CN110436836B - Scap式土压平衡盾构开舱用泥浆及其配制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆，按照质量份数包括以下组份：粉土50~80份、清水400~600份、钙基膨润土100~150份、改良剂2~6份以及增粘剂0~2份。还公开了SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆的配制方法：将盾构掘进粉砂或粉质黏土层时产生的废弃粉土晾干，过网筛后存放于渣土坑附近，当盾构机需带压开舱时，向泥浆浆车中添加存放的粉土、清水、钙基膨润土、改良剂及增粘剂，不断搅拌，调制出满足泥浆密度及粘度要求的产品。对掘进过程中弃置的渣土进行利用，可以节约膨润土资源及开舱成本，并减少渣土外运量产生的环境污染，配制出满足密度、粘度、物理化学稳定性等要求的开舱用泥浆。

Description

SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆及其配制方法
技术领域
本发明属于地下工程施工的技术领域，具体涉及一种SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆及其配制方法。
背景技术
随着我国城市化及城市轨道交通的快速发展，盾构隧道技术已成为我国地铁及重大隧道建设的关键技术。土压平衡盾构施工作为一种地铁建设中常见的盾构技术，在穿越砂砾等地层时，由于地层强度较大，普遍会发生刀具的磨损、崩落甚至刀盘的磨损情况，因此需要进行盾构机的开舱换刀维修作业。随着带压开舱方法逐渐应用到土压盾构工程中，SCAP式土压平衡盾构开舱方法已经提出，SCAP式带压开舱就是利用泥浆在开挖面上形成可以闭气的泥膜然后通过气压平衡开挖面的土水压力，并在气压支护下进行开舱的方法，SCAP是由S-泥浆(Slurry)，C-泥膜(Cake)，A-气体(Air)，P-压力(Pressure)构成。使用泥浆在高渗性砂砾层开挖面形成闭气泥膜，保证开挖面的稳定是开舱成功与否的关键。
目前土压盾构带压开舱使用的泥浆种类繁杂，所有造浆材料均需要专门厂家配制，价格昂贵，配制复杂。土压盾构始发及早期施工中会产生部分废弃粉土及粉质黏土，这些废弃土一般通过土方车外运处理或者丢弃，若处理不当，极易对环境造成污染。由于带压开舱配制的泥浆需要部分砂颗粒提高成膜效果，而施工初期丢弃的产生大量渣土含有大量粉砂颗粒，因此对废弃的渣土具有了利用价值。目前，行业内的泥浆均是专门厂家配制，并没有利用现场渣土造浆的技术。
发明内容
本发明提供了一种SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆及其配制方法，解决了SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆价格昂贵、配制复杂以及盾构施工中渣土外运的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆，其特征在于，按照质量份数包括以下组份：粉土50~80份、清水400~600份、钙基膨润土100~150份、改良剂2~6份以及增粘剂0~2份。
优选地，所述粉土为盾构掘进粉砂或粉质黏土层时产生的废弃粉土。
优选地，所述粉土为所述废弃粉土经晾干、过筛制得的粉土。
优选地，所述改良剂为碳酸钠干粉或碳酸氢钠。起到了提高膨润土的膨胀性作用。
优选地，所述增粘剂为羧甲基纤维素钠与聚丙烯酰胺干粉的混合物。起到了使泥浆增加粘稠的作用。
优选地，所述羧甲基纤维素钠与聚丙烯酰胺干粉的混合比例为4:1~6:1。
优选地，所述泥浆的密度为1.25~1.3g/cm3，马氏漏斗粘度值为60s~120s。
一种SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆的配制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将盾构掘进粉砂或粉质黏土层时产生的废弃粉土晾干；
