CN109652038A - 一种隧道挖掘防塌浆液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道挖掘技术领域，尤其是一种隧道挖掘防塌浆液，其特征在于：所述隧道挖掘防塌浆液包含不分散聚合物液，其包括以下组分，且各组分重量百分比分别为：膨润土为1.5‑2%、水解聚丙烯酰胺PHPA为0.1‑0.2%、纯碱Na₂Co₃为3%‑7%、聚丙烯酰胺钾盐K‑PAM为0.1‑0.2%、阴离子表面活性剂CMC‑LV为0.5%‑0.6%、水解聚丙烯腈钾盐KPAN为0.3‑0.5%，其余为水。本发明的优点：固相含量低，且亚微米粒子所占比例也低，可选择性絮凝和抑制岩屑分散，可显著提高挖掘速度；具有良好的流变性，提供较高的动切力，具有较低的塑性浓度；稳定隧道壁的能力强，挖掘直径规则；可有效地抑制岩石的吸水分散作用；可防止隧道渗漏的发生；挖掘成本低，缩短了挖掘周期。

Description

一种隧道挖掘防塌浆液

技术领域

本发明涉及隧道挖掘技术领域，尤其是一种隧道挖掘防塌浆液，在隧道挖掘过程中能瞬间稳定开采面，使开采面达到防塌陷的效果；这种防塌液还可以使挖掘中所使用的浆液达到平衡，以减少浆液液的使用，节约了挖掘成本；这种防塌液还可以使排放物的指标在规定范围内。

背景技术

最早泥水平衡盾构是通过在支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的清水使其在开挖面和挖掘物形成泥膜，支承正面土体。并由安装在正面的大刀盘切削土体表面泥膜，形成泥水混合，形成高密度浆液，由排泥泵和管道输送到地面处理，然后循环使用。

由于各段地质含矿物质不同，清水的用量就大不相同，在挖掘过程就使得挖掘面很容易坍塌，而在挖掘过程中形成的泥水混合物中的固相跟各地质层不同会出现两类：一类是由膨润土及非水溶性或油溶性的组成，称之为有固相；另一类是由钻屑、劣质土和砂粒等组成，称之为无固相。无固相的存在是破坏泥水性能、降低推进速度并导致各种复杂情况的最大隐患。防塌液就是在原有浆液混合液里添加保存适量有用固相物质；尽可能地清除无用固相物资。

水基液在隧道挖掘的最初阶段，水基液是用清水作为原始液的。随着挖掘的进行挖掘物里的粘土分散在水中，清水逐渐变成混水而成为浆液，也就是所谓自然造浆。实践证明，这种最原始的浆液确有携带岩屑、净化隧道和平衡隧道地层压力等作用，但也存在着滤失量高、性能不稳定和易引起面塌、卡机等一系列问题。后来，人们发现使用人工预先配制的浆液比使用清水具有更好的功能。随着隧道挖掘的迅速发展，隧道的数量、速度和深度均显著增长，所钻穿的地层也更加复杂多样，裸眼也越来越长，于是对这种液体就提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种隧道挖掘防塌浆液，通过在防塌液配置一定比例的不分散聚合物液，实现了开挖面的平衡稳定，同时有利于隧道挖掘施工。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种隧道挖掘防塌浆液，灌注于隧道在土层挖掘时的开挖面处，其特征在于：所述隧道挖掘防塌浆液包含不分散聚合物液，其包括以下组分，且各组分重量百分比分别为：膨润土为1.5-2%、水解聚丙烯酰胺PHPA为0.1-0.2%、纯碱Na₂Co₃为3%-7%、聚丙烯酰胺钾盐K-PAM为0.1-0.2%、阴离子表面活性剂CMC-LV为0.5%-0.6%、水解聚丙烯腈钾盐KPAN为0.3-0.5%，其余为水。

所述土层中含有钠量的粘土，所述隧道挖掘防塌浆液中的所述纯碱Na₂Co₃为3-4%。

所述土层中含有钙量的粘土，所述隧道挖掘防塌浆液中的所述纯碱Na₂Co₃为3-4%。

所述隧道挖掘防塌浆液的基浆性能为：漏斗粘度20-35s、密度1.02-1.03g/cm³，API滤失量7-15ml。

本发明的优点：固相含量低，且亚微米粒子所占比例也低，可选择性絮凝和抑制岩屑分散，可显著提高挖掘速度；具有良好的流变性，提供较高的动切力，具有较低的塑性浓度；稳定隧道壁的能力强，挖掘直径规则；可有效地抑制岩石的吸水分散作用；可防止隧道渗漏的发生；挖掘成本低，缩短了挖掘周期。

附图说明

图1为本发明的防塌性能效果图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例一：本实施例中的隧道挖掘防塌浆液用于隧道盾构挖掘时灌注在开挖面处，从而使其在开挖面和挖掘物形成泥膜，支承正面土体。

本实施例针对挖掘土层的土质中含有钠量偏高的粘土所提供的隧道挖掘防塌浆液包括含不分散聚合物液，其包括以下组分，且各组分重量百分比分别为：膨润土为1.5-2%、水解聚丙烯酰胺PHPA为0.1-0.2%、纯碱Na₂Co₃为3%-4%、聚丙烯酰胺钾盐K-PAM为0.1-0.2%、阴离子表面活性剂CMC-LV为0.5%-0.6%、水解聚丙烯腈钾盐KPAN为0.3-0.5%，其余为水。

