一種土壓平衡盾構泥漿改良劑及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種土壓平衡盾構泥漿改良劑及其制備方法，所述土壓平衡盾構泥漿改良劑由以下重量份數的原料制成：純堿0.1-0.5份；鈉基膨潤土25-50份；粘土5-15份；羥丙基瓜爾膠1-4份；羧甲基纖維素鈉2-5份；水1000份；該土壓平衡盾構泥漿改良劑的制備方法包括鈉基膨潤土漿液的配制、羥丙基瓜爾膠和羧甲基纖維素鈉膠液的配制等工藝步驟；本發明專利技術所提供的泥漿改良劑，在北京砂卵石地層盾構施工中改良效果明顯，能夠滿足現場施工需要，具有性能優越、價格合理、施工方便、安全環保等特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于材料

技術介紹
土壓平衡盾構已在北京地鐵施工中得到廣泛應用，并取得了巨大的經濟和社會效益。然而由于北京地層的特殊性，即砂礫石和砂卵石含量相對較高，土體的塑流性較差，因而容易造成開挖面失穩，壓力艙閉塞、壓力艙結餅、噴涌、刀盤磨損嚴重等砂性土層施工中經常遇到的技術難題。因此，為了保證盾構施工的正常進行，土體必須具有良好的塑流性，同時具有低的透水性以阻止地下水。為此，必須采用塑流化技術，即向開挖面、土壓倉(必要時向螺旋輸送機)注入改性材料(如泥漿、泡沫等)，以保證開挖面穩定，實現土壓平衡掘進，同時有利于降低機械負荷，減小地面沉降，提高掘進速度。隨著盾構技術在北京地鐵施工中的不斷應用，雖然積累了豐富經驗并在某些技術層面取得重大突破，但要成功、經濟地使用土壓平衡盾構仍離不開土體改良技術的創新和合理應用。膨潤土是泥漿改良劑最主要的原材料，分為鈉基膨潤土、鈣基膨潤土、氫基膨潤土等，其中鈉基膨潤土為主要的盾構土體改良材料，它是以蒙脫石為主要成分的非金屬粘土類礦物，蒙脫石具有很強的吸附功能，使得膨潤土具有很強的膨脹能力。從微觀結構來看，鈉基膨潤土的單位結構層間能吸附大量的水，膨脹率高。膨潤土水化后形成不透水的可塑性膠體，同時擠占與之接觸的土顆粒之間的孔隙，形成致密的不透水的防水層，從而達到防水的目的。土壓平衡盾構施工對加入的膨潤土泥漿的一個基本要求就是它能夠形成“濾餅”，可以形成于土粒內部和土粒之間，由膠`結和固結的膨潤土組成。這個“濾餅”可以演變為一個低滲透性的薄膜，從而可以將過量的地下水壓力中的液體壓力轉化為土顆粒和土顆粒之間的有效應力，這可以穩定地層并防止推進中的地面塌陷。由于膨潤土的高吸濕膨脹性和自封閉性，遇水時膨潤土會極大的膨脹，其密度越大膨脹倍數越大，這樣滲流通道就越窄，通過這個方式膨潤土泥漿就極大的降低了土體的滲流系數。膨潤土泥漿是砂卵石地層的主要改良劑，工程實踐中采用的泥漿為膨潤土和水組成的分散泥水體系，組成簡單，功能單一，存在著廢棄泥漿排放量大、漿液指標難控制、泥水處理占地多、新漿材料用量大及污染環境等方面的問題。特別是在復雜地質條件下進行盾構施工以及盾構推進較快時，開挖面穩定較難控制，不利于地面建筑物和管線的保護。因此，有必要在鉆井泥漿技術的基礎上，利用已建立的改良評價體系，研制一種兼具礦物類改良材料和水溶性高分子類改良材料為一體的新型泥漿改良劑，對節約材料，保護環境，以及土壓平衡盾構的推廣應用均具有重要意義。