一种预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂及其制备方法技术领域
本发明涉及土压平衡盾构掘进施工安全领域,尤其涉及一种预防螺旋机喷涌的膨
润土改良剂及其制备方法。
背景技术
随着城市发展,地铁施工已经成为交通行业主流,地铁施工多采用盾构法施工,隧
道盾构施工时,螺旋机喷涌是盾构机在富水砂层中掘进的一大安全隐患。它将导致无法正
常出渣,无法有效控制土仓压力,由于土压无法控制易导致掌子面坍塌,会引起地表坍塌、
隧道渗水等次生灾害。
土压平衡式盾构机的掘进工作原理通过液压马达驱动刀盘旋转,同时开启盾构推
进油缸,将盾构机向前推进,随着推进油缸的向前推进,刀盘持续旋转,被切削下来的渣土
充满土仓,此时开动螺旋机将切削下来的渣土排送到皮带机上,后由皮带输送机至渣土车
的土箱中,在通过竖井运到地面。
土压平衡盾构机螺旋机出渣发生喷涌的机理是:在停机时,刀盘切削下来的沙土
充满土仓,使土仓内的土压力与外界水土压力相平衡。掘进过程中,用螺旋输送机来调整出
土的速度和出土量,使进土量与出土量保持动态平衡,确保盾构机掘进过程中开挖面的稳
定。若开挖面存在高水压,且土层的渗透系数较大,会使开挖面内的渣土变稀,流动性变大。
高压力的水体穿越土仓和螺旋输送器形成集中荷载,造成土仓内和螺旋机闸门口的压力增
高,刀盘扭矩增大,掘进速度减慢,当闸门打开时发生喷涌,特产内压力减小,当关上闸门,
地层中的水又很快充满土仓内,土仓内的土压力又迅速上升之后,打开螺旋机后泥水喷出,
导致盾构机无法掘进。
土压平衡盾构机螺旋机发生喷涌危害,严重影响到盾尾及整个台车工作范围。这
样施工中就不可避免造成停机,必须清理渣土,而渣土清理采用人工清理,耗时长。其次,当
盾构机停止掘进,关闭螺旋机出渣口闸门时,土仓内,将又会产生喷涌。这样就会形成恶性
循环,由于在推进过程中加入泡沫(95%压缩空气),在打开螺旋机闸门排渣推进过程中,难
以控制排除渣土量,使得土仓压力小于掌子面提供静土压力,严重导致掌子面不稳,导致地
面沉降甚至造成地面塌陷。
土压平衡盾构机螺旋机防止发生喷涌,主要是土仓渣土改良,改变渣土塑性,将配
好的膨润土混合液通过加泥管路打入土仓内,通过刀盘旋转使土仓渣土与膨润土混合液搅
拌均匀,改变渣土塑性、流动性,使得渣土变黏,提高渣土和易性。通过螺旋机排渣达到可
控。
目前,国内土压平衡盾构机改良渣土并且达到泵送要求送入土仓内,膨润土和水
按照不同配比配置浆液或高分子聚合物;其二者都有明显缺点:1、膨润土和水混合液搅拌
30分钟后易膨胀使得流动性差不适合长距离运输和隧道30℃左右环境,储存不方便;2、高
分子聚合物造价太高。
发明内容
本发明的目的:提供一种预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂及其制备方法,改善渣
土和易性的材料,制备混合液成本低、拌制简单,混合液高于普通膨润土泥浆粘度,具有保
水性持久且流动性基本不变特点,混合液变量单一,仅仅只需改变水用量即可使用,适合在
地铁隧道长期30℃左右温度下保存,达到随取随用不耽误时机。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂,由钠基膨润土、外掺剂及水混合搅拌均匀
而成,所述的外掺剂为聚丙烯酰胺分析纯及纯碱,且所述的成分质量比如下:钠基膨润土:
水:聚丙烯酰胺分析纯:纯碱=1:(6~12):0.015:0.015。
上述的预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂,其中,所述的水的PH值不小于7。
上述的预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂,其中,所述的聚丙烯酰胺分析纯的分子
量为500万,分子式为[-CH2CH(CONH2-)X]。
上述的预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂,其中,所述的纯碱为食用纯碱。
