CN114772878B - 一种顶管施工泥浆用快速固化剂及快速固化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种顶管施工泥浆用快速固化剂及快速固化方法，所述顶管施工泥浆用快速固化剂由A组分、B组分混制而成，所述A组分为主料，所述A组分包括CaCO3、CaO、磨细石膏组合物和快硬硅酸盐水泥，CaCO3、CaO、磨细石膏组合物的重量总和占快速固化剂总重的60%～80%，快硬硅酸盐水泥的重量占快速固化剂总重的5%～25%；所述B组分为辅料，所述B组分包括水玻璃、高分子聚丙烯酰胺及SBR乳胶，水玻璃的重量占快速固化剂总重的0～15%，高分子聚丙烯酰胺、SBR乳胶的重量之和占固化剂总重的1%～5%。本发明通过结合地下顶管施工特点，探究在有限空间中利用储浆固化池完成工程残余泥浆的相对快速处理、固化及利用途径，为长距离施工泥浆处置问题提供新的解决途径。
Description
技术领域
本发明属于顶管施工开挖泥浆固化技术领域，尤其是涉及一种顶管施工泥浆用快速固化剂及快速固化方法。
背景技术
随着社会经济的迅猛发展和城市化建设进程的加快，地上空间供需矛盾日益尖锐，开发城市地下空间可有效缓解土地压力。顶管施工作为地下工程中的一种与盾构法相似的非开挖管道铺设技术，由于不开挖路面、施工扰动小、保护城市景观等优点，近年来被广泛地应用于城市地铁出入口、综合管廊、地下商业街、给排水等工程中。非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。该技术在我国沿海经济发达地区广泛用于城市地下给排水管道、天然气管道、石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。采用该技术施工，能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路的堵塞，具有显著的经济效益和社会效益。
目前，顶管施工有大量残留泥浆且含水率高，固化周期长，对施工进度造成一定影响，甚者导至土层质量受损。且现有泥浆固化剂固化速度较慢、固化泥浆再利用困难、难以实现在地下有限空间中对泥浆进行有效固化处理等问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于：对顶管施工过程中泥浆固化周期长的问题，提供一种顶管施工泥浆用快速固化剂。
为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：
一种顶管施工泥浆用快速固化剂，其特征在于：所述顶管施工泥浆用快速固化剂由A 组分、B组分混制而成，
所述A组分为主料，所述A组分包括CaCO3、CaO、磨细石膏组合物和快硬硅酸盐水泥，CaCO3、CaO、磨细石膏组合物的重量总和占快速固化剂总重的60％～80％，快硬硅酸盐水泥的重量占快速固化剂总重的5％～25％；
所述B组分为辅料，所述B组分包括水玻璃、高分子聚丙烯酰胺及SBR乳胶，水玻璃的重量占快速固化剂总重的0～15％，高分子聚丙烯酰胺、SBR乳胶的重量之和占固化剂总重的1％～5％。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述快硬硅酸盐水泥的标号大于或等于42.5。
作为本发明的优选技术方案：所述磨细石膏为无水石膏。
作为本发明的优选技术方案：所述CaO为无水氧化钙，含量90％～94％。
作为本发明的优选技术方案：所述高分子聚丙烯酰胺为相对分子质量6×106阴离子溶性胶体。
作为本发明的优选技术方案：所述SBR胶乳以丁二烯和苯乙烯经低温聚合而成的稳定乳液，PH值在3～7之间。
本发明还有一个目的在于，提供一种顶管施工大量残留泥浆快速固化方法。