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的是提供，通過這種方法制作的泥漿改良劑改良效果明顯，能夠滿足現場施工需要，具有性能優越、價格合理、施工方便、安全環保等特點，解決了北京砂卵石地層盾構施工中存在的土體改良技術的一些問題。為達到上述目的，本專利技術提供一種土壓平衡盾構泥漿改良劑，所述土壓平衡盾構泥漿改良劑由以下重量份數的原料制成:Na2CO;,0.1-0.5 份；鈉基膨潤土25-50份；粘土5-15份;羥丙基瓜爾膠1-4份；羧甲基纖維素鈉2-5份；水1000份。優選地，其中所述土壓平衡盾構泥漿改良劑由以下重量份數的原料制成: Na2CO30.2 份;鈉基膨潤土40份；牯土10份;羥丙基瓜爾膠2.5份；羧甲基纖維素鈉4份;水丨000汾。優選地，其中所述鈉基膨潤土的粒度為200目。優選地,其中所述粘土的粒度為4 6mm。優選地，其中所述羥丙基瓜爾膠的粒度為100目的淡黃色粉末，其表觀粘度為IOOmpa.S。本專利技術還提供上述土壓平衡盾構泥漿改良劑的制備方法，包括以下步驟:I)鈉基膨潤土漿液的配制:在膨潤土泥漿攪拌罐內注入二分之一配方量的水，將配方量的純堿以及鈉基膨潤土依次均勻加入到該攪拌罐內，邊加入邊以145-155r/min攪拌，至鈉基膨潤土溶解，不存在結塊；2)把配方量的粘土緩慢加入到上述攪拌罐內，以145-155r/min攪拌均勻；3)羥丙基瓜爾膠和羧甲基纖維素鈉膠液的配制:在強力攪拌機內注入四分之一配方量的水，然后將二分之一配方量的羥丙基瓜爾膠以及羧甲基纖維素鈉依次通過篩子均勻散落入該強力攪拌機中；4)把步驟3)中 配制的羥丙基瓜爾膠和羧甲基纖維素鈉膠液加入到步驟I)中配制好的膨潤土衆液中，以145-155r/min攪拌均勻；5)重復步驟3)，再配制同樣的羥丙基瓜爾膠和羧甲基纖維素鈉膠液，加入到步驟4)所配制的漿液中(主要是為了使配方材料充分溶解，一次加入過多容易結塊，尤其是瓜爾膠，所以分兩次加入)，以145-155r/min攪拌均勻，以得到所述泥漿改良劑。優選地，其中步驟3)中所述羥丙基瓜爾膠和羧甲基纖維素鈉膠液的配制為:在強力攪拌機內注入四分之一配方量的水，轉速設定為250-280r/min，并在強力攪拌機上方布置孔徑為2-4_的篩子，然后將二分之一配方量的羥丙基瓜爾膠以及羧甲基纖維素鈉依次通過篩子均勻散落入該強力攪拌機中，轉速調整為280-300r/min,并攪拌5_7min。本專利技術所提供的土壓平衡盾構泥漿改良劑，其中純堿的主要作用是:①使膨潤土進一步鈉化提高造衆率，減小濾失量；②調節泥衆pH值保持在8 10之間,在此pH條件下的粘土水化膜厚度大，泥漿膠體率和穩定性高促進植物膠溶解和液相粘度的提高。本專利技術所提供的土壓平衡盾構泥漿改良劑，其中膨潤土具有很強的吸濕性，能吸附相當于自身體積8 20倍的水而膨脹至30倍；在水介質中能分散成膠體懸浮液，并具有一定的觸變性、粘滯性和潤滑性，它和泥沙等的摻和物具有粘結性和可塑性，有較強的陽離子交換能力和吸附能力。本專利技術所提供的土壓平衡盾構泥漿改良劑，其中粘土顆粒在遇水后，表面形成一定厚度的水化層，未水化的內核仍堅硬。這些顆粒充填在砂卵石顆粒中間，可以彌補卵石地層缺失的細顆粒，類似一個滾動軸承，起到減阻潤滑效果。在泥漿攜帶功能的共同作用下，土體塑流性得到增強，在減輕刀具及螺旋輸送機具的磨損、降低刀盤和螺旋輸送機的驅動力矩，減少電力消耗等方面可以發揮重要作用。