大断面矩形顶管用的减摩泥浆及制备方法和注浆施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种大断面矩形顶管用的减摩泥浆及制备方法和注浆施工方法，该制备方法包括：提供PH值为5至9的工业用水，将所述工业用水加入到拌浆箱内；开启所述拌浆箱的剪切泵搅拌，形成水循环；提供高分子聚合物HS-1和钠基膨润土，先将所述高分子聚合物HS-1加入到拌浆箱内，再将所述钠基膨润土加入到拌浆箱内，其中所述高分子聚合物HS-1、所述钠基膨润土、以及所述工业用水的配合比为5∶16∶195；至少循环搅拌10分钟，确保搅拌均匀无结块，即形成了减摩泥浆。该减摩泥浆具有高粘度、低比重的特点，可以解决现有减摩泥浆无法适应大断面矩形顶管施工及无法适应砂性土层施工的问题。
【专利说明】大断面矩形顶管用的减摩泥浆及制备方法和注浆施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道工程领域，尤指一种大断面矩形顶管的减摩泥浆及制备方法和注浆施工方法。
【背景技术】
[0002]矩形顶管机在隧道工程中应用越来越多，相对于圆形顶管机可以有效利用空间，减小地下掘进土方，用于人行、车辆等地下通道不需要再进行地面铺平工序，节省时间还能降低成本。在顶管顶进施工中，为减少土体与管节间的摩阻力，通过管节内部的注浆孔向管节外注入一种泥浆材料，该泥浆材料称为“减摩泥浆”。通过减摩泥浆的充分、均匀注浆，使得管节外围与土体之间形成一圈泥浆层，从而使得管节在泥浆套中顶进，一方面降低了后顶力，另一方面也起到支护土体，降低地层损失，控制地面沉降的作用。
[0003]现有的减摩泥浆材料一般为水和膨润土，形成膨润土泥浆，该膨润土泥浆具有触变性，有助于顶管在地层间运动时成为减摩剂，以粘性液体减小摩阻力，静止时，会成为凝胶体支撑地层。但是在大断面(4.2m*6.9及以上)矩形顶管施工时，由于断面增大相应摩阻力也增大，导致主顶顶力也增大，膨润土泥浆无法适应大断面矩形顶管施工，如遇砂性土层施工时，膨润土泥浆容易渗入到砂性土层中，不能确保管节外围的泥浆套完整，影响施工。另外，现有的顶管注浆是通过人工完成的，效率低且人工操作因素会大大降低减摩效果，且在大断面施工中人员爬高手动压注具有一定的危险性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种大断面矩形顶管用的减摩泥浆及制备方法和注浆施工方法，解决现有减摩泥浆无法适应大断面矩形顶管施工和无法适应砂性土层施工、现有人工注浆效率低、效果差、还具有危险等问题。
[0005]实现上述目的的技术方案是:
[0006]本发明一种大断面矩形顶管用的减摩泥浆，包括高分子聚合物HS-1、钠基膨润土、和水以5: 16: 195的配合比混合而成。
[0007]本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的进一步改进在于，所述高分子聚合物HS-1包括大、中分子量的聚丙烯酸盐、纤维素盐、抗盐抗钙剂、以及改性土 ；所述钠基膨润土的膨胀率为18mL/g至26mL/g,200目筛余量小于95% ;所述减摩泥衆的比重为1.08g/cm3,粘度大于60s,滤失量小于12ml。
[0008]本发明的减摩泥浆具有高粘度、低比重的特性，能够在大断面顶管施工中使用，形成良好的泥浆套，降低顶管及管节与土体摩擦阻力。该减摩泥浆还具有较低的滤失率，适用于砂性土地层工况，在砂性土地层中不易渗透，确保形成的泥浆套完整，降低泥浆补充量与反复注浆对地层的扰动，该减摩泥浆在砂性土地层中的滤失率仅为3.8%。
[0009]本发明一种大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法，包括:
[0010]提供PH值为5至9的工业用水，将所述工业用水加入到拌浆箱内；
[0011]开启所述拌浆箱的剪切泵搅拌，形成水循环；
[0012]提供高分子聚合物HS-1和钠基膨润土，先将所述高分子聚合物HS-1加入到拌浆箱内，再将所述钠基膨润土加入到拌浆箱内，其中所述高分子聚合物HS-1、所述钠基膨润土、以及所述工业用水的配合比为5: 16: 195;以及
[0013]至少循环搅拌10分钟，确保搅拌均匀无结块，即形成了减摩泥浆。
[0014]采用高分子聚合物HS-1、膨润土和水以一定比例混合形成减摩泥浆，该减摩泥浆具有高粘度、低比重的特点，能够在大断面矩形顶管施工中形成泥浆套，从而降低顶管及管节与土体间的摩擦阻力。该减摩泥浆还具有较低的压力滤失率，在砂性土层的工况环境下不易渗透入土体，保证了泥浆套的完整，降低了泥浆补充量与反复泥浆对地层的扰动，其砂性土层的滤失率仅为3.8%。采用本发明减摩泥浆的制备方法形成的减摩泥浆，可以解决现有减摩泥浆无法适应大断面矩形顶管施工及无法适应砂性土层施工的问题。
[0015]本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法的进一步改进在于，所述高分子聚合物HS-1包括大、中分子量的聚丙烯酸盐、纤维素盐、抗盐抗钙剂、以及改性土。
