CN112282774B - 一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆，包括：高分子泥浆，所述高分子泥浆包括膨润土、黏土、水以及高分子；所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.050～0.10。根据本发明，从泥浆粘度、密水性以及混合体的塑流性、抗渗性等技术指标方面，综合比选优化，形成一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆。
Description
技术领域
本发明涉及软土地层盾构隧道工程的技术领域，特别涉及一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆。
背景技术
泥土盾构在掘进过程中，泥土的止水性、塑性流动态对盾构的掘进效率和经济效益影响很大，并且也影响盾构机的使用寿命。所以防止泥土在土舱堵舱、在刀盘上形成泥饼、螺旋输送机处产生喷涌和堵塞，是盾构施工中的一个难题。泥土改良的成功与否，直接影响盾构掘进模式、掘进速度和掘进成本，甚至影响着工程成败。
盾构隧道切口泥浆类型有膨润土类、膨润土加气泡、膨润土加有机酸类、高分子类四种，分别适用于不同的软土地质条件。对于砂性富水地层，因其强渗透及地下水丰富，盾构切口泥浆的抗渗性和抗离析性直接关系泥浆的作用效果和适用性。迄今，适用于砂性富水地层的切口泥浆尚有巨大的优化空间。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆，从泥浆粘度、密水性以及混合体的塑流性、抗渗性等技术指标方面，综合比选优化，形成一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆，包括：
高分子泥浆，所述高分子泥浆包括膨润土、黏土、水以及高分子；
所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.050～0.10。
优选的，所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.050。
优选的，所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.075。
优选的，所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.100。
优选的，所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.150。
优选的，所述高分子泥浆的添加量为400L/m3～450L/m3。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：通过采用膨润土:粘土:水:高分子＝1:3:6:0.05～0.10的高分子类泥浆具有显著优点：i)能在刀盘切削土体后迅速形成新的泥膜，有利于开挖面的稳定；ii)粘度随着高分子含量的增大而显著增大，其动切力、初切力和终切力要比其余泥浆高4～6倍；iii)其失水量仅仅为膨润土类泥浆的1/8左右，保水性能强，有利于泥膜的形成；iv)切削土中的泥浆添加量为350L/m3～450L/m3时，高分子泥浆的塑流性和抗渗性大大优于其他类型浆液。
附图说明
图1为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的高分子类泥浆的粘度特性图；
图2为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的膨润土类泥浆的粘度特性图；
图3为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的膨润土+有机酸类泥浆的粘度特性图；
图4为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的膨润土+气泡类泥浆粘度特性图；
图5为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的高分子类泥浆的切力变化图；
图6为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的膨润土类泥浆的切力变化图；
图7为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的膨润土+有机酸类泥浆的切力变化图；
图8为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的膨润土+气泡类泥浆的切力变化图；
图9为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的高分子类泥浆的失水量比较图；
图10为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的膨润土类泥浆的失水量比较图；
图11为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的膨润土+有机酸类泥浆的失水量比较图；
图12为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的膨润土+气泡类泥浆的失水量比较图；
图13为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的高分子泥浆的添加量与坍落度值的关系图；
图14为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的高分子泥浆的添加量与渗透系数的关系图；
图15为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的高分子泥浆的添加量与渗透系数的关系图；
图16为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的高分子泥浆的添加量与渗透系数的关系图；
