砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆及制备方法技术

砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆及制备方法，是由矿物类与水溶性高分子类材料复合而成的土体改良剂，其各组分所占质量比如下：水800‑1200份；有机溶剂3‑8份；粘土80‑120份；黄原胶1‑3份；瓜尔胶1‑3份；纯碱0.1‑1份；其采用特殊的混合工艺，使得混合更加充分、均匀，大大提高粘土粉与水的混合均匀度，很好的改良混合效果，增加了制成物的使用效果。

【技术实现步骤摘要】
砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆及制备方法
本专利技术属于建筑材料领域，尤其属于盾构施工用渣土改良

技术介绍
现代城市隧道建设卓有成效的施工方法为盾构施工法,目前我国所应用的盾构机主要为土压平衡式盾构，土压平衡盾构工法具有自动化程度高、施工速度快、对地面影响小、不受隧道覆土深度、地形、地貌、江河水域等地表环境条件和天气条件的限制等优点。其工作原理为:通过刀盘旋转切削开挖面土体，切削下来的渣土进入土舱，通过调节螺旋输送机转速控制出土速度，使土舱内压力与开挖面的水土压力保持平衡，以维持开挖面的稳定。但由于地层土体性质的不同，很多情况下,天然地层的开挖土很难满足开挖面稳定的条件,从而给施工带来困难，严重时甚至引发工程事故。因此，在盾构施工中对土体的改良尤为重要。我国幅员辽阔，地质情况复杂多变，在盾构施工过程中出现的问题可总结如下的几个方面。(1)盾构刀盘磨损问题：由于开挖土体流动性差，开挖土体抗剪强度较高，导致盾构开挖时刀盘扭矩过大，在盾构开挖土体过程中对刀盘磨损严重。(2)闭塞问题：当盾构机压力舱内开挖土具有较大的内摩擦角,土体与侧壁的摩擦系数较大,开挖面的压力和压力舱隔板承受的盾构千斤顶的推力较大时,土体在压力舱的侧壁容易发生粘附现象,此时上部的土体不能掉下来,粘附的土体逐渐增加,就容易发生开挖土的拱作用。由于开挖土体在密封舱成拱,使盾构机不能正常出土,时间一长土体就会压实充满压力舱,经过压实的土体又使密封舱内搅拌翼板的阻力上升,加大了刀盘扭矩,进而造成刀盘扭矩、千斤顶推力的增大,并有可能导致无法正常推进,引起施工的困难。(3)喷涌问题：盾构施工中密封舱和螺旋排土器内的土体不能有效抵抗开挖面上的水压力,在螺旋排土器出口处容易发生喷砂、喷泥和喷水的现象。盾构施工中发生喷涌,不仅造成隧道内开挖土难以处理,严重时会导致开挖面失稳。(4)结饼问题：盾构在粘性土层中施工时,由于粘性土本身具有内摩擦角小,粘聚力大等特点,使得开挖时粘性土体粘附于盾构刀盘上。而那些被刀盘从开挖面上切削下来的粘土,通过刀盘渣槽又进入密封舱,在密封舱上部压力的作用下容易发生压密和固结排水,形成坚硬的“泥饼”。密封舱内发生“结饼”后,如果不进行及时的处理,则密封舱内“泥饼”将不断扩散,最终会使整个密封舱发生堵塞,这时就会导致密封舱内的刀盘扭矩过大,开挖困难,严重时会引发刀盘主轴承温度过高,出现主轴承“烧结”的严重后果,会加速主轴承的损坏。(5)开挖面失稳问题：土压平衡式盾构施工中,如果压力舱的压力不足,难以抵抗开挖面释放的荷载,就可能发生开挖面涌水或坍塌,导致开挖面的失稳。造成开挖面失稳的具体原因有以下几点：1)施工单位没有控制好压力舱的应有压力,造成开挖面失稳；2)施工单位担心压力舱压力过大会造成结饼、闭塞而半舱推进,低压推进,造成开挖面失稳；3)由于发生喷涌使压力舱压力不能控制；4)发生结饼,闭塞后强行推进造成地基被动破坏。为了保证开挖面的稳定,重要的是要使开挖下来的土砂具有塑性流动性,并使土砂充满压力舱内,同时还应使开挖下来的土砂具有止水性。同时为了一边保持开挖面的稳定一边顺利的进行推进,则需要适量地进行排土,维持排土量和开挖量的平衡。对于改良剂的种类和用量现如今都存在着很大的经验性和盲目性。目前工地上常用的改良剂为纯膨润土泥浆和泡沫剂。膨润土，又叫斑脱岩或膨土岩，是工地用泥浆主要原材料，原是指比普通可塑性粘土能吸收更多的水量，且体积膨胀显著比干燥状态约膨胀十几倍，并呈凝胶状态的黄绿色粘土，蒙脱石作为膨润土的最主要成分，对其性质起着决定性作用。配制的泥浆具有较强的造浆能力，是制配泥浆的优质材料。土压平衡盾构中泥浆比较适用于富水砂土砂卵石地层中，在这种地质条件下，由于土体渗透系数较大，在土压仓螺旋输土管出极易发生喷涌，导致盾构机无法正常工作。当加入膨润土泥浆后，泥浆渗入开挖土体，填充土体颗粒，并在掌子面形成一层致密薄泥膜，从而可以将地下水的水压力转化为土体之间的有效应力，能够有效降低土体渗透性并稳定开挖面。此外，膨润土泥浆可以起到润滑减摩的作用，利于盾构的推进，减小刀盘的磨损。但市面上的膨润土由于蒙脱石含量不同造浆能力也不尽相同。对于工地上常用的普通膨润土泥浆，单纯由水和膨润土配制而成，组成简单，功能单一，且因为混合效果差，泥浆性能较差，配置后的泥浆水土分离较严重，这非常不利于泥浆的远距离输送，泥浆粘度低，容重低，对于粒径较大的砾石卵石，携岩能力较弱，且泥浆滤失量高，不利于泥膜的形成，此外单纯的增加膨润土用量不能起到良好的效果，而且还造成大量的浪费，废弃泥浆难处理，污染环境等一系列问题。且膨润土作为一种非可再生的多用途矿物稀土，应合理开采并加以利用。鉴于此，有必要在钻井泥浆技术的基础上,针对盾构现有问题建立一套改良评价体系,研制一种高效、环保的新型泥浆改良剂,这对于国家的绿色发展以及土压平衡盾构的推广应用均具有重要意义。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆及制备方法，其目的是解决以往所存在的问题。技术方案：本专利技术提供一种土压平衡盾构施工用泥浆土体改良剂，是由矿物类与水溶性高分子类材料复合而成的土体改良剂，其各组分所占质量比如下：各组分较佳配比为：所述粘土为100目黄色粉末。所述黄原胶为100目淡黄色粉末。所述瓜尔胶为200目白色粉末，黄原胶：瓜尔胶＝3：2。所述纯碱为200目白色粉末。有机溶剂(例：乙醇，丙酮等)，当增稠胶体遇水后，其胶体外层遇水乳化成亲水性粘稠胶体，导致内部胶体无法吸水成胶，致使胶体抱团结块，无机溶剂的作用是充当胶体的溶质，胶体在有机溶剂中能充分分散，分散后的胶体加入水中，可使胶体达到最佳效果，本次试验使用的为95％工业酒精。粘土为实验室普通粘土，其作用为浆液固相组成，在砂土地层中，能够有效填充砂土颗粒间空隙，减小其渗透系数，改善土体颗粒级配，能有效防止盾构机喷涌现象，有利于改善刀盘磨损，降低刀盘扭矩，稳定开挖面。黄原胶购自蜜丹儿旗舰店，其对于泥浆起到增稠、悬浮、乳化、稳定的作用，不收温度影响，在PH值4以下或10以上粘度有所升高，受机械冲击如搅拌时粘度有所下降，静置时可为凝胶，呈假塑性，有利于泥浆的搅拌，可使粘土颗粒充分悬浮于浆液中而不发生沉淀，有利于泥浆远距离输送，可以有效增加泥浆粘度，增大泥浆的携岩能力，有利于渣土的输送。瓜尔胶购自淘宝蜜丹儿旗舰店，与黄原胶合用有相乘的效果，较低浓度的瓜尔胶溶液即可形成高粘度的溶液，能够有效增加泥浆的粘度，利于泥浆携岩，在PH值3以下或高温情况下会发生降解。纯碱购自蜜丹儿旗舰店，主要为泥浆提供钠离子以及调节泥浆酸碱度，使泥浆呈碱性，利于黄原胶增稠和瓜尔胶稳定，纯碱还能通过离子交换和沉淀作用使钙质粘土变钠性粘土，增强泥浆中固相颗粒的悬散能力，提高泥浆的稳定性。本专利技术的制备方法包括如下步骤：(1)将粘土块用锤子或其他工具敲碎成直径0.1-0.5cm的小颗粒，平摊放入烘干箱中100°-120°烘干16-20小时后取出。(2)将烘干后的粘土继续捣碎成更小的颗粒，放入顶击式标准筛振筛机中，取0.150mm-0.250mm筛中的粘土。(3)在砂浆搅拌机中放入水，用低档(62±5r/min)进行搅拌，边搅拌边加入筛好的粘土，搅拌5-10分钟左本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆，其特征在于：所述砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆由以下重量份数的原料制成：

