一種高粘度觸變性泥漿的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高粘度觸變泥漿的制備方法。該方法包括工藝步驟：1)雙組份現(xiàn)場配制產(chǎn)品，其中，A組份為改性膨潤土，A組份與水的混合重量份比例為1：1.5～1：3；B組份為硅酸鹽類增粘添加劑，現(xiàn)場A組份與B組份的重量份配比為12.5：1～20：1；2)A組份泥漿充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，按配比加入B組份增粘添加劑，在充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笮纬筛哒承杂|變泥漿進(jìn)行施灌。本發(fā)明的制備方法以無機(jī)類膨潤土與水制成泥漿體，通過與添加劑反應(yīng)形成一種高粘度觸變性泥漿，以滿足盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜地層中的安全掘進(jìn)。
【專利說明】
一種高粘度觸變性泥漿的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜巖土地層掘進(jìn)中用于處理涌水、清渣、保壓、泥膜制備的高粘度觸變性泥漿體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在地下隧道掘進(jìn)施工中，通常采用盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜的軟弱巖體掘進(jìn)中，會遇到破碎巖層、砂、卵、礫石層、溶洞、孤石和上軟下硬的地層。導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)刀盤卡盤，刀具脫落無法掘進(jìn);盾構(gòu)機(jī)機(jī)姿不正;掘進(jìn)出現(xiàn)空洞地表下陷；土倉突發(fā)性出現(xiàn)冒水;涌水、土倉巖土失穩(wěn)、無法開倉等難以解決的技術(shù)問題，常常給盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中帶來安全風(fēng)險。查閱國外資料近似的材料也在試用中，無相關(guān)的明確數(shù)據(jù)。
[0003]常規(guī)土倉泥膜開倉維護(hù)的時間不穩(wěn)定，一般I天?3天就需重新做泥膜，給施工帶來一定的風(fēng)險和困難。由于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工中可能出現(xiàn)的種種安全風(fēng)險，也成為所屬領(lǐng)域技術(shù)人員的難以解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述盾構(gòu)機(jī)施工的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種高粘度觸變性泥漿的制備方法，以無機(jī)類膨潤土與水制成泥漿體，通過與添加劑反應(yīng)形成一種高粘度觸變性泥漿，以滿足盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜地層中的安全掘進(jìn)。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明按以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0006]—種高粘度觸變泥漿的制備方法，包括以下工藝步驟:
[0007]I)雙組份現(xiàn)場配制產(chǎn)品，其中，A組份為改性膨潤土，A組份與水的混合重量份比例為1:1.5?1:3;B組份為硅酸鹽類增粘添加劑，現(xiàn)場A組份與B組份的重量份配比為12.5:1?20:1；
