CN106554780B - 一种防结泥饼的高效改良剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防结泥饼的高效改良剂，包括以下质量含量的原料制成：抗粘添加剂0.5～3.0％、阴离子表面活性剂4.0～10.0％、非离子表面活性剂A 1.0～4.0％和非离子表面活性剂B 1.0～4.0％，余量为水，质量总量为100％；抗粘添加剂为聚丙烯酸钠和木质素磺酸钠中的一种或两种。该防结泥饼的高效改良剂显著降低渣土的粘附性，减少渣土对刀盘的粘附和堵塞，且提高渣土的流塑性、降低能耗。

Description

一种防结泥饼的高效改良剂
技术领域
本发明属于盾构隧道施工技术领域，具体涉及一种防结泥饼的高效改良剂。
背景技术
目前我国所应用的盾构类型主要为土压平衡式盾构，其适应的地质范围非常广泛。土压平衡盾构施工成功的关键在于有效的渣土改良。渣土改良就是通过盾构机上的专用装置向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入改良剂，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使改良剂与渣土混合，其主要目的就是使盾构切削下来的渣土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，以满足在不同地质条件下采用不同掘进模式掘进时都可达到理想的工作状况。
盾构在可塑、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掘进时，开挖面的粘性土体受刀盘刀具的碾压，在渣土改良不当时，极易自刀盘中心位置向四周逐步在刀盘面和土仓内壁形成泥饼，堵塞刀盘开口，加重盾构刀盘和刀具的负荷，降低施工效率；此外，当刀盘泥饼与土仓中隔板的长时间摩擦，会导致中隔板等位置的温度快速升高，引起回转中心橡胶密封件性能的下降，威胁盾构施工的安全。目前“结泥饼”问题一直是盾构法施工领域未能完全解决的一大难题，始终困扰着行业施工人员。
综合国内外研究现状，目前盾构施工中常用的渣土改良剂有膨润土、泡沫剂和聚合物，其中泡沫剂是迄今为止最先进、最有效的改良剂。而泡沫剂的应用研究在国外比较先进，我国对泡沫剂的应用和研究起步比较晚，技术相对落后，研制的泡沫剂性能差异较大，稳定性、渗透性较差，对于粘性矿物含量较高的易结泥饼的粘性土地层的改良效果较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种显著降低渣土的粘附性，减少渣土对刀盘的粘附和堵塞，且提高渣土的流塑性、降低能耗的防结泥饼的高效改良剂。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为，一种防结泥饼的高效改良剂，包括以下质量含量的原料制成：抗粘添加剂0.5～3.0％、阴离子表面活性剂4.0～10.0％、非离子表面活性剂A1.0～4.0％和非离子表面活性剂B1.0～4.0％，余量为水，质量总量为100％；抗粘添加剂为聚丙烯酸钠和木质素磺酸钠中的一种或两种组成的混合物。
进一步地，该抗粘添加剂为1.0～2.0％、阴离子表面活性剂为6.0～8.0％、非离子表面活性剂A为2.0～3.0％和非离子表面活性剂B为1.5～3.0％。
进一步地，聚丙烯酸钠的分子量为2000～10000。
进一步地，该阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和脂肪醇硫酸钠的一种或两种组成的混合物；或者为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和脂肪醇硫酸钠的一种或两种与烷基苯磺酸钠组成的混合物。
进一步地，该非离子表面活性剂A为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述非离子表面活性剂B为烷基酚聚氧乙烯醚。
本发明还公开了上述一种防结泥饼的高效改良剂的制备方法，该方法包括如下：称取上述质量含量的各组分，将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂A、非离子表面活性剂B和抗粘添加剂依次加入水中，搅拌使其充分溶解混合，反应即得。
本发明一种防结泥饼的高效改良剂的有益效果如下：(1)避免渣土中粘粒聚集形成泥饼，能显著降低渣土的粘附性，减少渣土对刀盘的粘附和堵塞影响。(2)提高渣土的流塑性，方便渣土的输出。(3)产生的泡沫渗透性强，从注入口可迅速渗透到土体，其润湿性和分散性可得到快速和充分的发挥。(4)减小刀盘扭矩，降低总推力，降低能耗。(5)提高盾构掘进速度。
具体实施方式
本发明一种防结泥饼的高效改良剂，包括以下质量含量的原料制成：抗粘添加剂0.5～3.0％、阴离子表面活性剂4.0～10.0％、非离子表面活性剂A 1.0～4.0％和非离子表面活性剂B 1.0～4.0％，余量为水，质量总量为100％；该抗粘添加剂为聚丙烯酸钠和木质素磺酸钠中的一种或两种组成的混合物。优选地，抗粘添加剂为1.0～2.0％、阴离子表面活性剂为6.0～8.0％、非离子表面活性剂A为2.0～3.0％和非离子表面活性剂B为1.5～3.0％。聚丙烯酸钠的分子量为2000～10000。
其中，该阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和脂肪醇硫酸钠的一种或两种组成的混合物；或者为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和脂肪醇硫酸钠的一种或两种与烷基苯磺酸钠组成的混合物。优选地，阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。该非离子表面活性剂A为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述非离子表面活性剂B为烷基酚聚氧乙烯醚。
本发明中，上述的一种防结泥饼的高效改良剂的制备方法如下：称取上述质量含量的各组分，将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂A、非离子表面活性剂B和抗粘添加剂依次加入水中，搅拌使其充分溶解混合，反应即得。
各实施例如表1所示：
表1各实施例
上述各实施例制备所得的防结泥饼的高效改良剂，各项性能如表2所示：
表2防结泥饼的高效改良剂的性能
项目 指标
外观 无色透明液体
粘度(20℃，mPa.s) 1.9～3.0
PH值(20℃) 7.0±0.5
表面张力(20℃，mN/m) 29.0～31.5
密度(20℃，g/cm3) 1.03±0.02
环保性能 无毒、绿色环保
水溶性 完全溶解
泡沫发泡率范围 7～70倍
半衰期(min) 30～60
由表2可知，所制得的防结泥饼的高效改良剂，经盾构泡沫枪可产生稳定、细腻的泡沫，泡沫发泡率范围宽，在7～70倍，在相同的泡沫注入比条件下，使用本发明改良剂更省；常压下测试半衰期30min～60min，泡沫稳定性好，在渣土中稳定存在发挥作用的时间长。且无毒、绿色环保。
现场试验
将上述实施例中提供的防结泥饼高效改良剂在成都泥岩与砂卵石复合地层、广州红岩地层等地铁项目进行了应用。改良剂的使用是通过盾构泡沫系统，由水泵和泡沫泵按照一定的流量比例提供水和泡沫剂原液，两者在混合箱内混合，形成泡沫混合液，泡沫剂浓度选用1.5～3.0％；泡沫混合液在泡沫发生器中与气泵提供的空气充分接触，形成泡沫；一般按照开挖土体的体积的30％～60％设置泡沫流量，注入到盾构刀盘前方、土舱内或者螺旋输送机内。泡沫在刀盘、刀具、刀盘搅拌臂以及螺旋输送机叶片的强力搅拌作用下，微细泡沫与开挖的渣土均匀混合，填充渣土颗粒中的孔隙，提高渣土的和易性、止水性，降低渣土的粘聚力。
现场应用盾构开挖直径为6.3m，在盾构掘进过程中，通过泡沫系统按照以上方法在刀盘前方注入本发明提供的改良剂，经统计，达到较好改良效果时平均每延米使用本发明提供的改良剂30L～37L，折合成渣土体积则每立方渣土使用改良剂0.8L～1.0L。对改良后从螺旋输送机输出的渣土的流动性进行了测试，并通过手抓渣土对渣土的蓬松度和渣土中泡沫分布进行观测。渣土坍落度为10.0cm～20.0cm，渣土呈塑性流动状态，渣土中可见大量的微细泡沫均匀分布，渣土的蓬松度非常好；通过对盾构掘进参数的观测发现，使用本发明提供的改良剂，盾构掘进处于较佳状态：刀盘扭矩较低，总推力较小，掘进速度快，盾构出渣连续均匀，未见球状渣土出现，未形成泥饼，施工效率高。以实施例1、实施例2、实施例4、实施例6和实施例10制备的防结泥饼高效改良剂的效果好。
本发明提供的改良剂推荐使用浓度为1.5～3.0％，发泡率为20～30倍，泡沫注入比30～80％，具体参数需根据具体土层条件而定，当土层粘粒含量高时可适当提高泡沫混合液浓度，或适当降低发泡率，或适当增大泡沫注入比。
对比试验
选用了目前普遍使用的某知名国产产品和进口产品，在同一台盾构同一地层中使用，试验对比统计结果如表3所示：
表3该防结泥饼的高效改良剂与同类产品的对比
由表3可知，本发明中的防结泥饼的高效改良剂在盾构施工中使用效果良好，能显著降低总推力，减少泡沫消耗量，降低施工成本，完全满足盾构在粘粒含量较高地层的渣土改良要求。
该防结泥饼的高效改良剂带有高密度电荷及长链结构，针对粉质粘土的微观结构，能分散粘土颗粒，并且能进一步形成空间立体位阻效应，防粘土颗粒发生重新凝聚。该防结泥饼的高效改良剂专用于土压平衡盾构在可塑、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易形成泥饼地层。

