CN108101493A - 具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥，包括A料、水和B液，所述A料包括90‑95wt%的钙基膨润土、2‑5wt%的有机白土和2‑3wt%的氧化铝，所述B液为水玻璃或小阳离子季铵盐；A料与水的质量比为1:1‑1:3；B液质量为A料与水质量和的3‑8%。其制备方式是将A料和水搅拌均匀，然后缓慢掺入B液并搅拌均匀。优点：1）和毅泥具有较高的稠度和较高粘度，用于泥水盾构开舱成膜，易在开挖面形成密实的渗透带和一定强度的泥膜，泥膜的闭气能力和闭气时间大幅度提高，显著提高盾构开舱进行刀盘刀具维护作业效率；2）泥膜表面出现风干裂隙时只需将新鲜的和毅泥涂抹于裂隙表面即可得到很好的修复；3）在卵石地层掘进时，能够将卵石及时带出，提高了掘进效率。

Description

具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥

技术领域

本发明是一种具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥，属于地下工程施工技术领域。

背景技术

20世纪，盾构技术成熟于日本，我国从2000年左右开始大规模引进到我国大城市地铁建设中。日本修建地铁主要集中于东京都和大阪等大城市，所遇到的地质条件主要为软土，但是我国幅员辽阔，盾构隧道施工遇到了各种各样的地质条件，从长江三角洲上海的软土地基到长江上游成都的卵石、风化岩地基，再到珠三角的软土、浅埋的风化岩形成的上软下硬地层。地质条件的复杂性，比如成都卵石地层通常情况下掘进200-300m就要进行刀盘刀具的维修，这样的话就必然导致频繁开舱。南京长江隧道泥水盾构在江底掘进时遇到砂砾和卵石地层，刀具和刀盘磨损非常严重，不得不停机维修。此时停机位置距离江面水位达到近60m，水压力高达0.6MPa，带压开舱过程稍有不慎，将会造成不可估量的损失甚至导致整条长江隧道的报废。此时所有的关心的焦点都集中如何调制泥浆并在开挖面形成致密泥膜确保开舱维护作业安全。由于当时采用主要为普通的膨润土泥浆，刀盘刀具维护作业效率较为低下，经过科研人员、工程技术人员长达一年努力终于圆满完成了本次盾构刀盘刀具的维护任务，确保南京长江隧道的安全贯通。

日本的开舱经验较少，长距离掘进时更多的中间竖井的方式，将盾构机推进入该竖井进行常压状态下的维护。这样不得不增加较大竖井建设投入成本和建设工期，而且城市中心往往没有这样的空地供中间维修竖井建设使用。因此，在我国大多数城市地铁建设中由于渗透性地层地下水的存在就不能开展常压开舱，必须实行带压开舱。带压开舱时必须依赖于开挖面形成泥膜来闭气从而保持开挖面的稳定，确保开舱作业人员的安全。通常情况下，可以通过膨润土泥浆在盾构开挖面形成泥膜，然后闭气开舱进行刀盘刀具的维护。由于普通的膨润土泥浆成膜的厚度一般1-3cm，厚度较薄，进行闭气开舱时其表面容易形成微细裂隙出现透气而不得不频繁升降泥浆液面进行泥膜的修复，开舱作业时间短作业效率地下。急需开发新型泥浆形成更加致密厚度更大的泥膜，大幅度提高泥膜的闭气能力，也便于泥膜开裂后的修复。

发明内容

本发明提出的是一种具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥，其目的在于提供一种和毅泥配方，使得盾构开挖面上形成致密、较大厚度的泥膜,同时解决土压盾构在砂砾和卵石地层中掘进的携渣难题，避免砂石堆积于压力舱底部堵塞导致排渣困难。

本发明的技术解决方案：具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥，包括A料、水和B液，所述A料包括90-95 wt%的钙基膨润土、2-5 wt %的有机白土和2-3wt%的氧化铝，所述B液为水玻璃或小阳离子季铵盐；A料与水的质量比为1:1-1:3；B液质量为A料与水质量和的3-8%。

本发明的有益效果：

1）和毅泥具有较高的稠度和较高粘度，能够在开挖面上形成一定渗透带的较厚泥膜，水玻璃的胶结作用提高了渗透带的整体性和泥膜的强度，泥膜的闭气能力和闭气时间大幅度提高，显著提高盾构开舱进行刀盘刀具维护作业效率；