本專利技術所提供的土壓平衡盾構泥漿改良劑，其中羥丙基瓜爾膠是一種改性瓜爾膠，遇水能溶脹水合形成高粘度的膠液，屬于假塑性非牛頓流體，粘度隨剪切速率的增加而降低，即有剪切稀釋性。該羥丙基瓜爾膠與水混合后形成的凝膠可與硼砂、重鉻酸鉀等多種化學試劑發生交聯作用，形成具有一定粘彈性的非牛頓水基凝膠。相比于普通瓜爾膠，羥丙基瓜爾膠在性能上更加優越，結塊現象得到很大緩解，粘度也較易控制。本專利技術所提供的土壓平衡盾構泥漿改良劑，其中羧甲基纖維素鈉具有假塑性以及剪切稀釋的特點，即粘度隨剪切速率的增加而減小，這有利于攪拌、均質、泵輸送等生產過程的進行，而當剪切力停止后粘度可恢復，能使產品具有良好的穩定性。本專利技術的優點在于:本專利技術中所制備的泥漿改良劑為兼具礦物類改良材料和水溶性高分子類改良材料特性的土體改良劑，屬于低固相聚合物新型盾構泥漿。針對地鐵施工對泥漿環保性要求高的特點，采用了羥丙基瓜爾膠來提高泥漿的性能，瓜爾膠是一種天然的半乳甘露聚糖類植物膠，其特點為粘度高，性能優越，無毒無害，可自行降解；并且針對北京地區砂卵石地層特性，在泥漿中添加了適量的粘土顆粒，粘土顆粒遇水后，表面形成一定厚度的水化層，而未水化的內核仍保持堅硬。這些顆粒充填在砂卵石顆粒中間，可以彌補卵石地層缺失的細顆粒，起到減阻潤本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種土壓平衡盾構泥漿改良劑，其特征在于，所述土壓平衡盾構泥漿改良劑由以下重量份數的原料制成：Na2CO3????????????????0.1?0.5份；鈉基膨潤土???????????25?50份；?粘土???????????????????????5?15份；羥丙基瓜爾膠??????????1?4份；?羧甲基纖維素鈉???????2?5份；水???????????????????????????1000份。

【技術特征摘要】
1.一種土壓平衡盾構泥漿改良劑，其特征在于，所述土壓平衡盾構泥漿改良劑由以下重量份數的原料制成: Na2CO30.1-0.5 份； 鈉基膨潤土25-50份； 粘土5-15份； 羥丙基瓜爾膠1-4份； 羧甲基纖維素鈉2-5份；水1000份。2.根據權利要求1所述的土壓平衡盾構泥漿改良劑，其特征在于，所述土壓平衡盾構泥漿改良劑由以下重量份數的原料制成: Na2CO30.2 份； 鈉基膨潤土40份 ；粘土10份； 羥丙基瓜爾膠2.5份； 羧甲基纖維素鈉4份；水1000份。3.根據權利要求1或2所述的土壓平衡盾構泥漿改良劑，其特征在于，所述鈉基膨潤土的權度為200目。4.根據權利要求1或2所述的土壓平衡盾構泥漿改良劑，其特征在于，所述粘土的粒度為4 6mm。5.根據權利要求1或2所述的土壓平衡盾構泥漿改良劑，其特征在于，所述羥丙基瓜爾膠的粒度為100目的淡黃色粉末，其表觀粘度為IOOmpa.S。6.根據權利要求1-5任一項所述的土壓平衡盾構泥漿改良劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)鈉基膨潤土漿液的配制:在膨潤土泥漿攪拌罐內注入二分之一配方量的水，把配方量的純堿以及鈉基膨潤土依次均勻加...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王貴和，潘秀明，楊宇友，
申請(專利權)人：中國地質大學北京，北京市軌道交通建設管理有限公司，
類型：發明
國別省市：