CN107461202B - 一种泥水盾构气压开仓保压材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泥水盾构气压开仓保压材料，由A组份和B组份构成，所述A组份由质量分数98.5～99.8％的纳米硅胶溶液、质量分数0.1～0.5％的增塑剂以及质量分数0.1～1％的稳定剂组成，B组份由质量分数90～97％的氯离子的溶液以及质量分数3～10％的高分子分散剂组成，其中，A组份中的二氧化硅与B组份中的氯离子的摩尔比不低于25:1。本发明提供的泥水盾构气压开仓保压材料掺入泥浆经反应后使的泥浆稠度上升，泥浆挂壁性提高；形成泥膜的内聚力提高，具有更好的气密性，保证了特殊地段带压进仓过程开挖面的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工材料及技术领域，特别的涉及一种泥水盾构气压开仓保压材料及其施工方法。
背景技术
随着我国经济建设的迅猛发展与综合国力的增强，城市规模不断的增大，城市人口流量增加，机动车辆呈现卒年上涨的趋势，交通状况不断恶化。为了改善交通环境，采取了各种措施，其中兴建地铁得到了普遍认可，由于在城市中修建地下铁道，其施工方法手段地面建筑物、道路、城市交通、水文地质、环境保护、施工机具意见资金条件等因素的影响较大。通常地铁施工方法有明挖法、盖挖法、暗挖法等。
明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。其优点是施工技术简单、快速、经济。但是该方法缺点明显，例如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境的影响较大等。
盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。盖挖法能够有效控制周围土体的变形和地表沉降，有利于保护临近建筑物和构筑物。然而盖挖法施工时，混凝土内衬的水平施工缝的处理较困难。
暗挖法是指在特定条件下，不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工法。暗挖法主要包括钻爆法、盾构法、掘进机发、浅埋暗挖法、顶管法、沉管法等。其中，盾构法具有以下优点：出竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可检索对附近居民的噪声和振动影响；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理；土方量少；穿越河道时不影响航运；施工不受风雨等气候条件的影响；在地质条件差、地下水位稿的地方建设埋深较大的隧道有较高的技术经济的优越性。
大直径泥水盾构法是新兴的城市地铁隧道施工方法，盾构施工中依靠刀具切削岩石和土体，会出现刀具磨损与刀盘中心结泥饼现象，往往需要施工人员进入工作仓进行带压进仓作业。气压进仓原理是：利用空气压缩机产生的压缩空气注入工作仓代替泥水压力，在工作仓内建立合理的气压来平衡刀盘前方水、土压力，达到稳定掌子面和防止地下水渗入的目的。气压建仓需要保证周围地层的气密性，对于普通地段可采用地面预加固的方法使地层稳定性提升，但是特殊地段，如江底段，不能采用地表加固的方法。砂砾石地层自身气密性差，在此地层中进行开仓工作，气压难以稳定，带压进仓工作难以进行。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种泥水盾构气压开仓保压材料，能够保证特殊地段带压进仓过程开挖面的稳定性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种泥水盾构气压开仓保压材料，由A组份和B组份构成，所述A组份由质量分数98.5～99.8％的纳米硅胶溶液、质量分数0.1～0.5％的增塑剂以及质量分数0.1～1％的稳定剂组成，B组份由质量分数90～97％的氯离子溶液以及质量分数3～10％的高分子分散剂组成，其中，A组份中的二氧化硅与B组份中的氯离子的摩尔比不低于25:1。
