CN1882762A - 气泡盾构工法中的气泡生成方法以及在气泡盾构工法中使用的气泡材料 - Google Patents

气泡盾构工法中的气泡生成方法以及在气泡盾构工法中使用的气泡材料 Download PDF

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Abstract

在作为主剂的起泡材料中添加选自CMC、瓜耳胶、海藻酸中的一种乃至它们的混合物作为增粘剂，将粘度调节到300～500mPa·s的起泡材料容液通过发泡装置18从而以设定的发泡倍率使其发泡，随后立即在得到的气泡中添加混合金属离子的水溶液。

Description

气泡盾构工法中的气泡生成方 法以及在气泡盾构工法中使用的气泡材料
技术领域
本发明涉及一种适宜在气泡盾构工法中、在透水性特别高的砂砾地基中使用的气泡生成方法和气泡材料。
背景技术
在泥土加压类盾构中使用的加泥材料分为(a)膨润土类、(b)纤维素类、(c)聚丙烯酰胺类、(d)吸水性树脂类、(e)表面活性剂类。
其中，在气泡盾构工法中使用的气泡剂一般属于(e)表面活性剂类，是在特殊气泡剂(OK-2-使以纸浆为原料的纤维素类高分子作为起泡材料的主剂)的水溶液中混入空气而生成的。通过向开掘面注入这种气泡材料，使挖掘土的流动性和止水性提高，同时既防止了室内砂土的附着，确保了开掘面的稳定性，同时还能够使挖掘顺利进行。
另外，在气泡盾构工法中，由掘进地基的性状，即粒径加积曲线来决定气泡材料的类型(参照于平成15年3月由盾构工法技术协会发行的气泡盾构工法技术资料《土质和特殊气泡材料的选择标准》、http://www.shield-method.gr.jp/what/kiho.PDF)，例如如图1所示，A型(溶液粘度2.7mPa·s)的适用范围是由粘土、泥浆和细砂等构成的I区或II区的范围，B型(溶液粘度300mPa·s)的适用范围适合由细砂、粗砂等构成的II～III区。
对于该B型，由于在OK-1中添加了增粘剂OK-2以赋予气泡粘性，增加了气泡强度，所以能够适合II～III区。
但是，对于透水性特别高的砂砾地基，尤其是属于IV区的透水系数大的土质，即使使用了B型也会由于丰富的地下水的涌出而使得气泡容易消泡，使保持开掘面的稳定变得困难，会产生由螺旋输送机的喷发等不良状况，给掘进带来障碍。
因此，需要其他添加材料的并用、辅助工法。这是因为，如果将粘性提高到大于等于现有的B型的粘度，由于产生粘性引起的发泡装置内的压力增加、阻塞等而导致发泡倍率下降，从而不能够产生作为气泡盾构的B型的标准的6倍发泡。
为解决上面的问题，本发明提供一种气泡盾构工法中的气泡生成方法以及在气泡盾构工法中使用的气泡材料，该方法通过使用B型的起泡材料来确保所期望的发泡倍率，而且还使其增粘，即使是在透水性高的砂砾地基中也能够在不采用其他添加材料、辅助工法的情况下实施气泡盾构工法。
发明内容
本发明所涉及的气泡生成方法，其特征在于：在作为主剂的起泡材料中添加选自CMC、瓜耳胶、海藻酸中的一种乃至它们的混合物作为增粘剂，将粘度调节到300～500mPa·s的起泡材料溶液通过发泡装置从而以设定的发泡倍率使其发泡，随后立即向得到的气泡中添加混合金属离子的水溶液。另外，本发明方法的特征在于：在权利要求1中，上述金属离子是三价金属离子或钙离子。再者，本发明方法的特征在于：在权利要求1或2中，在上述金属离子中添加了液性调节用助剂。
另外，本发明所涉及的在气泡盾构工法中使用的气泡材料，其特征在于：在作为主剂的起泡材料中添加选自CMC、瓜耳胶、海藻酸中的一种乃至它们的混合物作为增粘剂，将粘度调节到300～500mPa·s的起泡材料溶液通过发泡装置从而以设定的发泡倍率使其发泡后立即得到。
附图说明
图1为表示土质和起泡材料的选择标准的图。
图2为表示应用了本发明方法的气泡盾构工法的说明用剖面图。
具体实施方式
图2表示应用了本发明方法的气泡盾构工法。图中，1为盾构挖掘机，2为后续于挖掘机1而构筑的隧道环片。