S2、将晾干后的粉土进行网筛，网筛过的粉土堆置、备用；
S3、当盾构机需带压开舱时，向泥浆车中按照一定质量份数加入粉土、清水、钙基膨润土、改良剂及增粘剂，常温下连续搅拌至混合均匀；
S4、搅拌一段时间后，对泥浆车中的混合物进行密度和粘度测试，若密度为1.25~1.3g/cm3，马氏漏斗粘度值为60s~120s，则泥浆制成、待用；若不满足要求，再进行调制、测试，直到满足密度和粘度要求。
优选地，所述网筛的目孔大小为0.1~0.25mm。为了增加泥浆渗透成膜时充填地层孔隙中的粗颗粒含量。
优选地，所述步骤S3中，粉土50~80份、清水400~600份、钙基膨润土100~150份、改良剂2~6份、增粘剂0~2份。
本发明所达到的有益效果：废弃粉土为盾构掘进初期掘进地层浅层粉砂或粉质黏土层时产生的，利用废弃粉土配制带压开舱用泥浆，既缓解了渣土外运的问题，又可以降低泥浆使用成本。与现有开舱泥浆配制技术相比，本发明专利对掘进过程中弃置的渣土进行利用，配制泥浆时节省了膨润土用量并减少了渣土外运量，进而减少环境污染。通过反复调制得出满足密度、粘度要求的开舱用泥浆，该泥浆在砂砾地层开挖面渗透时能够快速形成致密的闭气性好的泥膜，可以长期维持开挖面的稳定。且本发明所涉及的配制方法简单易行，是一种环保、性价比高的土压盾构开舱用泥浆配制方法。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆，按照质量份数包括以下组份：粉土50~80份、清水400~600份、钙基膨润土100~150份、改良剂2~6份以及增粘剂0~2份。泥浆的密度为1.25~1.3g/cm3，马氏漏斗粘度值为60s~120s。上述粉土为盾构掘进粉砂或粉质黏土层时产生的废弃粉土，废弃粉土通过晾晒干、过网筛后获得粉土，网筛的目孔大小为0.2mm，主要为增加泥浆渗透成膜时充填地层孔隙中的粗颗粒含量。开舱用泥浆中包括粉土，减少了钙基膨润土的用量，对渣土的再利用也缓解了渣土外运的问题，降低了开舱用泥浆的成本。
改良剂为碳酸钠干粉或碳酸氢钠，碳酸钠简称苏打，是一种造价低廉的有机化工原料，广泛运用于各行各业，属于水溶性盐，能够在水中电离钠离子置换钙基膨润土中钙离子，提高膨润土的膨胀性。
增粘剂为羧甲基纤维素钠与聚丙烯酰胺干粉的混合物。羧甲基纤维素钠属于水溶性盐，具有良好的增粘效果。聚丙烯酰胺简称PAM，属于高分子聚合物，具有优异的增稠效果。羧甲基纤维素钠与聚丙烯酰胺干粉的混合比例为4:1~6:1。
一种SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆的配制方法，包括以下步骤：
S1、将盾构掘进粉砂或粉质黏土层时产生的废弃粉土晾干；
S2、将晾干后的粉土进行网筛，网筛过的粉土堆置、备用；
S3、当盾构机需带压开舱时，向泥浆车中按照一定质量份数加入粉土、清水、钙基膨润土、改良剂及增粘剂，常温下连续搅拌至混合均匀；
S4、搅拌一段时间后，对泥浆车中的混合物进行密度和粘度测试，若密度为1.25~1.3g/cm3，马氏漏斗粘度值为60s~120s，则泥浆制成、待用；若不满足要求，再进行调制、测试，直到满足密度和粘度要求。搅拌时间至少6小时。
测试泥浆密度过大、粘度过大时，添加清水进行稀释；测试泥浆密度合适、粘度过小时，添加增粘剂进行调节；测试密度过小、粘度合适时，添加废弃粉土进行调节。
实施例一、
SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆配制每立方米包括下述原材料：废弃粉土186kg、清水821kg、钙基膨润土274kg、改良剂10.9kg、增粘剂2kg(其中羧甲基纤维素钠1.6kg与聚丙烯酰胺0.4kg)，将上述原料置于泥浆车中混合均匀待用。
本实施例配制的开舱用泥浆的质量控制指标为：密度在1.29g/cm3，马氏漏斗粘度值为80s，满足工程施工要求。
实施例二、
每立方米砂砾地层带压开舱用泥浆配制包括下述原材料：废弃粉土114kg、清水902kg、钙基膨润土227kg、改良剂9.05kg以及增粘剂0.6kg(其中羧甲基纤维素钠0.5kg与聚丙烯酰胺0.1kg)，将上述原料置于泥浆车中混合均匀待用。