本发明中将饱和纳米硅胶溶液与含有氯离子的溶液混合加入至泥浆中时，氯离子能够催化纳米硅胶溶液发生胶凝反应，使泥浆变成凝胶状，从而使泥浆的具有保压性能。且本申请发明人发现，当二氧化硅与氯离子的摩尔比低于25:1时，即二氧化硅的含量低、氯离子含量高，会使泥浆不稳定，出现析出沉淀的现象，从而不能使泥浆产生保压效果。
本发明的目的之二是提供一种泥水盾构气压开仓泥浆，向泥浆中加入上述泥水盾构气压开仓保压材料。
本发明的目的之三是提供一种泥水盾构气压开仓的施工方法，采用上述泥水盾构气压开仓保压材料，将A组份和B组份同时加入至开仓用泥浆中，混合均匀后反应一段时间，即可用于开仓施工。
本发明的有益效果为：
本发明提供的泥水盾构气压开仓保压材料掺入泥浆经反应后使的泥浆稠度上升，泥浆挂壁性提高；形成泥膜的内聚力提高，具有更好的气密性与更高的强度，保证了特殊地段带压进仓过程开挖面的稳定性。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本申请中所述的纳米硅胶溶液含有二氧化硅纳米颗粒的溶液，该溶液为稳定透明的溶液。可以通过除去碱金属硅酸盐水溶液(如水玻璃)中的碱金属并在胶凝后再次液化而制得的。
本申请中所述的氯离子溶液是指溶质溶解于水中产生含有氯离子的溶液，所述溶质可以为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化锌等，所述含有氯离子的溶液可以为氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化钙溶液、氯化锌溶液等。
本申请中所述的增塑剂为环氧树脂、邻苯二甲酸二酯、邻苯二甲酸二辛酯、己二酸酯中的一种或多种的混合物。
本申请中所述的稳定剂为铝酸钠、四羟基合铝酸钠、氧化铝中的一种或者多种，与四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、三乙醇胺、乙醇胺中的一种或者多种的混合物。
本申请中所述的高分子分散剂为聚醚多胺、聚丙烯酰胺、丙烯酸聚氧乙烯醚酯、烯丙醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在特殊地段(如江底段)的开仓工作气压难以稳定的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种泥水盾构气压开仓保压材料。
本申请的一种典型实施方式，提供了一种泥水盾构气压开仓保压材料，由A组份和B组份构成，所述A组份由质量分数98.5～99.8％的纳米硅胶溶液、质量分数0.1～0.5％的增塑剂以及质量分数0.1～1％的稳定剂组成，B组份由质量分数90～97％的氯离子的溶液以及质量分数3～10％的高分子分散剂组成，其中，A组份中的二氧化硅与B组份中的氯离子的摩尔比不低于25:1。
本发明中将纳米硅胶溶液与含有氯离子的溶液混合加入至泥浆中时，氯离子能够催化纳米硅胶溶液发生胶凝反应，使泥浆变成凝胶状，从而使泥浆的具有保压性能。且本申请发明人发现，当二氧化硅与氯离子的摩尔比低于25:1时，即二氧化硅的含量低、氯离子含量高，会使泥浆不稳定，出现析出沉淀的现象，从而不能使泥浆产生保压效果。