Claims (3)

1.一种防结泥饼的高效改良剂，其特征在于，包括以下质量含量的原料制成：抗粘添加剂0.5～3.0％、阴离子表面活性剂4.0～10.0％、非离子表面活性剂A 1.0～4.0％和非离子表面活性剂B 1.0～4.0％，余量为水，质量总量为100％；
所述抗粘添加剂为聚丙烯酸钠和木质素磺酸钠中的一种或两种组成的混合物；所述聚丙烯酸钠的分子量为2000～10000；
所述阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和脂肪醇硫酸钠的一种或两种组成的混合物；或者为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和脂肪醇硫酸钠的一种或两种与烷基苯磺酸钠组成的混合物；
所述非离子表面活性剂A为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述非离子表面活性剂B为烷基酚聚氧乙烯醚。
2.按照权利要求1所述的一种防结泥饼的高效改良剂，其特征在于，其特征在于，所述抗粘添加剂为1.0～2.0％、阴离子表面活性剂为6.0～8.0％、非离子表面活性剂A为2.0～3.0％和非离子表面活性剂B为1.5～3.0％。
3.一种如权利要求1～2中任一项所述的防结泥饼的高效改良剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下：称取上述质量含量的各组分，将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂A、非离子表面活性剂B和抗粘添加剂依次加入水中，搅拌使其充分溶解混合，反应即得。
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