本实施例配制的开舱用泥浆的质量控制指标为：密度在1.25g/cm3，马氏漏斗粘度值为67s，满足工程施工要求。
实施例三、
SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆的配制方法，包括以下步骤：
S1、将盾构掘进粉砂或粉质黏土层时产生的废弃粉土晾干。
S2、将晾干后的粉土进行网筛，网筛的目孔大小为0.25mm，网筛过的粉土堆置、备用。
S3、当盾构机需带压开舱时，向泥浆车中加入粉土、清水、钙基膨润土、改良剂及增粘剂，具体按照质量份数加入粉土65份、清水500份、钙基膨润土120份、改良剂4份、增粘剂1份。常温下连续搅拌，搅拌速度先快后慢，直至搅拌混合均匀。
S4、均匀搅拌6小时后，对泥浆车中的混合物进行密度和粘度测试，泥浆的密度为1.28g/cm3，马氏漏斗粘度值为75s，满足泥浆的质量控制指标。泥浆制成，待用。
实施例四、
SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆的配制方法，包括以下步骤：
S1、将盾构掘进粉砂或粉质黏土层时产生的废弃粉土晾干。
S2、将晾干后的粉土进行网筛，网筛的目孔大小为0.2mm，网筛过的粉土堆置、备用。
S3、当盾构机需带压开舱时，向泥浆车中加入粉土、清水、钙基膨润土、改良剂及增粘剂，具体按照质量份数加入粉土50份、清水550份、钙基膨润土130份、改良剂3份以及增粘剂2份。常温下连续搅拌，搅拌速度先快后慢，直至搅拌混合均匀。
S4、均匀搅拌8小时后，对泥浆车中的混合物进行密度和粘度测试，泥浆的密度为1.20g/cm3，马氏漏斗粘度值为80s，密度过小、粘度合适。继续向混合物中添加粉土15份，搅拌均匀后再进行密度和粘度测试，密度为1.26g/cm3，马氏漏斗粘度值为80s，满足泥浆的质量控制指标，泥浆制成，待用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆，其特征在于，按照质量份数包括以下组份：粉土50~80份、清水400~600份、钙基膨润土100~150份、改良剂2~6份以及增粘剂0~2份，所述粉土为盾构掘进粉砂或粉质黏土层时产生的废弃粉土，经晾干、过筛制得，所述改良剂为碳酸钠干粉或碳酸氢钠，所述增粘剂为羧甲基纤维素钠与聚丙烯酰胺干粉的混合物，所述SCAP是由S-泥浆Slurry，C-泥膜Cake，A-气体Air，P-压力Pressure构成。
2.根据权利要求1所述的SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠与聚丙烯酰胺干粉的混合比例为4:1~6:1。
3.根据权利要求1所述的SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆，其特征在于，所述泥浆的密度为1.25~1.3g/cm3，马氏漏斗粘度值为60s~120s。
4.一种根据权利要求1~3任一项所述的SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆的配制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将盾构掘进粉砂或粉质黏土层时产生的废弃粉土晾干；
S2、将晾干后的粉土进行网筛，网筛过的粉土堆置、备用；
S3、当盾构机需带压开舱时，向泥浆车中按照一定质量份数加入粉土、清水、钙基膨润土、改良剂及增粘剂，常温下连续搅拌至混合均匀；
S4、搅拌一段时间后，对泥浆车中的混合物进行密度和粘度测试，若密度为1.25~1.3g/cm3，马氏漏斗粘度值为60s~120s，则泥浆制成、待用；若不满足要求，再进行调制、测试，直到满足密度和粘度要求。
5.根据权利要求4所述的SCAP式土压平衡盾构开舱用泥浆的配制方法，其特征在于，所述网筛的孔径大小为0.1~0.25mm。
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