优选的，A组份中的二氧化硅与B组份中的氯离子的摩尔比25～60:1。若二氧化硅含量过高，则会导致氯离子能够催化纳米硅胶溶液发生的胶凝反应时间变长，从而升高施工成本。
优选的，所述纳米硅胶溶液中二氧化硅的质量分数为15～35％。能够使改性后的泥浆具有更好的保压效果。
进一步优选的，所述B组份中氯离子的浓度为3～6mol/L。
更进一步优选的，所述A组份与B组份的质量比4～6:1。
本申请的另一种典型实施方式，提供了一种泥水盾构气压开仓泥浆，向泥浆中加入上述泥水盾构气压开仓保压材料。
优选的，所述泥水盾构气压开仓保压材料与的泥浆的质量比为1:5～1:6。
优选的，向泥浆中加入上述泥水盾构气压开仓保压材料混合均匀后，反应1～3h。既能够保证胶凝反应充分，又能防止时间过长，提高成本。能够使泥浆的稠度上升至60～100s。
本申请的第三种典型实施方式，提供了一种泥水盾构气压开仓的施工方法，采用上述泥水盾构气压开仓保压材料，将A组份和B组份同时加入至开仓用泥浆中，混合均匀后反应一段时间，即可用于开仓施工。
优选的，泥水盾构气压开仓保压材料与开仓用泥浆的质量比为1:5～6。
优选的，混合均匀后反应的时间为1～3h。
优选的，具体步骤为，将A组份和B组份同时加入至含有开仓用泥浆的浆池中，混合均匀后反应一段时间后随泥浆循环系统进入开挖面前方。
优选的，具体步骤为，将A组份和B组份同时加入至含有开仓用泥浆的泥浆运输车中，混合均匀后反应一段时间，泥浆运输车将反应后的泥浆运输至工作面位置，进行开仓泥浆置换。
优选的，具体步骤为，通过盾构机刀盘上预留的双液注浆孔直接将A组份和B组份注入到开挖面，注入后反应一段时间后即可达到保压目的。
优选的，将反应后的泥浆达到开挖面后进行12h～48h的保压。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本申请的技术方案。
实施例1：
A组份为质量分数99.3％的纳米硅胶溶液、质量分数0.2％的增塑剂以及质量分数0.5％的稳定剂组成，其中纳米硅胶溶液中纳米二氧化硅的质量分数为35％，增塑剂为环氧树脂，稳定剂为铝酸钠与四甲基氢氧化铵的混合物，B组份由质量分数96％的氯离子的溶液以及质量分数4％的高分子分散剂组成，其中氯离子溶液取3mol/L的氯化钠溶液，高分子分散剂为聚醚多胺，将A组份与B组份分别同时注入含有泥浆的浆池中，A组份与B组份质量比为4:1，且A、B的总质量与泥浆质量比为1:5，在浆池中A组份、B组份与泥浆进行拌合，同时进行胶凝反应，反应时间为2.5h，反应后获得改良泥浆，之后将改良泥浆由盾构的泥水循环系统注入盾构机开挖面前方，保压时间为24小时。
经检测：改良泥浆的稠度增长为79.2s，并出现挂壁性；采用改良泥浆加压过程中水面，没有出现大气泡，气密性提升。
实施例2：
A组份为质量分数99.3％的纳米硅胶溶液、质量分数0.2％的增塑剂以及质量分数0.5％的稳定剂组成，其中纳米硅胶溶液中纳米二氧化硅的质量分数为35％，增塑剂为邻苯二甲酸二酯，稳定剂为四羟基合铝酸钠与四乙基氢氧化铵的混合物，B组份由质量分数96％的氯离子的溶液以及质量分数4％的高分子分散剂组成，其中氯离子溶液取6mol/L的氯化钠溶液，高分子分散剂为聚丙烯酰胺，将A组份与B组份分别同时注入含有泥浆的浆池中，A组份与B组份质量比为5:1，且A、B的总质量与泥浆质量比为1:5，在浆池中A组份、B组份与泥浆进行拌合，同时进行胶凝反应，反应时间为2h，反应后获得改良泥浆，之后将改良泥浆由盾构的泥水循环系统注入盾构机开挖面前方，保压时间为24小时。