盾构挖掘机1如下构成：在筒形的外挡板3的前面配备有切削盘4，利用未图示的千斤顶在环片2的前端部获得反作用而前进的同时，通过旋转切削盘4来挖掘开掘面，通过螺旋输送机7来输送装入位于切削盘4的背面、由隔壁5分隔开的室6内的挖掘碎渣，交接到配置在其后部的碎渣搬运台车中并进行排土。
在挖掘机1的后部，在由环片2围成的隧道坑内，架设有搬运用钢轨8，在本实施方式中，在该钢轨8上构成气泡生成装置的各种台车连接为一列。各台车从后部侧开始依次为起泡材料储存台车9、驱动台车10、控制台车11和发泡台车12。除此之外，发泡用台车12上还配置有金属离子储存槽13。
储存台车9从引入坑内的起泡材料管道14接受起泡材料的供给并暂时储存在那里。驱动台车10配备有起泡材料注入泵15、空气压缩机16，控制台车11装载有泵15以及压缩机16的控制装置17，发泡台车12中配备有发泡装置18，这些装置间通过起泡材料供给管线、空气管线来连接。
通过装置驱动，储存在储存台车9中的起泡材料通过泵15送往发泡装置18，在发泡装置18的内部以设定的压力比混入由空气压缩机16生成的压缩空气，从而以设定的发泡倍率进行发泡，通过气泡注入管19在切削盘4的前面喷出。
除此以外，在气泡注入管19内，在发泡装置18的喷出端附近，通过供给用管线20以及泵P连接到金属离子储存槽13，在发泡装置18内向发泡的气泡中混入金属离子溶液。其混入比率通过用前述控制装置17来驱动控制泵P，达到所设定的比例。
上述中，所使用的起泡材料是适合于前述II～III区的B型起泡材料，是主要成分除了作为起泡材料主成分的上述的OK-1外，添加选自CMC、瓜耳胶、海藻酸中的一种乃至它们的混合物作为增粘剂，将粘度调节到300～500mPa·s的起泡材料溶液。
所添加的CMC、瓜耳胶、海藻酸或它们的混合物，在三价金属离子或钙离子的存在下凝胶化，增粘到例如2倍～40倍。
因此，在本发明中，通过使发泡倍率保持在所期望的状态，通过向气泡中混入金属离子溶液而增粘，在该状态下供给到切削盘4的前面，因此即使是透水性高的砂砾地基，即属于IV区的透水系数大的土质，也能在不并用其他添加剂、辅助工法的情况下获得良好的挖掘，并且由于室内砂土的塑性流动性和止水性提高，因此能够防止从螺旋输运机中喷发。
作为混入的金属离子，可以例举明矾、硫酸铝等铝化合物、硫酸铁、氯化铁、铝酸钠、硼砂、硼酸等三价金属离子的溶液，氯化钙溶液等。
除此以外，还预先在金属离子溶液内混合氢氧化钠水溶液、硫酸水溶液等液性调节用助剂。这是因为因液性不同而增粘程度不同，例如，在瓜耳胶的情况下液性在碱性侧增粘程度增加，而在CMC的情况下在酸性侧增粘程度增加。
这些金属离子溶液优选以0.5～10％水溶液形态、相对于起泡材料溶液的原液以体积比5～10％左右的混合比率混合。其理由是混合量小于5％的情况下由作为目标的凝胶化产生的粘性增加不显著，而大于10％的情况下会发生由凝聚作用而引起的脱水等体积收缩，因此产生不能得到完整的气泡这样的不良状况。
另外，在挖掘的地基变化到III区乃至II区的情况下，如果停止泵P，由于凝胶化操作停止，能够以原有的粘度和发泡倍率供给开掘面。由此能够减轻与增粘相伴的泵负荷等，因为只通过切换就可以，而并不伴有操作中断，因此能够简单地根据地基性状进行变更。
实施例1
使用清洗的砂，注入A型、B型和凝胶化B型这3种粘度不同的气泡，如以下表1～3所示，比较流动性(slump)值和注入率。另外，流动性值均使用C型粘度计测定。
        表1
  A型(粘度660mPa·s)
  注入率   流动性值
  30％   1.4cm
  40％   8.0cm
  50％   8.5cm
        表2
  B型(粘度6400mPa·s)
  注入率   流动性值
  30％   7.0cm
  40％   11.8cm
  50％   12.5cm
        表3
  凝胶化B型(粘度9000mPa·s)
  注入率   流动性值
  30％   15.0cm
  40％   22.0cm
  50％   23.4cm
从各表中可以了解，气泡粘度的高低与流动性值的大小成正比。这暗示如果因粘度增加而气泡强度增加，那么就不容易破泡或消泡。
实施例2