为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：
将大量残留泥浆输送至专门储浆固化池内，将前文所述的顶管施工泥浆用快速固化剂撒入待固化的工程残留泥浆中进行搅拌，使顶管施工残留泥浆转化为固体，将处理后的泥浆进行固液分离，固相填埋，液相回收至专门储浆固化池内。
使用顶管施工泥浆快速固化剂对顶管施工残留泥浆固化处理，能够有效解决工程进度变化所需要的泥浆快速固化问题，减小对环境污染的同时提高工程质量的优势。
通过对组分A中的掺合料、固料等中值粒径进行测定，控制各种固体原料的粒径分布相似度相差值，减小主料之间粒径差异，从而从物性上增强固化剂的固化能力。先后混加固化剂的两组分，使得泥浆在储液固化池中能快速、高效、充分地与固化剂混合并反应，其中 SBR乳胶的加入改变了泥浆的流变模量，使其在不断均匀搅拌的过程中抗渗性能增强，更快速地完成固化。而储浆固化池高低两出浆口的设置在添加原料与固化过程中具有分序、分段、定深、定量、间歇可控、重复灌注的特点。
具体地，包括如下步骤：
S1、做施工准备：设储浆固化池，准备固化泥浆所需的原材料，改装泵送管道；
S3、筛分测量主料A组各固体原料，将快硬硅酸盐水泥、磨细石膏等固体原料的中值粒径差控制在10％以内，在拌粉机中搅拌120s，将处理后的主料混合物备至储浆固化池内；
S4、将辅料B组的水玻璃、高分子聚丙烯酰胺阴离子溶性胶体和SBR乳胶提前10min～20min预混合待用，A组物料与B组物料分置防止提前反应影响固化效果；
S4、使用改装的泵送管道，设有两粗管先后输送泥浆，两粗管分设在储浆固化池异侧且出浆口高度不同，输送泥浆。先开启低出浆口，与储浆固化池底部A组物料混合，并在池边设雾化装置防止扬尘，待泥浆淹没低出浆口后，同时打开高出浆口并撒入B组物料，搅拌使其均匀反应。
固化剂物料质量控制为：
i.计算泥浆液性指数
ii.计算实际所需固化剂物料质量
m＝(n+0.15*Int[Ir])ρ0V0ηpipe
上式中，Ir为泥浆液性指数，当Ir>1时泥浆流动，受含水率影响需用更多固化剂物料； Kloss为泥浆在导管传输过程中的失水率，取值为5％；W为泥浆的实际含水率；Wp为塑性界限含水量；WL为粘性土的液限；m为实际所需固化剂物料质量；n为固化剂与泥浆重量比，取0.25～0.45；ρ0为泥浆复合密度，通常为1.1～1.16g/cm3；V0为一次固化过管泥浆总体积，根据实际需求决定；ηpipe为存在因导管转角而残留的泥浆，实际进入固化储液池的泥浆传输效率，取95％。
泥浆固化效率通过如下得到：
i.PH系数λ＝(e-2)(7-PH)
ii.泥浆固化效率
上式中，λ为泥浆PH系数；e为自然对数，取2.72；PH为在固化储液池中未添加固化剂的泥浆实际PH值；E为泥浆固化效率；CO为固化剂中有机质含量，可取12～15％；e1为待固化泥浆孔隙率；qu为原状泥浆无侧限抗压强度(kpa)；Su为泥浆无排水抗剪强度；a为泥浆压缩系数；m为实际所需固化剂物料质量；q0为固化后泥浆无侧限抗压强度(kpa)。
S5、输送完毕后关闭两出浆口。固化结束后，分离固液两相，填埋固相并打开低出浆口，回收液相以备循环重复使用。
本发明提供一种顶管施工泥浆用快速固化剂及快速固化方法，具有如下有益效果：
(1)、通过增设储浆固化池基于泥浆量、泥浆注入方式、固化剂添加方式等方面优化顶管施工残留泥浆的快速固化，使得固化过程具有可操作性强、投入低、周期短、对工程进度影响小的特点；
(2)、通过使用含有SBR胶乳、高分子聚丙烯酰胺阴离子溶性胶体和水玻璃混合物的新型固化剂解决了泥浆固化速度慢、固化泥浆成品重复利用强度低的问题；
(3)、通过结合地下顶管施工特点，探究在有限空间中利用储浆固化池完成工程残余泥浆的相对快速处理、固化及利用途径，为长距离施工泥浆处置问题提供新的解决途径。
