一种盾构施工用充填控沉材料制造技术

本发明专利技术公开了一种盾构施工用充填控沉材料，主要用于填充由于盾构机刀盘超挖导致出现的盾构机外侧空隙。这种材料由A、B液混合而成，A液以膨润土和高岭土为主剂，以增稠剂、缓凝剂、防水剂、粉煤灰、水泥为添加剂，余量为水。B液是指水玻璃。A液与B液以体积比4:1~10:1混合。相比于现有的充填控沉材料，本发明专利技术注重加强材料的抗沉降性，并利用合适的添加剂与适当的配比，在抗沉陷性、泵送性、保水性等几种指标上均得到了很好的表现。上均得到了很好的表现。上均得到了很好的表现。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构施工用充填控沉材料


[0001]本专利技术涉及盾构施工材料领域，具体涉及一种盾构施工用新型充填控沉材料。

技术介绍

[0002]随着我国城市现代化建设步伐日渐加快，各类轨交交通均得到了极大的发展。盾构法是暗挖法的一种，是我国发展地下轨道交通的一个重要施工方法。但盾构法施工会导致周围土体出现不可避免的沉降，其中，因刀盘超挖引起的盾壳和土体之间的空隙是不可忽略的一个方面，此空隙会导致周围地层甚至建筑物出现一定程度上的变形。尤其对于盾构穿越工程而言，对被穿越建筑物的变形控制要求更为严格，在某些穿越高铁基础设施的项目中，甚至提出了“零沉降”的要求。因此急需一种既可快速充填、不易流失，而且凝结速度有保障，不易堵管，以及具有一定抗沉陷能力且不影响盾构掘进的新型材料。
[0003]现有注浆种类中，单液浆存在容易流失、凝结速度慢等缺点，双液浆存在凝结速度快、凝结强度高、容易抱死盾体、易堵管等缺点，均不能很好地解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提供一种盾构施工用充填控沉材料。相比于现有的充填控沉材料，本专利技术注重加强材料的抗沉降性，并利用合适的添加剂与适当的配比，在抗沉陷性、泵送性、保水性等几种指标上均得到了很好的表现。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的盾构施工用充填控沉材料，包括A液和B液；A液包括膨润土、高岭土、增稠剂、缓凝剂、防水剂、粉煤灰、水泥，余量为水；B液为水玻璃；A液与B液体积比为4:1~10:1。
[0006]所述膨润土为钠基膨润土，膨润土和高岭土在A液中质量共占比为25%~35%，膨润土和高岭土质量比为（3
‑
4）：1；进一步，所述膨润土400目粒径通过率超过95%，水分＜10%，二氧化硅质量含量大于70%；所述高岭土为煅烧高岭土，325目筛余物≤0.5%，水分≤0.5%。
[0007]所述增稠剂包括质量比为1:（1
±
0.1）的羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺，在A液中质量占比为0.02%~0.1%；进一步，羧甲基纤维素钠为粉状中黏型，黏度为500
‑
1000mPa
·
s，聚丙烯酰胺为阴/阳离子型，固含量＞90%，离子度在5~80。
[0008]所述缓凝剂为葡萄糖酸钠，在A液中质量占比为2%~4%。
[0009]所述防水剂为有机硅类防水剂，在A液中质量占比为2%~4%；进一步优选为SHP
‑
50型聚硅氧烷粉末。
[0010]所述粉煤灰为二级粉煤灰，在A液中质量占比为2%~4%；进一步，二级粉煤灰45μm方孔筛筛余≤30%，含水量≤1%。
[0011]所述水泥为硅酸盐水泥，在A液中质量占比为2%~7%；进一步，优选为P.O32.5硅酸盐水泥，密度为3.15g/cm3，3d抗压强度为27.5MPa，28d抗压强度为49.0MPa。
[0012]所述B液为波美度38
°
B
é
且模数为3.3的水玻璃。
[0013]本专利技术可实现的有益效果是：
（一）本专利技术所述的方法，将A、B液混合后，可以在5s~20s内反应完成，能做到快速且有效地填补由于刀盘超挖引起的盾构机和土体之间出现的空隙，对下穿工程中的土体沉降以及结构变形能起到有效的抑制作用，同时，形成的膏体有一定的润滑盾构机身的作用，利于盾构施工的进行。
[0014]（二）本专利技术所述的方法，材料种类和配比经过精心配置，兼顾了多项性质，在抗沉陷性、泵送性、保水性等几种指标上均得到了很好的表现。良好的泵送性与抗沉陷性在避免了堵管的风险的同时，保证了有效地对地层空隙进行充填。十字板剪切强度不小于1.1kPa，显示其有一定的抗沉陷能力。保水率不小于85%，黏度在300dpa.s~600dpa.s之间，说明成型后浆液流失量较少，不会出现被地下水冲刷的情况，水量流失较少，保证了填充效果。且长时间内（≥7d）不会发生凝结，在低强度下，无抱死盾构机的风险，能够形成有一定抗沉陷能力的填充物。
[0015]（三）本专利技术所述的方法，无需利用额外的设备，利用盾构机盾壳上的注浆孔与双液注浆设备即可达到混合注浆、填充空隙的目的。
[0016]（四）本专利技术所述的方法，适用性较广，不仅适用控制土层沉降变形，对盾构停机修复防止下陷、改良空洞地层等工况也可适用。
附图说明
[0017]图1为不同缓凝剂、防水剂占比条件下浆液成型效果对比，（a）为成型配比，（b）为不成型对比；图2为较高增稠剂占比条件下浆液成型形态；图3为有无增稠剂效果对比，（a）为无增稠剂下膏体形态，（b）为有增稠剂下膏体形态；图4为膏体黏度随B液百分比变化图；图5为盾构施工用新型充填控沉材料在盾构下穿工程中的应用；图中：1—土体