经检测：改良泥浆的稠度增长为74.3s，并出现挂壁性；采用改良泥浆加压过程中水面，没有出现大气泡，气密性提升。
实施例3：
A组份为质量分数99.3％的纳米硅胶溶液、质量分数0.2％的增塑剂以及质量分数0.5％的稳定剂组成，其中纳米硅胶溶液中纳米二氧化硅的质量分数为35％，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，稳定剂为氧化铝与三乙醇胺的混合物，B组份由质量分数96％的氯离子的溶液以及质量分数4％的高分子分散剂组成，其中氯离子溶液取6mol/L的氯化钠溶液，高分子分散剂为丙烯酸聚氧乙烯醚酯，将A组份与B组份分别同时注入含有泥浆的浆池中，A组份与B组份质量比为6:1，且A、B的总质量与泥浆质量比为1:5，在浆池中A组份、B组份与泥浆进行拌合，同时进行胶凝反应，反应时间为4h，反应后获得改良泥浆，之后将改良泥浆由盾构的泥水循环系统注入盾构机开挖面前方，保压时间为24小时。
经检测：改良泥浆的稠度增长为82.0s，并出现挂壁性；采用改良泥浆加压过程中水面，没有出现大气泡，气密性提升。
实施例4：
A组份为质量分数99.3％的纳米硅胶溶液、质量分数0.2％的增塑剂以及质量分数0.5％的稳定剂组成，其中纳米硅胶溶液中纳米二氧化硅的质量分数为15％，增塑剂为己二酸酯，稳定剂为铝酸钠与乙醇胺的混合物，B组份由质量分数96％的氯离子的溶液以及质量分数4％的高分子分散剂组成，其中氯离子溶液取6mol/L的氯化钠溶液，高分子分散剂为烯丙醇聚氧乙烯醚，将A组份与B组份分别同时注入含有泥浆的浆池中，A组份与B组份质量比为6:1，且A、B的总质量与泥浆质量比为1:5，在浆池中A组份、B组份与泥浆进行拌合，同时进行胶凝反应，反应时间为2.5h，反应后获得改良泥浆，之后将改良泥浆由盾构的泥水循环系统注入盾构机开挖面前方，保压时间为24小时。
经检测：改良泥浆的稠度增长为80.2s，并出现挂壁性；采用改良泥浆加压过程中水面，没有出现大气泡，气密性提升。
实施例5：
A组份为质量分数99.3％的纳米硅胶溶液、质量分数0.2％的增塑剂以及质量分数0.5％的稳定剂组成，其中纳米硅胶溶液中纳米二氧化硅的质量分数为20％，增塑剂为邻苯二甲酸二酯与邻苯二甲酸二辛酯的混合物，稳定剂为四羟基合铝酸钠、氧化铝、四乙基氢氧化铵的混合物，B组份由质量分数96％的氯离子的溶液以及质量分数4％的高分子分散剂组成，其中氯离子溶液取6mol/L的氯化钠溶液，将A组份与B组份分别同时注入含有泥浆的浆池中，A组份与B组份质量比为6:1，且A、B的总质量与泥浆质量比为1:5，在浆池中A组份、B组份与泥浆进行拌合，同时进行胶凝反应，反应时间为2.5h，反应后获得改良泥浆，之后将改良泥浆由盾构的泥水循环系统注入盾构机开挖面前方，保压时间为24小时。
经检测：改良泥浆的稠度增长为80.9s，并出现挂壁性；采用改良泥浆加压过程中水面，没有出现大气泡，气密性提升。
实施例6：
A组份为质量分数99.3％的纳米硅胶溶液、质量分数0.2％的增塑剂以及质量分数0.5％的稳定剂组成，其中纳米硅胶溶液中纳米二氧化硅的质量分数为35％，增塑剂为环氧树脂，稳定剂为铝酸钠与四甲基氢氧化铵的混合物，B组份由质量分数96％的氯离子的溶液以及质量分数4％的高分子分散剂组成，其中氯离子溶液取6mol/L的氯化钠溶液，高分子分散剂为聚醚多胺，将A组份与B组份分别同时注入含有泥浆的浆池中，A组份与B组份质量比为8:1，且A、B的总质量与泥浆质量比为1:5，在浆池中A组份、B组份与泥浆进行拌合，同时进行胶凝反应，反应时间为20h，反应后获得改良泥浆，之后将改良泥浆由盾构的泥水循环系统注入盾构机开挖面前方，保压时间为24小时。
