无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆及其制备方法、注浆方法和浆液置换方法技术

本发明专利技术公开无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆及其制备方法、注浆方法和浆液置换方法，所述触变泥浆包括混合搅拌的水、膨润土、纯碱(Na2CO3)和掺合剂；其中各成分重量比为：水：膨润土：纯碱(Na2CO3)：掺合剂＝400‑450:75‑100:10‑20:10‑20；其触变泥浆能够有效降低顶管顶进过程中所需顶推力，有效控制地面沉降和维持管周土体的稳定性；其注浆方法和浆液置换方法，能够大大减小无水砂层中顶进施工时的顶推力，有效控制地面沉降和维持管周土体的稳定性，对顶管工程发展有着积极的意义。

【技术实现步骤摘要】
无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆及其制备方法、注浆方法和浆液置换方法
本专利技术属于顶管施工减阻
，具体涉及无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆及其制备方法、注浆方法和浆液置换方法。
技术介绍
随着国内城市化进程的快速发展，由于地上空间的有限性，地下空间得到了广泛的开发与利用，地下管线、地下通道等已经成为了现代城市错综复杂网络系统的重要组成部分。城市地下管网和地下交通线路的建设通常采用明挖施工和地下施工两种方式。明挖施工通常会导致城市路面破坏、交通拥堵，并造成城市地面环境污染和施工噪音污染等各种环境问题，对城市居民的日常生活造成严重影响。地下施工又分为巷道法、顶管法和盾构法等，其中，顶管法由于具有经济、安全、高效和简便等优点，在城市地下空间的开发与利用中得到了广泛的应用。根据工作原理的不同，顶管机分为泥水平衡、土压平衡、气压平衡和岩石顶管等。在众多的顶管机类型中，土压平衡顶管机的适应性相对较广，能用于粘结性或非粘结性、有水或无水、软土或软岩、砾岩或圆砾等多种复杂的地层，能有效控制地表沉降，在砂性土层的顶进施工中应用较为普遍。随着顶管机和辅助功能的完善与发展，如加泥加改良剂系统的采用，以及防喷涌功能系统和保压泵渣装置的应用等，使得土压平衡顶管机具有了十分完善的功能和先进的技术性能，施工效率和安全性都得到了较大的提高，但是应用于砂性土层的顶进施工中仍存在一定的风险和挑战。应用土压平衡顶管法在砂性土层中修建地下管线和地下通道时，由于该类土体粘聚力小、内摩擦角大、成拱效应差、自稳时间短、管节上方土体极易形成小范围塌方等特点，顶管顶进过程中管壁与土体摩擦力较大，所需顶推力较大，容易产生“背土”现象，很难维持管节上方土体的稳定。触变泥浆注浆减阻技术因具有稳定和支撑土体，防止塌落，降低顶进摩擦阻力等作用在顶进施工过程中的应用至关重要，其性能的优劣是决定施工能否顺利进行的关键，且不同地层对触变泥浆性能及使用的要求不同。目前尚未有公开的对无水砂层中顶管用触变泥浆配比及其减阻方法的现有技术资料，施工所用配比完全靠经验确定，无试验数据支撑。
技术实现思路
本专利技术提供无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆及其制备方法、注浆方法和浆液置换方法，应用该方法制备和使用的触变泥浆能够有效降低顶管顶进过程中所需顶推力，有效控制地面沉降和维持管周土体的稳定性。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术首先提供无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆，所述触变泥浆包括混合搅拌的水、膨润土、纯碱(Na2CO3)和掺合剂；其中各成分重量比为：水：膨润土：纯碱(Na2CO3)：掺合剂＝400-450:75-100:10-20:10-20。还可优选的是，所述水的PH值≥7。以防止腐蚀管道。本专利技术其次提供上述无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆的制备方法，包括以下步骤，向搅拌桶里加入清水；开启所述搅拌桶内的搅拌装置，搅拌时加入所述膨润土、所述纯碱和所述掺合剂，且使得各成分重量比为：水：膨润土：纯碱：掺合剂＝400-450:75-100:10-20:10-20；待包括所述膨润土、所述纯碱和所述掺合剂的配料混合完毕后，继续搅拌预设时间，完成配置所述触变泥浆。还可以优选的是，待包括所述膨润土、所述纯碱和所述掺合剂的配料混合完毕后，先将所述搅拌桶开口处覆盖保鲜膜，然后再继续搅拌。本专利技术再次提供上述无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆的注浆方法，包括以下步骤，将注浆设备连接注浆管；将所述触变泥浆灌入所述注浆管；通过所述注浆设备对所述注浆管内的所述触变泥浆进行压入，然后对压入的所述触变泥浆进行顶进；重复压入操作和顶固操作。还可以优选的是，将所述注浆管端部的注浆孔处安装单向阀。还可以优选的是，将所述触变泥浆注浆压力设置为大于静止土压。还可以优选的是，将所述静止土压采用掘进时土仓压力计算值的上限。本专利技术最后提供上述无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆的浆液置换方法，包括以下步骤，注浆及浆液置换：从所述注浆管的一端开始依次注入水泥浆液，通过所述水泥浆液置换所述触变泥浆，依次打开所述注浆管上的注浆孔和放浆孔，并循环操作；置换注浆的前期，所述触变泥浆流出；随着置换注浆的进行和所述水泥浆的注入，当纯水泥浆液开始流出时，关闭所述放浆孔；待压浆体凝结后，拆除所述注浆管，并采用堵头将注浆孔封堵。还可以优选的是，注浆及浆液置换的注浆时，先开启注浆泵，关闭注浆阀，打开回浆阀，循环上述操作设定时间后，打开注浆管阀门，同时开启放浆管节的放浆阀，从底部开始向上依次放浆，前期放出的是所述触变泥浆，随着所述水泥浆注入，放出的浆液变换为所述水泥浆；置换完成后关闭所述放浆阀，再注浆设定时间后，开始下一个循环周期的上述注浆及浆液置换操作。本专利技术能够达到以下有益效果：本专利技术的无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆及其制备方法、注浆方法和浆液置换方法，其触变泥浆能够有效降低顶管顶进过程中所需顶推力，有效控制地面沉降和维持管周土体的稳定性；其注浆方法和浆液置换方法，能够大大减小无水砂层中顶进施工时的顶推力，有效控制地面沉降和维持管周土体的稳定性，对顶管工程发展有着积极的意义。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆的浆液置换方法的注浆及浆液置换的置换顺序的一个示意图。图2为本专利技术的无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆的浆液置换方法的注浆及浆液置换的置换顺序的另一个示意图。图中，1为第一节注浆管，2为第二节注浆管，3为第三节注浆管，4为第四节注浆管。图1和图2中，空心实线箭头所示为各节注浆管的注浆顺序方向，实心实线箭头所示为注浆方向，实心虚线箭头为排浆方向。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。以下结合附图，详细说明本专利技术各实施例提供的技术方案。实施例1无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆，所述触变泥浆包括混合搅拌的水、膨润土、纯碱(Na2CO3)和掺合剂；其中各成分重量比为：水：膨润土：纯碱(Na2CO3)：掺合剂＝400-450:75-100:10-20:10-20。实施例2无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆，如实施例1所述，不同的是，所述触变泥浆各成分重量比优选为：水：膨润土：纯碱(Na2CO3)：掺合剂＝400:100:20:20。还可以进一步的，所述掺合剂为羟甲基纤维素钠(CMC)。还可进一步的，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆，所述触变泥浆包括混合搅拌的水、膨润土、纯碱(Na2CO3)和掺合剂；其特征在于，其中各成分重量比为：水：膨润土：纯碱(Na2CO3)：掺合剂＝400-450:75-100:10-20:10-20。/n