图17为根据本发明的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆的高分子泥浆的添加量与渗透系数的关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-图8，一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆，包括：
高分子泥浆，所述高分子泥浆包括膨润土、黏土、水以及高分子；
所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.050～0.10。
具体一实施例，先通过通过调研，获得国内外目前比较典型的土压盾构隧道切口泥浆的配比的基础上，初步选取试验用泥浆配比如表1所示。
表1土压平衡盾构切口泥浆试验配比取值
此外，按下列方法配制膨润土+气泡类泥浆。如表2所示。
表2膨润土+气泡类泥浆添加材的配比
按上表配膨润土泥浆和B类发泡剂溶液，然后按体积比为12:1、12:2、12:3、12:4分别配制①～④组添加材。
下面从添加材、混入添加材的掘削土(泥土)的混合体这两个角度进行试验研究分析。
为了比较分析各类添加材与砂性切削土混合体的塑流性和抗渗性，用上述配比的各类添加材分别与取自现场砂性切削土的混合体进行坍落度和透水系数的试验。
该砂性土特征：一般粒径5～20mm，最大粒径100mm，亚圆形，大于2mm的颗粒含量越占全重量的75～85％，砾石主要成分为辉绿岩和砂岩。
具体一实施例，通过实验条件以及参数参数测定，采用ZNN-D6型旋转粘度计测定泥浆的粘度。液体放置在两个同心圆筒的环形空间内，接着搅拌泥浆，将搅拌的泥浆倒入粘度计内使其与样品杯刻度线平齐然后升高泥浆杯，使外筒刻线和泥浆面重合，固定好泥浆杯。由高速(600转/分)到低速连续、依次测量各转速所对应的读数。
各类泥浆粘度特性和剪切力比较如图1-图8所示，高分子类泥浆的粘度随着高分子含量的增大而显著增大，其动切力、初切力和终切力要比其余泥浆高4～6倍。作为盾构切削添加材，泥浆动切力和静切力较高，则其对固相颗粒的悬浮作用也较好；反之，静切力太低，易造成固相颗粒沉淀，则对泥浆的悬渣效果是不利的。因此，对于砂性强富水地层，为防止砂土颗粒的固相沉淀，泥浆的动切力和静切力要适当选择较大的。从这个角度来看高分子类泥浆较其它类泥浆要优越。
泥浆触变性能的好坏，以终切力和初切力的差来表示。差值越大表示触变性能越好。根据试验结果可以计算高分子类泥浆的终切力和初切力的平均差值为54.3Pa；膨润土类泥浆的终切力和初切力的平均差值为27.3Pa；膨润土+有机酸类泥浆的终切力和初切力的平均差值为26.4Pa；膨润土+气泡类泥浆的终切力和初切力的平均差值为39.6Pa。故高分子类泥浆的触变性能远远高于其它类型的泥浆。
参照图1-图12，一实施例对失水量的测定，分别对各组应用泥浆失水仪进行实验，测出失水量和泥饼厚度。采用ZNS－A型中压失水仪在常温下进行泥浆的失水测定，所测的滤失量为API滤失量(静滤失量)。
结果显示，高分子类泥浆的失水量仅为同类膨润土泥浆的1/3～1/7。可见，高分子类泥浆的保水性显著优于其他类型泥浆。
泥浆的失水对土的切削工作影响较大。厚泥皮会加大对刀盘的吸附，增加切口与泥皮的接触面积，使摩阻力增大，回转阻力增加。因此，需要采取一些措施来降低泥浆失水量，同时又能满足注入要求。泥浆滤失量参数实际上反映了泥浆的胶体性质，分散的、较细的胶体粒子所占比例较大，才有可能把泥浆的滤失量控制在较小的数值之内。综上所述，高分子类泥浆第2～5组配比以及膨润土+气泡类泥浆的第2～4组泥浆较优。
参照图13，分别取泥浆掺入量{350,400,450,500,550}进行试验，混合体塑流性状态如图13所示，结果显示，高分子泥浆的较优配比为第2～4组，其切削土中的泥浆添加量以350L/m3～400L/m3为宜。
参照图14-17，泥浆与砂性切削土混合体抗渗，可以看出，泥土混合体的渗透系数是随着泥浆中添加剂含量的增大而减少，随着泥浆添加量的增加而减少。对于高分子泥浆而言，减小的幅度是最大的。从渗透系数来看，高分子泥浆的止水效果是最好的。
由于混入添加材的切削土应构成不渗水层，以防止地下水从排土口喷出。需对掺入添加材泥浆的切削土混合体的渗水系数进行控制，一般透水系数以10-5～10-6cm/s为好，所以，从透水系数角度来看，高分子泥浆的较优配比为第2～4组，切削土中的泥浆添加量以400L/m3～450L/m3为宜。
这里说明的设备数量和处理规模用来简化本发明的说明，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (5)
1.一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆，其特征在于，包括：
高分子泥浆，所述高分子泥浆包括膨润土、黏土、水以及高分子；
所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.050~0.10；
高分子泥浆的添加量为400L/m3~450L/m3。
2.如权利要求1所述的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆，其特征在于，所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.050。
3.如权利要求1所述的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆，其特征在于，所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.075。
4.如权利要求1所述的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆，其特征在于，所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.100。
5.如权利要求1所述的一种适用于砂性富水地层的盾构切口泥浆，其特征在于，所述高分子泥浆中的成分按重量比为膨润土1、粘土3、水6及高分子0.150。
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