经检测：改良泥浆的稠度增长为87.1s，并出现挂壁性；采用改良泥浆加压过程中水面，没有出现大气泡，气密性提升。
对比例1
不向泥浆中加入本申请记载的保压材料，直接采用盾构泥水循环系统注入盾构机开挖面前方。
经检测，泥浆稠度为25.6s，无挂壁性能，泥浆气压加压过程中水面出现大气泡，不具气密性，无法进行保压。
对比例2
A组份为质量分数99.3％的纳米硅胶溶液、质量分数0.2％的增塑剂以及质量分数0.5％的稳定剂组成，其中纳米硅胶溶液中纳米二氧化硅的质量分数为15％，增塑剂为环氧树脂，稳定剂为铝酸钠与四甲基氢氧化铵的混合物，B组份由质量分数96％的氯离子的溶液以及质量分数4％的高分子分散剂组成，其中氯离子溶液取6mol/L的氯化钠溶液，高分子分散剂为聚醚多胺，A组份与B组份质量比为3:1，且A、B的总质量与泥浆质量比为1:5，在浆池中A组份、B组份与泥浆进行拌合，同时进行胶凝反应，反应时间为1h，反应后获得改良泥浆，之后将改良泥浆由盾构的泥水循环系统注入盾构机开挖面前方。
经检测，该方法获得的改良泥浆不稳定，出现析出沉淀的现象，且采用该泥浆加压过程中水面出现大气泡，不具气密性，无法进行保压。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种泥水盾构气压开仓保压材料，其特征是，由A组份和B组份构成，所述A组份由质量分数98.5～99.8％的纳米硅胶溶液、质量分数0.1～0.5％的增塑剂以及质量分数0.1～1％的稳定剂组成，B组份由质量分数90～97％的氯离子的溶液以及质量分数3～10％的高分子分散剂组成，其中，A组份中的二氧化硅与B组份中的氯离子的摩尔比不低于25:1。
2.如权利要求1所述的泥水盾构气压开仓保压材料，其特征是，A组份中的二氧化硅与B组份中的氯离子的摩尔比25～60:1。
3.如权利要求1所述的泥水盾构气压开仓保压材料，其特征是，所述纳米硅胶溶液中二氧化硅的质量分数为15～35％。
4.如权利要求3所述的泥水盾构气压开仓保压材料，其特征是，所述B组份中氯离子的浓度为3～6mol/L。
5.如权利要求4所述的泥水盾构气压开仓保压材料，其特征是，所述A组份与B组份的质量比4～6:1。
6.一种泥水盾构气压开仓泥浆，其特征是，向泥浆中加入权利要求1～5任一所述的泥水盾构气压开仓保压材料。
7.如权利要求6所述的泥水盾构气压开仓泥浆，其特征是，所述泥水盾构气压开仓保压材料与泥浆的质量比为1:5～1:6。
8.如权利要求6所述的泥水盾构气压开仓泥浆，其特征是，向泥浆中加入上述泥水盾构气压开仓保压材料混合均匀后，反应1～3h。
9.一种泥水盾构气压开仓的施工方法，其特征是，采用权利要求1～5任一所述的泥水盾构气压开仓保压材料，将A组份和B组份同时加入至开仓用泥浆中，混合均匀后反应一段时间，即可用于开仓施工。
10.如权利要求9所述的施工方法，其特征是，具体步骤为，将A组份和B组份同时加入至含有开仓用泥浆的浆池中，混合均匀后反应一段时间后随泥浆循环系统进入开挖面前方；
或，将A组份和B组份同时加入至含有开仓用泥浆的泥浆运输车中，混合均匀后反应一段时间，泥浆运输车将反应后的泥浆运输至工作面位置，进行开仓泥浆置换；
或，通过盾构机刀盘上预留的双液注浆孔直接将A组份和B组份注入到开挖面，注入后反应一段时间后即可达到保压目的。
11.如权利要求9所述的施工方法，其特征是，将反应后的泥浆达到开挖面后进行12h～48h的保压。
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