【技术特征摘要】
1.无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆，所述触变泥浆包括混合搅拌的水、膨润土、纯碱(Na2CO3)和掺合剂；其特征在于，其中各成分重量比为：水：膨润土：纯碱(Na2CO3)：掺合剂＝400-450:75-100:10-20:10-20。


2.如权利要求1所述的无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆，其特征在于，所述水的PH值≥7。


3.如权利要求1或2所述的无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
向搅拌桶里加入清水；
开启所述搅拌桶内的搅拌装置，搅拌时加入所述膨润土、所述纯碱和所述掺合剂，且使得各成分重量比为：水：膨润土：纯碱：掺合剂＝400-450:75-100:10-20:10-20；
待包括所述膨润土、所述纯碱和所述掺合剂的配料混合完毕后，继续搅拌预设时间，完成配置所述触变泥浆。


4.如权利要求3所述的无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆的制备方法，其特征在于，待包括所述膨润土、所述纯碱和所述掺合剂的配料混合完毕后，先将所述搅拌桶开口处覆盖保鲜膜，然后再继续搅拌。


5.如权利要求1或2所述的无水砂层中土压平衡顶管用触变泥浆的注浆方法，其特征在于，包括以下步骤，
将注浆设备连接注浆管；
将所述触变泥浆灌入所述注浆管；
通过所述注浆设备对所述注浆管内的所述触变泥浆进行压入，然后对压入的所述触变泥浆进行顶进；
重复压入操作和顶固操作。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨，陈宏达，万中正，于明，王传银，蔡炜凌，张彬，刘硕，杨植，张涛，王安明，安旭东，王雨，李超，高骏，
申请(专利权)人：中铁四局集团第三建设有限公司，中铁四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12