[发明专利]一种盾构冷冻开仓材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种盾构冷冻开仓填充浆液及其制备方法。所述浆液的造浆材料包括粉煤灰、细砂、膨润土粉末、填充结构粒和水；其填充结构粒为在浆液冷冻时压缩能够吸收冻胀变形、而浆液升温融化时又能回弹提供支撑的颗粒物。所述浆液填充到盾构机开挖仓四周后，在冷冻过程中，浆液中均匀分布的填充结构粒，在冻结时能够向内压缩变形，吸收水分导致的冻胀变形，避免冻胀的发生。而在融化时，填充结构粒又能够回弹，从而对浆液提供支撑，避免融沉的发生。

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，特别是一种盾构机冷冻开仓工艺中使用的浆液及其制备方法。

背景技术

盾构施工中，因地质情况改变或刀具损坏等原因，需要开仓换刀。换刀过程需要工作人员进入开挖仓中作业，在地质条件较为恶劣时，存在塌方、水浸等可能，给操作带来风险。为了保证操作安全性，地层冻结法得到了应用，通过在盾构机刀盘上设置冷冻管路，向冷冻管路内通入冷媒，与所处地层进行热交换，将地层温度降到所含水的冰点温度以下，形成冻土体，从而大幅增加仓体周围土体的强度和弹性模量，提高了开仓换刀操作的安全性。

然而，上述地层冻结法，在地层冻结与融化过程会对地层产生影响，水变成冰，在原位其体积要增大约9.05%；反之，固相冰融化成液相水时，其对应冰的体积要缩小约8.3%。地层冻结过程中，如果产生水分向冻结锋面迁移，迁移的水体积加上因水变成固体冰的体积，将导致土层体积较大幅的增加，相应此处在融化时同样体积会较大幅的缩小，因而地层冻结法应用过程中会出现地层冻胀和融沉现象，有破坏隧道上方建筑结构的风险，存在较大的安全隐患，极大的制约了地层冻结法的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效避免地层冻结法应用过程中的冻胀和融沉现象发生的盾构冷冻开仓填充浆液及其制备方法，以提高地层冻结法应用的安全性及适用范围。

本发明所述的盾构冷冻开仓填充浆液，其造浆材料包括粉煤灰、细砂、膨润土粉末、填充结构粒和水；各造浆材料的配比需保证制浆后浆液稳定；所述填充结构粒为在浆液冷冻时压缩能够吸收冻胀变形、而浆液升温融化时又能回弹提供支撑的颗粒物。

所述造浆材料的配比，需要能够保证制浆后浆液的稳定性，以避免浆液发生离析；各成分可按如下重量份：粉煤灰200—350；细砂400-750；膨润土粉末45-85；填充结构粒70-125，水200-370。

所述填充结构粒，可为柱状橡胶粒，其直径为2-10mm，长度10-50mm以内，表面粗糙。

所述填充结构粒，还可为球状橡胶粒，其直径为2-10mm，表面粗糙。

所述柱状橡胶粒的表面可设置不同方向伸出的杆状物或刺状物。

所述球状橡胶粒的表面可设置不同方向伸出的杆状物或刺状物。

所述球状橡胶粒或柱状橡胶粒本体的内部可设置若干个小空腔。通过设置小空腔,可进一步的提升对冻胀变形的吸收能力，以更好的适应实际需要。

在小空腔内可填充弹性强度略低于本体的弹性材料， 例如：泡沫粒、塑料粒、或者不同材质的橡胶粒等。此结构在对冻胀变形提供更强的适应能力时，填充的弹性强度略低于本体的弹性材料还能对空腔提供支撑，从而能在此时更好地保证填充结构粒的回弹能力，在浆液融 化时，能够更好的提供支撑，更有利于避免融 沉的发生。通过上述结构，可使所述浆液能适应更大的冻胀和融 沉体积变化，从而更好地适应各种情况下的使用。

本发明所述的盾构冷冻开仓填充浆液制备方法，包括如下步骤：

按所述重量比例称取干料粉煤灰、细砂、膨润土粉末和填充结构粒，并搅拌均匀；而后，将搅拌后干料倒入搅拌箱内，加入上述相应重量的水，启动搅拌机搅拌，直至砂浆搅拌均匀，使填充结构粒均匀分布于浆液之中。