将作为增粘剂成分的0.6％瓜耳胶液用氯化铁离子进行凝胶化，使用苛性钠溶液作为液性调节剂，观察粘度因液性而变化，得到的结果如以下的表4所示。另外，溶液状态的粘度采用Viscose Tester测定。
                                    表4
  0.6％的瓜耳胶液   5％的氯化铁液   5％的苛性钠液   pH   粘度(mPa·s)
  200cc   -   -   6.7   500
  200cc   10cc   10cc   8.2   1300
  200cc   10cc   12cc   8.7   2200
  200cc   10cc   13cc   9.6   2400
从该表中可以确认，由于氯化铁离子的存在而增粘，而且即使添加容量相同，液性越在碱性侧，增粘程度越高。
实施例3
将作为增粘剂成分的0.6％瓜耳胶液用铝酸钠进行凝胶化，使用稀硫酸溶液作为液性调节剂，观察粘度因液性而变化，得到的结果示于以下的表5中。另外，溶液状态的粘度通过Viscose Tester测定。
                                    表5
  0.6％的瓜耳胶液   3％的铝酸钠液   15％的稀硫酸液   pH   粘度(mPa·s)
  200cc   -   -   6.8   500
  200cc   10cc   1.3cc   4.5   500
  200cc   12cc   1.3cc   10.1   1450
  200cc   12cc   1.5cc   9.9   1600
  200cc   12cc   1.8cc   8.6   1500
  200cc   13cc   1.8cc   9.5   1800
从该表中可以判断，如果液性在酸性侧则没有增粘效果，而如果液性过度地偏向碱性侧则粘度反而会降低，以恰好的液性范围(pH9.5)可以获得最大的增粘效果。另外，由于铝酸钠其本身是碱性物质，根据稀硫酸的添加量其液性会变化。
实施例4
将作为增粘剂成分的0.6％瓜耳胶液用硼砂进行凝胶化，观察粘度因液性而变化，得到的结果示于以下的表6中。另外，溶液状态的粘度通过Viscose Tester测定。
                            表6
  0.6％的瓜耳胶液   0.5％的硼砂液   pH   粘度(mPa·s)
  200cc   -   6.7   500
  200cc   10cc   8.0   3000
  200cc   15cc   8.3   15000
  200cc   20cc   8.5   20000
从该表中可以判断，粘性随着金属离子的增加而增加，并且在恰好的液性范围(pH9.0)可以获得最大的增粘效果。
本发明适用于气泡盾构工法中透水性高的砂砾地基的挖掘。
根据本发明，通过金属离子溶液的添加，将通过发泡装置而喷出的气泡主成分凝胶化，在保持于所期望的发泡倍率的同时，在进一步增粘的状态下由挖掘机前端喷出。作为所使用的金属离子，优选三价的金属离子或钙离子。通过添加液性调节用助剂，使其保持在易于增粘的液性。

Claims (4)

1、气泡盾构工法中的气泡生成方法，其特征在于：在作为主剂的起泡材料中添加选自CMC、瓜耳胶、海藻酸中的一种乃至它们的混合物作为增粘剂，将粘度调节到300～500mPa·s的起泡材料溶液通过发泡装置从而以设定的发泡倍率使其发泡，随后立即向得到的气泡中添加混合金属离子的水溶液。
2、权利要求1所述的气泡盾构工法中的气泡生成方法，其特征在于：所述金属离子是三价金属离子或钙离子。
3、权利要求1或2所述的气泡盾构工法中的气泡生成方法，其特征在于：在所述金属离子中添加了液性调节用助剂。
4、气泡盾构工法中使用的气泡材料，其特征在于：该材料通过在作为主剂的起泡材料中添加选自CMC、瓜耳胶、海藻酸中的一种乃至它们的混合物作为增粘剂，将粘度调节到300～500mPa·s的起泡材料溶液通过发泡装置从而以设定的发泡倍率使其发泡后立即得到。
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