[0008]2)A組份泥漿充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，按配比加入B組份增粘添加劑，在充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笮纬筛哒承杂|變泥漿進(jìn)行施灌。
[0009]本發(fā)明高粘度觸變泥漿的制備方法，步驟I)中，A組份與水的混合采用立式旋轉(zhuǎn)回流攪拌槽(同時增加上半攪拌器和循環(huán)栗)或剪切栗攪拌均勻。
[0010]本發(fā)明高粘度觸變泥漿的制備方法，A組份中的改性膨潤土與水?dāng)嚢杈鶆蚝蟠脮r間在不少于30min。
[0011]本發(fā)明高粘度觸變泥漿的制備方法，所述增粘添加劑為硅酸鈣、硅酸鈉等硅酸鹽類化合物。
[0012I本發(fā)明高粘度觸變泥楽的制備方法，步驟I)中，從起始?45min，所述A組份泥楽體粘度范圍在10?90dpa.s。
[0013]本發(fā)明高粘度觸變泥漿的制備方法，步驟2)中，所述A組份與B組份配制漿體的比例12.5:1?17.5:1，混合增粘時間不少于15min。
[0014]本發(fā)明高粘度觸變泥漿的制備方法，步驟2)中，B組份添加劑增粘后，在15min?45min時間內(nèi)，其粘度變化范圍在350?600dpa.s。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0016]I)通過膨潤土摻入硅酸鹽類增粘添加劑，提高漿體的高粘度性和滿足可灌漿條件的觸變性，同時解決盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時渣土裹攜性，提高清渣能力，提高保護(hù)刀盤和刀具保護(hù)土倉掌子面的安全穩(wěn)定性和裂隙封閉性和對水的控制性。
[0017]2)減少巖層產(chǎn)生的冒水、突水影響，提高盾構(gòu)機(jī)開倉倉體的保壓性，控制盾構(gòu)機(jī)在各異向性復(fù)合巖土掘進(jìn)時的機(jī)姿，沉降翹尾等技術(shù)問題。
【具體實施方式】
[0018]以下通過具體較佳實施例結(jié)合效果試驗例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不僅限于以下的實施例。
[0019]實施例1
[0020]本發(fā)明實施例的一種高粘度觸變性泥漿的制備方法，可表述如下:
[0021]I)雙組份現(xiàn)場配制產(chǎn)品，A組份為改性膨潤土，A組份(衡盾泥)與水的重量份配比為1:2.0(其中A組份粉料500kg，水100kg)制備泥漿，采用立式旋轉(zhuǎn)回流攪拌槽(同時增加上半攪拌器和循環(huán)栗)攪拌均勻，靜置待用時間30min?45min，A組份泥漿體要求均勻，不結(jié)團(tuán)；
[0022]2)B組份為增粘添加劑硅酸鈉溶液，用量100kg(硅酸鈉40kg，水60kg); A組份泥漿體與B組份的重量份配比為15:1，B組份增粘時間不少于15min;
[0023]3)采用臥式攪拌槽將A組份泥漿體與B組份增粘添加劑充分?jǐn)嚢杈鶆颍筮M(jìn)行施灌；
[0024]在本發(fā)明的實施例中，混合后的泥漿體是一種高粘度觸變性泥漿，其粘附能力高，從起始?45min，所述A組份泥楽體粘度范圍在90dpa.s左右;B組份添加劑增粘后，在15min?45min時間內(nèi)，其粘度變化范圍在500dpa.s左右。
[0025]實施例2
[0026]本發(fā)明實施例的一種高粘度觸變性泥漿的制備方法，可表述如下:
[0027]I)雙組份現(xiàn)場配制產(chǎn)品，A組份為改性膨潤土，A組份(衡盾泥)與水的重量份，配比為1:2.0(其中A組份粉料500kg，水1000kg)制備泥漿，采用剪切栗攪拌均勻，靜置待用時間30min?45min，A組份泥楽體要求均勾，不結(jié)團(tuán)；
