[发明专利]砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆及制备方法

说明书

砂性土地层土压平衡盾构用新型泥浆及制备方法，是由矿物类与水溶性高分子类材料复合而成的土体改良剂，其各组分所占质量比如下：水800‑1200份；有机溶剂3‑8份；粘土80‑120份；黄原胶1‑3份；瓜尔胶1‑3份；纯碱0.1‑1份；其采用特殊的混合工艺，使得混合更加充分、均匀，大大提高粘土粉与水的混合均匀度，很好的改良混合效果，增加了制成物的使用效果。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，尤其属于盾构施工用渣土改良技术领域。

背景技术

现代城市隧道建设卓有成效的施工方法为盾构施工法,目前我国所应用的盾构机主要为土压平衡式盾构，土压平衡盾构工法具有自动化程度高、施工速度快、对地面影响小、不受隧道覆土深度、地形、地貌、江河水域等地表环境条件和天气条件的限制等优点。其工作原理为:通过刀盘旋转切削开挖面土体，切削下来的渣土进入土舱，通过调节螺旋输送机转速控制出土速度，使土舱内压力与开挖面的水土压力保持平衡，以维持开挖面的稳定。但由于地层土体性质的不同，很多情况下,天然地层的开挖土很难满足开挖面稳定的条件,从而给施工带来困难，严重时甚至引发工程事故。因此，在盾构施工中对土体的改良尤为重要。

我国幅员辽阔，地质情况复杂多变，在盾构施工过程中出现的问题可总结如下的几个方面。

(1)盾构刀盘磨损问题：由于开挖土体流动性差，开挖土体抗剪强度较高，导致盾构开挖时刀盘扭矩过大，在盾构开挖土体过程中对刀盘磨损严重。

(2)闭塞问题：当盾构机压力舱内开挖土具有较大的内摩擦角,土体与侧壁的摩擦系数较大,开挖面的压力和压力舱隔板承受的盾构千斤顶的推力较大时,土体在压力舱的侧壁容易发生粘附现象,此时上部的土体不能掉下来,粘附的土体逐渐增加,就容易发生开挖土的拱作用。由于开挖土体在密封舱成拱,使盾构机不能正常出土,时间一长土体就会压实充满压力舱,经过压实的土体又使密封舱内搅拌翼板的阻力上升,加大了刀盘扭矩,进而造成刀盘扭矩、千斤顶推力的增大,并有可能导致无法正常推进,引起施工的困难。

(3)喷涌问题：盾构施工中密封舱和螺旋排土器内的土体不能有效抵抗开挖面上的水压力,在螺旋排土器出口处容易发生喷砂、喷泥和喷水的现象。盾构施工中发生喷涌,不仅造成隧道内开挖土难以处理,严重时会导致开挖面失稳。

(4)结饼问题：盾构在粘性土层中施工时,由于粘性土本身具有内摩擦角小,粘聚力大等特点,使得开挖时粘性土体粘附于盾构刀盘上。而那些被刀盘从开挖面上切削下来的粘土,通过刀盘渣槽又进入密封舱,在密封舱上部压力的作用下容易发生压密和固结排水,形成坚硬的“泥饼”。密封舱内发生“结饼”后,如果不进行及时的处理,则密封舱内“泥饼”将不断扩散,最终会使整个密封舱发生堵塞,这时就会导致密封舱内的刀盘扭矩过大,开挖困难,严重时会引发刀盘主轴承温度过高,出现主轴承“烧结”的严重后果,会加速主轴承的损坏。

(5)开挖面失稳问题：土压平衡式盾构施工中,如果压力舱的压力不足,难以抵抗开挖面释放的荷载,就可能发生开挖面涌水或坍塌,导致开挖面的失稳。造成开挖面失稳的具体原因有以下几点：

1)施工单位没有控制好压力舱的应有压力,造成开挖面失稳；

2)施工单位担心压力舱压力过大会造成结饼、闭塞而半舱推进,低压推进,造成开挖面失稳；

3)由于发生喷涌使压力舱压力不能控制；

4)发生结饼,闭塞后强行推进造成地基被动破坏。

为了保证开挖面的稳定,重要的是要使开挖下来的土砂具有塑性流动性,并使土砂充满压力舱内,同时还应使开挖下来的土砂具有止水性。同时为了一边保持开挖面的稳定一边顺利的进行推进,则需要适量地进行排土,维持排土量和开挖量的平衡。