa.s。
本发明高粘度触变泥浆的制备方法，步骤2)中，所述A组份与B组份配制浆体的比例12.5：1～17.5：1，混合增粘时间不少于15min。
本发明高粘度触变泥浆的制备方法，步骤2)中，B组份添加剂增粘后，在15min～45min时间内，其粘度变化范围在350～600dpa.s。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)通过膨润土掺入硅酸盐类增粘添加剂，提高浆体的高粘度性和满足可灌浆条件的触变性，同时解决盾构机掘进时渣土裹携性，提高清渣能力，提高保护刀盘和刀具保护土仓掌子面的安全稳定性和裂隙封闭性和对水的控制性。
2)减少岩层产生的冒水、突水影响，提高盾构机开仓仓体的保压性，控制盾构机在各异向性复合岩土掘进时的机姿，沉降翘尾等技术问题。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例结合效果试验例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
实施例1
本发明实施例的一种高粘度触变性泥浆的制备方法，可表述如下：
1)双组份现场配制产品，A组份为改性膨润土，A组份(衡盾泥)与水的重量份配比为1：2.0(其中A组份粉料500kg，水1000kg)制备泥浆，采用立式旋转回流搅拌槽(同时增加上半搅拌器和循环泵)搅拌均匀，静置待用时间30min～45min，A组份泥浆体要求均匀，不结团；
2)B组份为增粘添加剂硅酸钠溶液，用量100kg(硅酸钠40kg，水60kg)；A组份泥浆体与B组份的重量份配比为15：1，B组份增粘时间不少于15min；
3)采用卧式搅拌槽将A组份泥浆体与B组份增粘添加剂充分搅拌均匀，之后进行施灌；
在本发明的实施例中，混合后的泥浆体是一种高粘度触变性泥浆，其粘附能力高，从起始～45min，所述A组份泥浆体粘度范围在90dpa.s左右；B组份添加剂增粘后，在15min～45min时间内，其粘度变化范围在500dpa.s左右。
实施例2
本发明实施例的一种高粘度触变性泥浆的制备方法，可表述如下：
1)双组份现场配制产品，A组份为改性膨润土，A组份(衡盾泥)与水的重量份，配比为1：2.0(其中A组份粉料500kg，水1000kg)制备泥浆，采用剪切泵搅拌均匀，静置待用时间30min～45min，A组份泥浆体要求均匀，不结团；
2)B组份为增粘添加剂硅酸钠溶液，用量100kg(硅酸钠40kg，水60kg)；A组份泥浆体与B组份的重量份配比为15：1，B组份增粘时间不少于15min；
3)采用卧式搅拌槽将A组份泥浆体与B组份增粘添加剂充分搅拌均匀，之后进行施灌；
在本发明的实施例中，混合后的泥浆体是一种高粘度触变性泥浆，其粘附能力高，从起始～45min，所述A组份泥浆体粘度范围在90dpa.s左右；B组份添加剂增粘后，在15min～45min时间内，其粘度变化范围在500dpa.s左右。
实施例3
本发明实施例的一种高粘度触变性泥浆的制备方法，可表述如下：
1)双组份现场配制产品，A组份为改性膨润土，A组份(衡盾泥)与水的重量份，配比为1：1.5(其中A组份粉料500kg，水750kg)制备泥浆，采用立式旋转回流搅拌槽(同时增加上半搅拌器和循环泵)搅拌均匀，静置待用时间30min～45min，A组份泥浆体要求均匀，不结团；
2)B组份为增粘添加剂硅酸钠溶液，用量100kg(硅酸钠40kg，水60kg)；A组份泥浆体与B组份的重量份配比为12.5：1，B组份增粘时间不少于15min；
3)采用卧式搅拌槽将A组份泥浆体与B组份增粘添加剂充分搅拌均匀，之后进行施灌；
在本发明的实施例中，混合后的泥浆体是一种高粘度触变性泥浆，其粘附能力高，从起始～45min，所述A组份泥浆体粘度范围在90dpa.s左右；B组份添加剂增粘后，在15min～45min时间内，其粘度变化范围在500dpa.s左右。
实施例4
本发明实施例的一种高粘度触变性泥浆的制备方法，可表述如下：
1)双组份现场配制产品，A组份为改性膨润土，A组份(衡盾泥)与水的重量份，配比为1：2.5(其中A组份粉料500kg，水1250kg)制备泥浆，采用立式旋转回流搅拌槽(同时增加上半搅拌器和循环泵)搅拌均匀，静置待用时间30min～45min，A组份泥浆体要求均匀，不结团；
2)B组份为增粘添加剂硅酸钠溶液，用量100kg(硅酸钠40kg，水60kg)；A组份泥浆体与B组份的重量份配比为17.5：1，B组份增粘时间不少于15min；
3)采用卧式搅拌槽将A组份泥浆体与B组份增粘添加剂充分搅拌均匀，之后进行施灌；
在本发明的实施例中，混合后的泥浆体是一种高粘度触变性泥浆，其粘附能力高，从起始～45min，所述A组份泥浆体粘度范围在90dpa.s左右；B组份添加剂增粘后，在15min～45min时间内，其粘度变化范围在500dpa.s左右.