[0028]2)B組份為增粘添加劑硅酸鈉溶液，用量100kg(硅酸鈉40kg，水60kg); A組份泥漿體與B組份的重量份配比為15:1，B組份增粘時間不少于15min;
[0029]3)采用臥式攪拌槽將A組份泥漿體與B組份增粘添加劑充分?jǐn)嚢杈鶆?，之后進(jìn)行施灌；
[0030]在本發(fā)明的實施例中，混合后的泥漿體是一種高粘度觸變性泥漿，其粘附能力高，從起始?45min，所述A組份泥楽體粘度范圍在90dpa.s左右;B組份添加劑增粘后，在15min?45min時間內(nèi)，其粘度變化范圍在500dpa.s左右。
[0031]實施例3
[0032]本發(fā)明實施例的一種高粘度觸變性泥漿的制備方法，可表述如下:
[0033]I)雙組份現(xiàn)場配制產(chǎn)品，A組份為改性膨潤土，A組份(衡盾泥)與水的重量份，配比為1: 1.5 (其中A組份粉料500kg，水750kg)制備泥漿，采用立式旋轉(zhuǎn)回流攪拌槽(同時增加上半攪拌器和循環(huán)栗)攪拌均勻，靜置待用時間30min?45min，A組份泥漿體要求均勻，不結(jié)團(tuán)；
[0034]2)B組份為增粘添加劑硅酸鈉溶液，用量100kg(硅酸鈉40kg，水60kg); A組份泥漿體與B組份的重量份配比為12.5:1，B組份增粘時間不少于15min;
[0035]3)采用臥式攪拌槽將A組份泥漿體與B組份增粘添加劑充分?jǐn)嚢杈鶆颍筮M(jìn)行施灌；
[0036]在本發(fā)明的實施例中，混合后的泥漿體是一種高粘度觸變性泥漿，其粘附能力高，從起始?45min，所述A組份泥楽體粘度范圍在90dpa.s左右;B組份添加劑增粘后，在15min?45min時間內(nèi)，其粘度變化范圍在500dpa.s左右。
[0037]實施例4
[0038]本發(fā)明實施例的一種高粘度觸變性泥漿的制備方法，可表述如下:
[0039]I)雙組份現(xiàn)場配制產(chǎn)品，A組份為改性膨潤土，A組份(衡盾泥)與水的重量份，配比為1:2.5 (其中A組份粉料500kg，水1250kg)制備泥漿，采用立式旋轉(zhuǎn)回流攪拌槽(同時增加上半攪拌器和循環(huán)栗)攪拌均勻，靜置待用時間30min?45min，A組份泥漿體要求均勻，不結(jié)團(tuán)；
[0040]2)B組份為增粘添加劑硅酸鈉溶液，用量100kg(硅酸鈉40kg，水60kg) 4組份泥漿體與B組份的重量份配比為17.5:1，B組份增粘時間不少于15min;
[0041 ] 3)采用臥式攪拌槽將A組份泥漿體與B組份增粘添加劑充分?jǐn)嚢杈鶆?，之后進(jìn)行施灌；
[0042]在本發(fā)明的實施例中，混合后的泥漿體是一種高粘度觸變性泥漿，其粘附能力高，從起始?45min，所述A組份泥楽體粘度范圍在90dpa.s左右;B組份添加劑增粘后，在15min?45min時間內(nèi)，其粘度變化范圍在500dpa.s左右.
[0043]實施例5
[0044]本發(fā)明實施例的一種高粘度觸變性泥漿的制備方法，可表述如下:
[0045]I)雙組份現(xiàn)場配制產(chǎn)品，A組份為改性膨潤土，A組份(衡盾泥)與水的重量份，配比為1:3.0(其中A組份粉料500kg，水1500kg)制備泥漿，采用立式旋轉(zhuǎn)回流攪拌槽(同時增加上半攪拌器和循環(huán)栗)攪拌均勻，靜置待用時間30min?45min，A組份泥漿體要求均勻，不結(jié)團(tuán)；
[0046]2)B組份為增粘添加劑硅酸鈉溶液，用量100kg(硅酸鈉40kg，水60kg) 4組份泥漿體與B組份的重量份配比為20:1，B組份增粘時間不少于15min;
[0047]3)采用臥式攪拌槽將A組份泥漿體與B組份增粘添加劑充分?jǐn)嚢杈鶆?，之后進(jìn)行施灌；
[0048]在本發(fā)明的實施例中，混合后的泥漿體是一種高粘度觸變性泥漿，其粘附能力高，從起始?45min，所述A組份泥楽體粘度范圍在90dpa.s左右;B組份添加劑增粘后，在15min?45min時間內(nèi)，其粘度變化范圍在500dpa.s左右.