一种预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂的制备方法,该方法至少包括如下步骤:
步骤1:按钠基膨润土:聚丙烯酰胺分析纯:纯碱=1:0.015:0.015的配比称取原材
料,并拌合均匀。
步骤2:按比例称好水放入步骤1所得的混合料中,并搅拌均匀。
步骤3:将步骤2所得的混合料转到存储罐。
步骤4:将存储罐内的泥浆抽入到盾构机加泥罐中存放,并开动搅拌叶搅拌。
上述的预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂的制备方法,其中,在所述的步骤2中,搅
拌时间不得少于30分钟。
本发明对加入土压平衡盾构机土仓无不利影响,使用中提高切削到土仓内渣土和
易性,改善渣土流动性,提高粘度。可广泛用于土压平衡盾构机螺旋机喷涌及渣土改良情况
下,降低土压平衡盾构掘进过程中施工风险,提高施工安全系数有重要意义。
附图说明
图1是本发明一种预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
一种预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂,由钠基膨润土、外掺剂及水混合搅拌均匀
而成,所述的外掺剂为聚丙烯酰胺分析纯及纯碱,且所述的成分质量比如下:钠基膨润土:
水:聚丙烯酰胺分析纯:纯碱=1:(6~12):0.015:0.015。
所述的水的PH值不宜小于7。
所述的聚丙烯酰胺分析纯的分子量为500万,分子式为[-CH2CH(CONH2-)X]。
聚丙烯酰胺分析纯
技术指标
分子式
[-CH2CH(CONH2-)X]
相对分子质量
5000000
含量不少于
90%
水解度
30%
分子量不少于
300000
所述的纯碱为食用纯碱。
本发明的膨润土符合GB/T20973-2007的相关要求。
请参见附图1所示,一种预防螺旋机喷涌的膨润土改良剂的制备方法,该方法至少
包括如下步骤:
步骤1:按钠基膨润土:聚丙烯酰胺分析纯:纯碱=1:0.015:0.015的配比称取原材
料,并拌合均匀。
步骤2:按比例称好水放入步骤1所得的混合料中,并搅拌均匀。
步骤3:将步骤2所得的混合料转到存储罐。
步骤4:将存储罐内的泥浆抽入到盾构机加泥罐中存放,并开动搅拌叶搅拌。
在所述的步骤2中,搅拌时间不得少于30分钟。
拌制好泥浆加入土仓中,泥浆粘度大,更好的提高渣土和易性。各成分配比混合液
成本低、拌制简单,混合液高于普通膨润土泥浆粘度,具有保水性持久且流动性基本不变特
点,适合在地铁隧道长期30摄氏度左右温度下保存,对盾构地铁施工风险控制中有积极意
义。
实施例1-实施例4:本发明提供了4组实施例,其中聚丙烯酰胺分析纯分子量为500
万,聚丙烯酰胺和食用碱加入量均为1.5Kg,分别编号1、2、3、4其配合比以及泥浆比重和粘
度见表1。
表1:膨润土改良剂配比
在表1中,泥浆比重用泥浆比重仪所测,粘度用马氏漏洞所测。粘度时间越长,粘度
越大,可以根据不同地层以及喷涌的大小适当调整用水量。
本发明能够改善土压平衡盾构土仓渣土塑性,防止螺旋机排渣口喷涌,而且对土
压平衡盾构机刀盘前方掌子面有加固作用,控制地表沉降;防止土仓内结泥饼减少开仓清
理降低施工安全风险;对城市地铁施工中土压平衡盾构机掘进有积极意义。
综上所述,本发明对加入土压平衡盾构机土仓无不利影响,使用中提高切削到土
仓内渣土和易性,改善渣土流动性,提高粘度。可广泛用于土压平衡盾构机螺旋机喷涌及渣
土改良情况下,降低土压平衡盾构掘进过程中施工风险,提高施工安全系数有重要意义。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用
本发明说明书内容所作的等效结构变换,或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领
域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。