实施例5
本发明实施例的一种高粘度触变性泥浆的制备方法，可表述如下：
1)双组份现场配制产品，A组份为改性膨润土，A组份(衡盾泥)与水的重量份，配比为1：3.0(其中A组份粉料500kg，水1500kg)制备泥浆，采用立式旋转回流搅拌槽(同时增加上半搅拌器和循环泵)搅拌均匀，静置待用时间30min～45min，A组份泥浆体要求均匀，不结团；
2)B组份为增粘添加剂硅酸钠溶液，用量100kg(硅酸钠40kg，水60kg)；A组份泥浆体与B组份的重量份配比为20：1，B组份增粘时间不少于15min；
3)采用卧式搅拌槽将A组份泥浆体与B组份增粘添加剂充分搅拌均匀，之后进行施灌；
在本发明的实施例中，混合后的泥浆体是一种高粘度触变性泥浆，其粘附能力高，从起始～45min，所述A组份泥浆体粘度范围在90dpa.s左右；B组份添加剂增粘后，在15min～45min时间内，其粘度变化范围在500dpa.s左右.
以下为效果试验例内容。
效果试验例1
应用地质环境如下：
福建省福州市某项目，处于江河岸边，地质条件为强风化花岗岩碎块，细砂、中砂淤泥质夹薄层粉砂、淤泥层是强潮河口的上软下硬地层，盾构机整体处于原江软硬交界段，顶部覆土16.5m，盾构机在此处刀盘卡住，转动不顺畅，需进行进仓清障。但常规的膨润土泥浆无法形成气压封闭，泥浆串出江面，采用水泥-水玻璃浆液在封闭土层时，又极易将刀盘固死，无法转动，为确保进仓安全，采用衡盾泥高粘性触变泥浆形成气压封闭环境。
采用实施例1的高粘性触变泥浆注入使用过程可表述如下：
将实施例1高粘性触变泥浆的输洞井下浆料斗车，盾构机端头通过注浆泵和预埋注浆孔管注入土仓，置换土仓内原膨润土浆体，衡盾泥裹携渣土通过螺旋机排出，封仓保压，分级保压，分级补注衡盾泥，开仓清障、更换刀具(开仓带压压力2.2bar)。(注：要求保持2.3bar以下恒压2小时)
随着衡盾泥的注入置换原土仓内泥浆，同时随衡盾泥的排出，浆体内裹携出砂粒，碎石，砾石，和脱落的刀具，砾石最大直径20cm，主要的直径10cm的为主。
置换至一定量时，对土仓进行保压，保压要求至3.5bar，每降至3.0bar时进行补浆，保压约9.5天，带压开仓压力2.2bar，进仓进行清障更换刀具，带压开仓清障共20天，共更换刀具48把，未再进行第二次泥膜的制备，土仓内衡盾泥粘在掌子面良好，轨迹清晰，保压性好。共耗用衡盾泥15吨，土仓泥膜粘附性清晰轨迹。
效果试验例2
甘肃省兰州市某项目，隧道埋深11.4～40.4m，水位埋深3.12～11.65m，地下分部连续，为地表水和黄河补给，以及流动地下水方式补给，地下水位高，渗透系数大(65～75m3/天)，地层为全断面3-11卵石层，饱和夹薄层或透胶状砂层，粒径大于2.00mm，漂石、卵石平均含量占64.53％，一般粒径20～60mm。
盾构机掘进过程中，出现多次卡刀盘和超挖刀盘泡沫管路基本堵塞，结合掘进时螺旋机出过正面刮刀情况，盾构机的道具可能崩断式脱落，需进行开仓检查和清理泡沫管路。
采用实施例2的高粘性触变泥浆注入使用过程可表述如下：
A组份与水重量份配比为1：1.8～1：2.0，采用高速剪切泵制备泥浆，效果明显，实际使用22吨A粉，制备40方衡盾泥材料，混合计量及配比错误，浪费4方，土仓实际注入量36方，置换渣土15方左右，螺旋机出渣大部分为破碎卵石，粒径5-10CM。分级加压过程，最后一级保压3.5Bar,且在期间进行刀盘旋转、盾体回缩工作，盾体实际回缩量为8CM。浆气置换过程中衡盾泥材料连续排出时停止作业。