2）当泥膜表面出现风干裂隙时只需要将新鲜的和毅泥涂抹于裂隙表面即可得到很好的修复，盾构开舱安全稳定性得到极大提高；

3）在卵石地层掘进时，高粘度的和毅泥也能够将卵石及时带出，提高了掘进效率，大幅度提高了我国盾构技术水平。

具体实施方式

具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥，包括A料、水和B液，所述A料包括90-95wt%的钙基膨润土、2-5 wt %的有机白土和2-3wt%的氧化铝，所述B液为水玻璃或小阳离子季铵盐；A料与水的质量比为1:1-1:3；B液质量为A料与水质量和的3-8%。

所述A料中钙基膨润土的膨胀容大于等于80ml/g。

所述B液中的水玻璃为碱性水玻璃，pH值为9-11。

具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥的制备方式是首先将A料和水搅拌均匀，然后掺入B液并搅拌均匀。

本发明得到的和毅泥具有较高的稠度和较高粘度，在开挖面上容易形成厚度达到3-10cm泥膜，同时还具有较好的渗透性，能够在渗透性地层中形成5-15cm长渗透带，水玻璃在其中所起到的胶结作用提高了渗透带的整体性。渗透带+泥膜就可以形成长达10cm以上的泥膜，再加上水玻璃的胶结作用，该泥膜带具有非常低的渗透性和较高的强度，大幅度提高了泥膜的闭气能力。在压缩空气作用下，表面出现的微细裂隙，只需要将新鲜的和毅泥涂抹于裂隙表面即可得到很好的修复。因此，本发明的和毅泥能够大幅度提高带压开舱泥膜的闭气能力和作业效率。同时和毅泥的高粘度能够及时将压力舱沉底的卵石及时带出，减少堆积堵塞，保障盾构在卵石地层中顺利掘进。

和毅泥增稠增粘原理：通过掺入氧化铝的改性钙基膨润土，掺入碱性水玻璃后，水玻璃的主要成分为Na₂SiO₃中Na⁺离子置换改性膨润土中的Ca²⁺，Al³⁺，从而形成CaSiO₃凝胶，增加了泥浆颗粒之间粘结，大幅度提高了和毅泥的稠度和粘度。更为关键的是需要确定各种阳离子之间比例关系，达到最佳效果。

实施例1

某地铁土压盾构埋深16.5m，盾构刀盘直径6.28m，管片外径6.0m，盾构穿越的地层主要为粗砂地层，地层渗透系数3.5×10^-3cm/s，水压较大。盾构始发掘进358m后出现了扭矩大幅度提升到3500kN•m、渣土温度明显升高的现象，初步判断刀具磨损严重，需要进行更换刀具开舱作业。通常情况下，采用普通膨润土泥浆进行成膜开舱作业，大约需要2-3个月时间，对工期影响较大，决定采用和毅泥进行成膜开舱作业。A料与水混合质量比例为1:3，B液为A料与水形成泥浆质量的1/15，拌制的和毅泥密度1.22g/cm³，旋转粘度计测得的粘度为10Pa.s，该粘度已经无法采用漏斗粘度计进行测量。

该盾构开舱工程使用该泥浆在0.34MPa压力作用下成膜48h，排出压力舱中多余和毅泥，将压缩空气压力降低到0.2MPa进行开舱作业，随时观察泥膜表面裂隙开展情况。根据开舱作业队的反馈，泥膜表面每天都会出现微小的裂隙，手工涂抹一次即可，连续作业15天，更换了45把刀具，取得了非常高的作业效率。

Claims (4)

1. 具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥，其特征是包括A料、水和B液，所述A料包括90-95 wt%的钙基膨润土、2-5 wt %的有机白土和2-3wt%的氧化铝，所述B液为水玻璃或小阳离子季铵盐；A料与水的质量比为1:1-1:3；B液质量为A料与水质量和的3-8%。

2. 根据权利要求1所述的具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥，其特征是所述A料中钙基膨润土的膨胀容大于等于80 ml/g。

3.根据权利要求1所述的具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥，其特征是所述水玻璃为碱性水玻璃，pH值为9-11。

4.如权利要求1所述的具有高稠度高粘度的盾构用和毅泥的制备方法：首先将A料和水搅拌均匀，然后缓慢掺入B液并搅拌均匀。