其中，水解聚丙烯酰胺PHPA的分子量100-300万，水解度30%，在防塌浆液中起抑制悬浮物分散、絮凝悬浮物作用；纯碱Na₂Co₃用于制造膨润土；聚丙烯酰胺钾盐K-PAM在浆液中起抑制悬浮物分散、防塌、凝悬浮物的作用；阴离子表面活性剂CMC-LV在浆液中起降低滤失量，提高泥饼质量的作用；而水解聚丙烯腈钾盐KPAN对PHPA、K-PAM起稀释作用，同时有降低滤失量的作用。

具体而言，防塌浆液中固相含量是影响挖掘速度的一个重要因素，而最初的水基中固相含量最低，因此用水基液挖掘的速度应该最高。由于所挖掘土层一般本身具有一定的造浆能力，但造浆性却不很强，同时会存在滤失量高、性能不稳定和易引起面塌、卡机等一系列问题。随着挖掘的深入，原先的水基液就变得浑浊起来，越来越多的岩屑被带到水基液里使它的固相含量增高，以便影响了挖掘速度和挖掘面泥饼的形成和稳定，这时可根据水基液里的固相含量多少来确定添加PHPA的量，针对这种情况，加入PHPA为0.1-0.2%可起到絮凝岩屑等其他浮游离子作用，显著降低了固相含量，使得防塌浆液具有了良好的流变性和渗漏性，这样对挖掘面的液柱压力就低得多，有利于挖掘面泥饼的形成和稳定，不宜塌陷。

本实施例中的各组分通过相互配比，取长补短，相互配合，避免各组分之间的不良影响，例如：KPAN对PHPA、K-PAM所造成过度稀释而导致悬浮物无法分散、絮凝。

如图1所示，将本实施例方案产品与现有同类产品性能测试数据对比，可以看到相较于现有防塌泥浆其性能显著提高，尤其是抑制悬浮物分散，防塌、凝聚浮物方面的性能有显著提高。

实施例二：本实施例相较于实施例一的不同之处，本实施例所针对挖掘土层的土质中含有钙量偏高的粘土，其所提供的隧道挖掘防塌浆液相较于实施例一中的隧道挖掘防塌浆液的区别在于：纯碱Na₂Co₃为5%-7%。这是因为，为了使膨润土充分预水化，针对钙含量高的土层相较于钠含量高的土层需要添加更多的纯碱，以提高造浆率，进而保证膨润土提粘切、降滤失的作用。

上述实施例在具体实施时：隧道挖掘防塌液在配置完成后，其基浆性能需调整到下述范围内：漏斗粘度20-35s；密度1.02-1.03g/cm³；API滤失量7-15ml，从而保证其使用效果。

防塌浆液使用一段时间后，由于泥水体系配方中的某些处理剂其性能减弱，失去了原先的作用，若不及时维护就会达不到预先目的，所以在使用一段时间后，应经常对待挖掘土层中的粘土的百分含量、D/B比值、动切力、塑性粘度及动/塑比值等指标进行测试，及时发现钻井液的变化并对其维护。

具体而言，可通过以下手段对防塌浆液进行维护：

1）用PAM及时消除钻井液中的岩屑；

2）如果D/B比值增大，表明机械除砂和化学除砂不力，这时不能用增大膨润土含量的办法来调整D/B比值，而应尽量采取清除岩屑的办法来保持这个标准；

3）选用优质的膨润土，以保证仅用1.5-2.0%的膨润土即可达到所需要求的粘度、动力和滤失量；

4）经常把动/塑比值维护在0.4左右，可用清除岩屑降低塑性粘度的方法实现；

5）对于含钙离子高的地层，应使用碳酸钠或碳酸钡处理，以保证流动性和滤失量达到要求；

6）如果遇到膨润土层，为避免固相含量和膨润土含量的升高，可加水稀释、加氯化钠抑制其水化及分散，并加入PHP将其絮凝，以保持膨润土含量1.5-2.0%

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims (4)

1.一种隧道挖掘防塌浆液，灌注于隧道在土层挖掘时的开挖面处，其特征在于：所述隧道挖掘防塌浆液包含不分散聚合物液，其包括以下组分，且各组分重量百分比分别为：膨润土为1.5-2%、水解聚丙烯酰胺PHPA为0.1-0.2%、纯碱Na₂Co₃为3%-7%、聚丙烯酰胺钾盐K-PAM为0.1-0.2%、阴离子表面活性剂CMC-LV为0.5%-0.6%、水解聚丙烯腈钾盐KPAN为0.3-0.5%，其余为水。

2.根据权利要求1所述的一种隧道挖掘防塌浆液，其特征在于：所述土层中含有钠量的粘土，所述隧道挖掘防塌浆液中的所述纯碱Na₂Co₃为3-4%。

3.根据权利要求1所述的一种隧道挖掘防塌浆液，其特征在于：所述土层中含有钙量的粘土，所述隧道挖掘防塌浆液中的所述纯碱Na₂Co₃为3-4%。

4.根据权利要求1所述的一种隧道挖掘防塌浆液，其特征在于：所述隧道挖掘防塌浆液的基浆性能为：漏斗粘度20-35s、密度1.02-1.03g/cm³，API滤失量7-15ml。