【技术特征摘要】
1.一种砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆，其特征在于：所述砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆由以下重量份数的原料制成：2.根据权利要求1所述砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆，其特征在于：所述砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆较优比由以下重量份数的原料制成：3.根据权利要求1所述砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆，其特征在于：所述粘土为100目黄色粉末。4.根据权利要求1所述砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆，其特征在于：所述黄原胶为100目淡黄色粉末。5.根据权利要求1所述砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆，其特征在于：所述瓜尔胶为200目白色粉末，黄原胶：瓜尔胶＝3：2。6.根据权利要求1所述砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆，其特征在于：所述纯碱为200目白色粉末。7.根据权利要求1-6任一项所述的砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)、将粘土块用锤子或其他工具敲碎成直径0.1-0.5cm的小颗粒，平摊放入烘干箱中100°-120°烘干16-20小时后取出。(2)、将烘干后的粘土继续捣碎成更小的颗粒，放入顶击式标准筛振筛机中，取0.150mm-0.250mm筛中的粘土。(3)、在砂浆搅拌机中放入水，用低档(62±5r/min)进行搅拌，边搅拌边加入筛好的粘土，搅拌5-10分钟左右待粘土充分溶解，加入纯碱，浆转速调为高档(125±5r/min)，继续搅拌5-10分钟。(4)、将黄原胶和...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志强，于有强，冯东林，刘景秀，阿力江·吐尔迪，杨秀成，魏智森，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21