[发明专利]一种导热止水浆液材料及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高导热性的止水浆液材料及其制备与应用。

背景技术

盾构进出洞施工技术，是盾构施工的关键环节。当盾构进出洞时，需要凿除洞口的井壁， 若处理不当，井外的土体将向工作井内坍陷，导致地表沉降并危及地下管线及临近的建筑物， 泥水盾构还会出现地面跑浆等问题。在地下水丰富的软土地区，施工风险则更高。目前常采 用土体加固与止水技术相结合的方法。

由于土体的加固和改良意味着造价的增加及工期的延长，且扩大了施工用地，可能导致 地下管线搬迁。为此，上海建工最新研究提出了一种盾构进出洞套箱冻结止水工法。具体做 法为：在进洞或出洞工序中，在工作井壁设置一环形钢套箱，盾构机穿越套箱进出洞。套箱 内充填导热止水浆液，同时在套箱壁上附设液氮冷却管，管内输送深冷液氮。在该工法中， 冷量由液氮冷源通过套箱内的止水浆液(导热工质)传递至止水浆液与盾构机外壳界面处， 冻结界面渗漏水以达到止水的效果，盾构在推进时，冻结体与盾构机之间产生裂隙，但从裂 隙渗入的地下水在冻结套箱形成的深冷环境中又被冻结，如此反复，实现了盾构进出工作井 的动态止水。由于该系统具有可靠的止水功能，可以取消土体的加固，因此，具有很好的经 济效益及环境效益。

采用此套箱冻结止水工法，盾构进出洞技术的关键在于冻结套箱的止水效果。因此，对 于充填于该冻结套箱中的浆液提出了较高的要求，首先该浆液应具有止水功能，是一种优良 的止水浆液；其次为实现盾构进出洞过程中渗漏水的动态冻结，该浆液必须具备优异的导热 性能，是一种优良的导热工质，具体的，该浆液应该满足以下四点要求：

1)止水性

在冻结之前或解冻之后浆液需维持系统的正常止水功能，因此浆液应具备良好的塑性状 态，同时具备一定抗水冲散能力，以发挥稳定的止水堵漏功能。

2)高导热性

浆液的高导热性是保证系统以最快的速度将冷量传递到动态止水工作面的重要条件。因 此浆液应具有良好的传热功能，以提高止水的可靠性。

3)稳定性

浆液导热工质在冻结管的作用下得以冻结，形成冻结体，进而实现渗漏水的动态冻结， 起到止水的作用。浆液体系不稳定或发生离析，则易出现导热性能不均，导致传热薄弱区域 裂隙水无法正常冻结，因此浆液必须具有一定的稳定性。

4)流动性

由于浆液从顶部注浆口注入止水套箱，因此还必须保证浆液具有一定的流动性。

发明内容

本发明针对盾构进出洞套箱冻结止水工法，开发一种高导热性高稳定性止水惰性浆液材 料，作为导热工质，实现渗漏水的动态冻结。

上述导热止水浆液材料，其制备原料按重量百分比计包括：

体系稳定剂：0.5％～20％；

导热剂：5％～40％；

填充材料：5％～50％

流态剂：0.5％～5％；

水：35％～65％。

体系稳定剂采用层状硅铝酸盐矿物基增稠剂或高分子聚合物。可采用市售产品，例如浙 江丰虹牌号为FHDF 15的产品、CMC(羧甲基纤维素钠)等。

导热剂采用铁粉或铜粉、石墨、石墨短纤维及其晶须，硼纤维及其晶须、碳纤维等，性 能最优为纤维类导热材料，性价比最优为石墨。

填充材料主要为黄砂、石粉等，其中石粉包括碳酸钙、滑石粉、白云石等，石粉中优选 重质碳酸钙；

流态剂为磺酸盐类或羧酸类聚合物，例如萘磺酸盐甲醛缩合物，可采用市售产品，如格 雷斯(中国)有限公司牌号为S20的产品、聚羧酸系减水剂(Sika Viscocrete 33010)等。

该导热止水材料为惰性浆液，密度范围为1.2～1.8g/cm³，该惰性浆液不与水发生化学反 应。

该导热止水浆液材料的制备方法如下：将导热剂、填充材料、体系稳定剂等各干物料预 先混合均匀，另将流态剂均匀溶解于水中，进一步，将水溶液加入混合后的干物料中，持续 搅拌，直至浆液材料均匀。

本发明的导热止水浆液可作为导热工质用于盾构进出洞套箱冻结止水工法。

本发明的导热止水浆液材料具有以下特点：

1.本发明的浆液材料导热性能良好，是应用于盾构进出洞套箱冻结止水工法中的一种高 效的导热工质，能够有效的传递热量，使冷量快速到达止水工作面，保证了冻结止水机制有 效运行，大大降低了系统的冷量消耗。