附图说明
图1为本发明所提供的顶管施工大量残留泥浆快速固化方法的流程图示；
图2为泥浆快速固化处理的示意图；
图中：1、CaCO3；2、CaO；3、磨细石膏；4、快硬硅酸盐水泥；5、拌粉机；6、主料；7、储浆固化池；8、辅料混合料；9、低出浆口；10、高出浆口；11、施工泥浆；12、防扬尘雾化装置；13、固化后的泥浆。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
如图1至图2所示，顶管施工泥浆用快速固化剂包括主料6、辅料B混合料(包括：水玻璃、高分子聚丙烯酰胺阴离子溶性胶体和SBR乳胶混合液)。
储浆固化池7、低出浆口9、高出浆口10、防扬尘雾化装置12为本发明所提供的顶管施工大量残留泥浆快速固化方法中所涉及或者使用到的装置或者部件。
固化剂包括以下重量比例的原料：顶管施工残余大量泥浆快速固化剂由A组分和B组分混制而成，其中：主料A包含CaCO3、CaO与磨细石膏组合物和快硬硅酸盐水泥，CaCO3、CaO与硬石膏组合物占总重的60％～80％，快硬硅酸盐水泥占总重的5％～25％。B组为辅料，包括水玻璃、高分子聚丙烯酰胺及SBR乳胶，水玻璃占总重的0～15％，高分子聚丙烯酰胺与SBR乳胶之和占总量的1％～5％。快硬硅酸盐水泥，其标号大于或等于42.5；磨细石膏为无水石膏；CaO为无水氧化钙，含量90％～94％；高分子聚丙烯酰胺为相对分子质量 6×106阴离子溶性胶体；SBR胶乳以丁二烯和苯乙烯经低温聚合而成的稳定乳液，PH值在 3～7之间。
如图2所示，顶管施工大量残留泥浆快速固化使用方法，包括以下步骤：
S1、做施工准备：设储浆固化池，准备固化泥浆所需的原材料，改装泵送管道；
S3、筛分测量主料A组各固体原料，将快硬硅酸盐水泥、磨细石膏等固体原料的中值粒径差控制在10％以内，在拌粉机中搅拌120s，将处理后的主料混合物备至储浆固化池内；
S4、将辅料B组的水玻璃、高分子聚丙烯酰胺阴离子溶性胶体和SBR乳胶提前10min～20min预混合待用，A组物料与B组物料分置防止提前反应影响固化效果；
S4、使用改装的泵送管道，设有两粗管先后输送泥浆，两粗管分设在储浆固化池异侧且出浆口高度不同，输送泥浆。先开启低出浆口，与储浆固化池底部A组物料混合，并在池边设雾化装置防止扬尘，待泥浆淹没低出浆口后，同时打开高出浆口并撒入B组物料，搅拌使其均匀反应。
固化剂物料质量控制为：
i.计算泥浆液性指数
ii.计算实际所需固化剂物料质量
m＝(n+0.15*Int[Ir])ρ0V0ηpipe
上式中，Ir为泥浆液性指数，当Ir>1时泥浆流动，受含水率影响需用更多固化剂物料； Kloss为泥浆在导管传输过程中的失水率，取值为5％；W为泥浆的实际含水率；Wp为塑性界限含水量；WL为粘性土的液限；m为实际所需固化剂物料质量；n为固化剂与泥浆重量比，取0.25～0.45；ρ0为泥浆复合密度，通常为1.1～1.16g/cm3；V0为一次固化过管泥浆总体积，根据实际需求决定；ηpipe为存在因导管转角而残留的泥浆，实际进入固化储液池的泥浆传输效率，取95％。
泥浆固化效率通过如下得到：
i.PH系数λ＝(e-2)(7-PH)
ii.泥浆固化效率
上式中，λ为泥浆PH系数；e为自然对数，取2.72；PH为在固化储液池中未添加固化剂的泥浆实际PH值；E为泥浆固化效率；CO为固化剂中有机质含量，可取12～15％；e1为待固化泥浆孔隙率；qu为原状泥浆无侧限抗压强度(kpa)；Su为泥浆无排水抗剪强度；a为泥浆压缩系数；m为实际所需固化剂物料质量；q0为固化后泥浆无侧限抗压强度(kpa)。