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2—管片
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3—盾壳
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4—刀盘
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5—注浆孔
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6—空隙
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7—同步注浆浆液图6为膏体十字板剪切强度随时间变化图；图7为添加水泥条件下膏体抗沉陷能力示意图。
具体实施方式
[0018]以下结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。显然，所描述的具体实施内容仅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具体实施内容或实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。
[0019]本专利技术的充填控沉材料是由A、B液混合而成，A液以膨润土和高岭土为主剂，以增稠剂、缓凝剂、防水剂、粉煤灰、水泥为添加剂，余量为水。B液是指水玻璃。A液与B液以体积比4:1~10:1混合而成。
[0020]A液中膨润土是指钠基膨润土，400目粒径通过率超过95%，水分＜10%，二氧化硅含量大于70%；高岭土是指325目煅烧高岭土，325目筛余物≤0.5%，水分≤0.5%，高岭土与膨润
土是A液中的主剂，总共占比25%~35%；钠基膨润土具有良好的例子交换性能，由于盾构施工过程中在底层内深入多种复杂的杂离子，可能与浆液中其他活性组分（如水玻璃、聚丙烯酰胺等）产生不利的络合反应而改变浆液的黏度，因此采用钠基膨润土有利于通过例子交换吸收大部分杂离子，从而稳定浆液；另外，钠基膨润土还具有良好的吸湿性、可塑性和悬浮性，有利于浆液的整体调和以及长期黏度的稳定。但钠基膨润土具有较大的膨胀作用，因此本专利技术采用高岭土进行复配，高岭土能够具有匹配钠基膨润土的粘性，但吸湿和膨胀性小，能够起到性能互补作用。由于本专利技术充填控沉材料要求长凝结时间内的控沉和控沉，以及合适的黏度，因此二者用量以钠基膨润土：高岭土=（3
‑
4）：1为佳。
[0021]增稠剂是指羧甲基纤维素钠（CMC）与聚丙烯酰胺（PAM），羧甲基纤维素钠为粉状中黏型，黏度（25℃）在500
‑
1000mPa
·
s范围内，聚丙烯酰胺为阴/阳离子型，固含量＞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构施工用充填控沉材料，包括A液和B液；A液包括膨润土、高岭土、增稠剂、缓凝剂、防水剂、粉煤灰、水泥，余量为水；B液为水玻璃；A液与B液体积比为4:1~10:1。2.根据权利要求1所述的盾构施工用充填控沉材料，其特征在于，所述膨润土为钠基膨润土，膨润土和高岭土在A液中质量共占比为25%~35%，膨润土和高岭土质量比为（3
‑
4）：1。3.根据权利要求1所述的盾构施工用充填控沉材料，其特征在于，所述增稠剂包括质量比为1:（1
±
0.1）的羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺，在A液中质量占比为0.02%~0.1%；羧甲基纤维素钠为粉状中黏型，黏度为500
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1000mPa
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s，聚丙烯酰胺为阴/阳离子型，固含量＞90%，离子度在5~80。4.根据权利要求3所述的盾构施工用充填控沉材料，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠为粉状中黏型，黏度为500
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1000mPa
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s，所述聚丙烯酰胺为阴/阳离子型，固含量＞90%，离子度在5~80。5.根据权利要求1所述的盾构施工用充填控沉材料，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑刚，答治华，吴薪柳，张春雷，程雪松，杜志田，索晓明，董秀竹，赵林嵩，林森斌，林家桢，
申请(专利权)人：中国国家铁路集团有限公司中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：