满足一次性泥浆护壁稳压开仓、清障、换刀、维修刀盘的安全施工要求。
效果试验例3
某工程项目，地质条件为近河道岸边，全端面卵石层，最大粒径20cm的漂石卵石平均含量占64.53％，一般粒径20～60cm，地下水丰富，渗透系数65-72m/d，盾构机深埋32.5m，水头高度21.0m。
盾构机在推进中，扭矩变大，速度下降，油压增加，出渣异常，时干时稀不易控制，渣土中卵石破碎较高，渣温35～40℃，出现卡住刀盘，通往刀盘的泡沫管基本被堵塞，需开仓清障检查。
使用实施例1高粘性触变泥浆注入土仓，通过带压开仓后，刀盘已被渣土糊死，需进行刀盘清障、更换刀具，共耗作业时间4天，未再进行二次重做泥膜，确保施工安全。
效果试验例4
某工程项目，在盾构机推进中，推进参数异常，推力，扭矩较大，油温较高，排出石块温度达65℃，自462环开始，推进过程中地面出现漏气，土仓内土压保压较低，并出现喷涌，需开仓检查清障。
采用实施例1的高粘性触变泥浆注入置换土仓内的泥浆渣土，随衡盾泥的排出，浆体裹携出砂粒、碎石、碎石直径约20cm，衡盾泥置换到一定量时，对土仓进行保压，要求保压至1.2bar，保压约2天，带压开仓压力1.2bar，带压开仓清障检查道具共耗用13天，未进行第二天泥膜的制备。
本发明解决盾构机在掘进中砾石、卵石的裹携清渣；保护刀盘刀具；盾构机开仓时土仓内泥膜保护，封闭控制岩土层中心的渗水、冒水、突涌水，确保土仓内施工的安全稳定性，提高开仓后仓体的保压性；调整和控制盾构机在各类不良地层介质中的掘进机资和控制机身的沉降，翘起问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种高粘度触变泥浆的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
1)双组份现场配制产品，其中，A组份为改性膨润土，A组份与水的混合重量份比例为1：1.5～1：3；B组份为硅酸盐类增粘添加剂，现场A组份与B组份的重量份配比为12.5：1～20：1；
2)A组份泥浆充分搅拌均匀后，按配比加入B组份增粘添加剂，在充分搅拌均匀后形成高粘性触变泥浆进行施灌。
2.根据权利要求1所述的高粘度触变泥浆的制备方法，其特征在于：步骤1)中，A组份与水的混合采用立式旋转回流搅拌槽(同时增加上半搅拌器和循环泵)或剪切泵搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的高粘度触变泥浆的制备方法，其特征在于：A组份中的改性膨润土与水搅拌均匀后待用时间在不少于30min。
4.根据权利要求1所述的高粘度触变性泥浆的制备方法，其特征在于：所述增粘添加剂为硅酸钙、硅酸钠等硅酸盐类化合物。
5.根据权利要求1所述的高粘度触变性泥浆的制备方法其特征在于：步骤1)中，从起始～45min，所述A组份泥浆体粘度范围在10～90dpa.s。
6.根据权利要求1所述的高粘度触变性泥浆的制备方法，其特征在于：步骤2)中，采用卧式搅拌槽将A组份泥浆体与B组份增粘添加剂充分搅拌均匀。
7.根据权利要求6所述的高粘度触变性泥浆的制备方法，其特征在于：所述A组份与B组份配制浆体的比例12.5：1～17.5：1，混合增粘时间不少于15min。
8.根据权利要求6所述的高粘度触变性泥浆的制备方法，其特征在于：步骤2)中，B组份添加剂增粘后，在15min～45min时间内，其粘度变化范围在350～600dpa.s。
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