S5、输送完毕后关闭两出浆口。固化结束后，分离固液两相，填埋固相并打开低出浆口，回收液相以备循环重复使用。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种顶管施工大量残留泥浆快速固化方法，其特征在于：所述顶管施工大量残留泥浆快速固化方法包括如下步骤：
S1、做施工准备：设储浆固化池，准备固化泥浆所需的原材料，改装泵送管道；
S2、筛分A组分中快硬硅酸盐水泥、细磨石膏，除去粒径过大的部分颗粒，将固体原料中值粒径差控制在10％以内，搅拌处理A组分并置于储浆固化池底；
S3、将B组分中水玻璃、高分子聚丙烯酰胺和SBR乳胶提前预混合待用，A组分物料与B组分物料分置防止提前反应影响固化效果；
S4、使用改装的泵送管道，设有两粗管先后输送泥浆，两粗管分设在储浆固化池异侧且出浆口高度不同，输送泥浆；先开启低出浆口，与储浆固化池底部A组分物料混合，泥浆完全没过A组分物料充分混合，并在池边设雾化装置防止扬尘，若泥浆出速过快则开启另一出浆口控制出浆速率，待泥浆淹没低出浆口后，同时打开高出浆口并撒入B组分物料，搅拌使其均匀反应；
S5、输送完毕后关闭两出浆口，固化结束后，分离固液两相，填埋固相并打开低出浆口回收液相以重复使用；
步骤S4中：快速固化剂物料质量控制为：
i.计算泥浆液性指数
ii.计算实际所需快速固化剂物料质量
m＝(n+0.15*Int[Ir])ρ0V0ηpipe
上式中，Ir为泥浆液性指数，当Ir>1时泥浆流动，受含水率影响需用更多快速固化剂物料；Kloss为泥浆在导管传输过程中的失水率，取值为5％；W为泥浆的实际含水率；Wp为塑性界限含水量；WL为粘性土的液限；m为实际所需快速固化剂物料质量；n为快速固化剂与泥浆重量比，取0.25～0.45；ρ0为泥浆复合密度，为1.1～1.16g/cm3；V0为一次固化过管泥浆总体积，根据实际需求决定；ηpipe为存在因导管转角而残留的泥浆，实际进入固化储液池的泥浆传输效率，取95％；
A组分和B组分混制成顶管施工泥浆用快速固化剂；
所述A组分为主料，所述A组分包括CaCO3、CaO、磨细石膏组合物和快硬硅酸盐水泥，CaCO3、CaO、磨细石膏组合物的重量总和占快速固化剂总重的60％～80％，快硬硅酸盐水泥的重量占快速固化剂总重的5％～25％；
所述B组分为辅料，所述B组分包括水玻璃、高分子聚丙烯酰胺及SBR乳胶，水玻璃的重量占快速固化剂总重的0～15％，高分子聚丙烯酰胺、SBR乳胶的重量之和占快速固化剂总重的1％～5％。
2.根据权利要求1所述的顶管施工大量残留泥浆快速固化方法，其特征在于：步骤S4中：泥浆固化效率通过如下得到：
i.pH系数λ＝(e-2)(7-pH)
ii.泥浆固化效率
上式中，λ为泥浆pH系数；e为自然对数，取2.72；pH为在固化储液池中未添加快速固化剂的泥浆实际pH值；E为泥浆固化效率；CO为快速固化剂中有机质含量，取12～15％；e1为待固化泥浆孔隙率；qu为原状泥浆无侧限抗压强度，kpa；Su为泥浆不排水抗剪强度；a为泥浆压缩系数；m为实际所需快速固化剂物料质量；q0为固化后泥浆无侧限抗压强度，kpa。
3.根据权利要求1所述的顶管施工大量残留泥浆快速固化方法，其特征在于：所述快硬硅酸盐水泥的标号大于或等于42.5。
4.根据权利要求1所述的顶管施工大量残留泥浆快速固化方法，其特征在于：所述磨细石膏为无水石膏。
5.根据权利要求1所述的顶管施工大量残留泥浆快速固化方法，其特征在于：所述CaO为无水氧化钙，含量90％～94％。
6.根据权利要求1所述的顶管施工大量残留泥浆快速固化方法，其特征在于：所述高分子聚丙烯酰胺为相对分子质量6×106阴离子溶性胶体。
7.根据权利要求1所述的顶管施工大量残留泥浆快速固化方法，其特征在于：所述SBR乳胶为以丁二烯和苯乙烯经低温聚合而成的稳定乳液，pH值在3～7之间。
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