[0049]以下為效果試驗例內(nèi)容。
[0050]效果試驗例I
[0051 ] 應(yīng)用地質(zhì)環(huán)境如下:
[0052]福建省福州市某項目，處于江河岸邊，地質(zhì)條件為強風(fēng)化花崗巖碎塊，細(xì)砂、中砂淤泥質(zhì)夾薄層粉砂、淤泥層是強潮河口的上軟下硬地層，盾構(gòu)機(jī)整體處于原江軟硬交界段，頂部覆土 16.5m，盾構(gòu)機(jī)在此處刀盤卡住，轉(zhuǎn)動不順暢，需進(jìn)行進(jìn)倉清障。但常規(guī)的膨潤土泥漿無法形成氣壓封閉，泥漿串出江面，采用水泥-水玻璃漿液在封閉土層時，又極易將刀盤固死，無法轉(zhuǎn)動，為確保進(jìn)倉安全，采用衡盾泥高粘性觸變泥漿形成氣壓封閉環(huán)境。
[0053]采用實施例1的高粘性觸變泥漿注入使用過程可表述如下:
[0054]將實施例1高粘性觸變泥漿的輸洞井下漿料斗車，盾構(gòu)機(jī)端頭通過注漿栗和預(yù)埋注漿孔管注入土倉，置換土倉內(nèi)原膨潤土漿體，衡盾泥裹攜渣土通過螺旋機(jī)排出，封倉保壓，分級保壓，分級補注衡盾泥，開倉清障、更換刀具(開倉帶壓壓力2.2bar)。(注:要求保持
2.3bar以下恒壓2小時)
[0055]隨著衡盾泥的注入置換原土倉內(nèi)泥漿，同時隨衡盾泥的排出，漿體內(nèi)裹攜出砂粒，碎石，礫石，和脫落的刀具，礫石最大直徑20cm，主要的直徑1cm的為主。
[0056]置換至一定量時，對土倉進(jìn)行保壓，保壓要求至3.5bar，每降至3.0bar時進(jìn)行補漿，保壓約9.5天，帶壓開倉壓力2.2bar，進(jìn)倉進(jìn)行清障更換刀具，帶壓開倉清障共20天，共更換刀具48把，未再進(jìn)行第二次泥膜的制備，土倉內(nèi)衡盾泥粘在掌子面良好，軌跡清晰，保壓性好。共耗用衡盾泥15噸，土倉泥膜粘附性清晰軌跡。
_7] 效果試驗例2
[0058]甘肅省蘭州市某項目，隧道埋深11.4?40.4m，水位埋深3.12?11.65m，地下分部連續(xù)，為地表水和黃河補給，以及流動地下水方式補給，地下水位高，滲透系數(shù)大(65?75m3/天)，地層為全斷面3-11卵石層，飽和夾薄層或透膠狀砂層，粒徑大于2.0Omm，漂石、卵石平均含量占64.53%，一般粒徑20?60mm。
[0059]盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，出現(xiàn)多次卡刀盤和超挖刀盤泡沫管路基本堵塞，結(jié)合掘進(jìn)時螺旋機(jī)出過正面刮刀情況，盾構(gòu)機(jī)的道具可能崩斷式脫落，需進(jìn)行開倉檢查和清理泡沫管路。
[0060]采用實施例2的高粘性觸變泥漿注入使用過程可表述如下:
[0061]A組份與水重量份配比為1:1.8?1:2.0，采用高速剪切栗制備泥漿，效果明顯，實際使用22噸A粉，制備40方衡盾泥材料，混合計量及配比錯誤，浪費4方，土倉實際注入量36方，置換渣土 15方左右，螺旋機(jī)出渣大部分為破碎卵石，粒徑5-10CM。分級加壓過程，最后一級保壓3.5Bar，且在期間進(jìn)行刀盤旋轉(zhuǎn)、盾體回縮工作，盾體實際回縮量為8CM。漿氣置換過程中衡盾泥材料連續(xù)排出時停止作業(yè)。
[0062 ]滿足一次性泥漿護(hù)壁穩(wěn)壓開倉、清障、換刀、維修刀盤的安全施工要求。
[0063]效果試驗例3
[0064]某工程項目，地質(zhì)條件為近河道岸邊，全端面卵石層，最大粒徑20cm的漂石卵石平均含量占64.53%，一般粒徑20?60cm，地下水豐富，滲透系數(shù)65_72m/d，盾構(gòu)機(jī)深埋32.5m，水頭高度21.0m。
[0065]盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)中，扭矩變大，速度下降，油壓增加，出渣異常，時干時稀不易控制，渣土中卵石破碎較高，渣溫35?40°C，出現(xiàn)卡住刀盤，通往刀盤的泡沫管基本被堵塞，需開倉清障檢查。
[0066]使用實施例1高粘性觸變泥漿注入土倉，通過帶壓開倉后，刀盤已被渣土糊死，需進(jìn)行刀盤清障、更換刀具，共耗作業(yè)時間4天，未再進(jìn)行二次重做泥膜，確保施工安全。
[0067]效果試驗例4
[0068]某工程項目，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)中，推進(jìn)參數(shù)異常，推力，扭矩較大，油溫較高，排出石塊溫度達(dá)65°C，自462環(huán)開始，推進(jìn)過程中地面出現(xiàn)漏氣，土倉內(nèi)土壓保壓較低，并出現(xiàn)噴涌，需開倉檢查清障。
[0069]采用實施例1的高粘性觸變泥漿注入置換土倉內(nèi)的泥漿渣土，隨衡盾泥的排出，漿體裹攜出砂粒、碎石、碎石直徑約20cm，衡盾泥置換到一定量時，對土倉進(jìn)行保壓，要求保壓至1.2bar，保壓約2天，帶壓開倉壓力1.2bar，帶壓開倉清障檢查道具共耗用13天，未進(jìn)行第二天泥膜的制備。
[0070]本發(fā)明解決盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中礫石、卵石的裹攜清渣;保護(hù)刀盤刀具;盾構(gòu)機(jī)開倉時土倉內(nèi)泥膜保護(hù)，封閉控制巖土層中心的滲水、冒水、突涌水，確保土倉內(nèi)施工的安全穩(wěn)定性，提高開倉后倉體的保壓性;調(diào)整和控制盾構(gòu)機(jī)在各類不良地層介質(zhì)中的掘進(jìn)機(jī)資和控制機(jī)身的沉降，翹起問題。
[0071]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，故凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高粘度觸變泥漿的制備方法，其特征在于:包括以下工藝步驟: 1)雙組份現(xiàn)場配制產(chǎn)品，其中，A組份為改性膨潤土，A組份與水的混合重量份比例為1:1.5?1:3;B組份為硅酸鹽類增粘添加劑，現(xiàn)場A組份與B組份的重量份配比為12.5:1?20:1; 2)A組份泥漿充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅磁浔燃尤隑組份增粘添加劑，在充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笮纬筛哒承杂|變泥漿進(jìn)行施灌。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高粘度觸變泥漿的制備方法，其特征在于:步驟I)中，A組份與水的混合采用立式旋轉(zhuǎn)回流攪拌槽(同時增加上半攪拌器和循環(huán)栗)或剪切栗攪拌均勻。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高粘度觸變泥漿的制備方法，其特征在于:A組份中的改性膨潤土與水?dāng)嚢杈鶆蚝蟠脮r間在不少于30min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高粘度觸變性泥漿的制備方法，其特征在于:所述增粘添加劑為硅酸鈣、硅酸鈉等硅酸鹽類化合物。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高粘度觸變性泥漿的制備方法其特征在于:步驟I)中，從起始?45min，所述A組份泥楽體粘度范圍在10?90dpa.s。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高粘度觸變性泥漿的制備方法，其特征在于:步驟2)中，采用臥式攪拌槽將A組份泥漿體與B組份增粘添加劑充分?jǐn)嚢杈鶆颉?.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高粘度觸變性泥漿的制備方法，其特征在于:所述A組份與B組份配制漿體的比例12.5:1?17.5:1，混合增粘時間不少于15min。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高粘度觸變性泥漿的制備方法，其特征在于:步驟2)中，B組份添加劑增粘后，在15min?45min時間內(nèi)，其粘度變化范圍在350?600dpa.s。
【文檔編號】C04B28/26GK106007639SQ201610340127
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】竺維彬, 邱小佩, 鐘長平, 楊洋, 米晉生, 梁健濤, 黃威然, 譚建鋒, 陳和
【申請人】佛山市泰迪斯材料有限公司