[0016]本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法的进一步改进在于，所述钠基膨润土的膨胀率为18至26mL/g，200目筛余量小于95%。
[0017]本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法的进一步改进在于，所述减摩泥浆的比重为1.08g/ cm3，粘度大于60s，滤失量小于12ml。
[0018]本发明一种如前述的制备方法制得的减摩泥浆的注浆施工方法，包括:
[0019]提供储浆槽，将所述减摩泥浆输送至所述储浆槽内；
[0020]将矩形顶管的管节划分为至少一个区段；
[0021]于所述管节的区段上设置多个贯通的注浆孔，以所述管节的纵向中垂线的两侧划分为第一注浆区域和第二注浆区域，所述第一注浆区域内的注浆孔通过第一注浆管连通所述储浆槽，所述第二注浆区域内的注浆孔通过第二注浆管连通所述储浆槽；
[0022]于每一所述注浆孔处设置控制所述注浆孔开合的电控球阀；
[0023]于所述管节的区段上设置泥浆压力传感器，将检测到的压力数据传送至设于所述管节的区段上的控制系统；
[0024]所述控制系统包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器连接所述第一注浆区域内的注浆孔处的电控球阀，并控制所述电控球阀依序循环开合，所述第二控制器连接所述第二注浆区域内的注浆孔处的电控球阀，并控制所述电控球阀依序循环开合；
[0025]当所述控制系统接收到的压力数据超过压力阈值时，控制切换下一个注浆孔开启;
[0026]于所述第一注浆管和所述第二注浆管连通所述储浆槽处分别设置第一泥浆泵和第二泥浆泵，通过所述第一控制器和所述第二控制器分别控制所述第一泥浆泵和所述第二泥浆泵运行，将所述减摩泥浆通过第一注浆管和第二注浆管泵送至所述注浆孔，进而通过所述注浆孔均匀分布在所述管节的外围。
[0027]采用控制系统自动控制注浆孔依序循环开合，实现减摩泥浆的自动注入，左右两侧区域分离压注，各注浆孔减摩泥浆压注充分，提高减摩效果，还可以实时掌控减摩泥浆的压力，确保施工安全。通过控制系统自动注浆，省去人工手动压注的不确定因素，提高压注效率及质量。
[0028]本发明减摩泥浆的注浆施工方法的进一步改进在于，靠近矩形顶管前端的控制系统与顶管机的中央控制器连接，所述控制系统接收所述中央控制器发送的推进速度，并调整注浆速度以匹配所述推进速度。
[0029]本发明减摩泥浆的注浆施工方法的进一步改进在于，所述控制系统将所述泥浆压力传感器检测到的数据发送至所述中央控制器，所述中央控制器对该数据进行显示，实现实时监测减摩泥浆分布状态。
[0030]本发明减摩泥浆的注浆施工方法的进一步改进在于，当注浆孔处压注的减摩泥浆达到预设的压注量时，与所述注浆孔对应的所述第一控制器或所述第二控制器控制下一个注浆孔的电控球阀打开，再关闭当前注浆孔的电控球阀。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法的流程图；
[0032]图2为本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的注浆施工方法的流程图；
[0033]图3为本发明大断面矩形顶管管节开设注浆孔的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0035]参阅图1，显示了本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法的流程图。参阅图2，显示了本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的注浆施工方法的流程图。本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法及注浆施工方法，采用高分子聚合物HS-1、膨润土和水以一定比例混合形成减摩泥浆，具备高粘度、低比重的特性，该减摩泥浆的性能指标较以往的泥浆材料高，能够在大断面顶管施工中形成泥浆套，降低顶管及管节与土体摩擦阻力。该减摩泥浆在砂性土层工况环境中，不易渗透入土层中，保证了泥浆的完整。减摩泥浆的注浆施工方法通过控制系统实现自动注浆操作，可以实时掌握压注压力，左右两侧分离注浆，各个注浆孔的压注充分，可以提高建模效果，且更具有安全性。下面结合附图对本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法及施工方法进行说明。
[0036]本发明一种大断面矩形顶管用的减摩泥浆，包括高分子聚合物HS-1、钠基膨润土、和水，以5: 16: 195的配合比混合而成；其中，该高分子聚合物HS-1包括大分子量、中分子量的聚丙烯酸盐、纤维素盐、抗盐抗钙剂、以及改性土，该高分子聚合物HS-1中还可以包括大分子量、中分子量的增效添加剂。高分子聚合物HS-1用于配置初始的基础浆液，大、中分子量的聚合物材料与有益颗粒(切削下的活性土或膨润土)之间，颗粒与颗粒之间相互吸附，形成布满整个泥水空间的网状结构框架，将自由水和土颗粒包围其结构中，以提高泥浆的粘度切力，降低滤失量，完成造浆护壁的初始浆液。该钠基膨润土的性能指标为:200目筛余量小于95%，膨胀率18至26mL/g。水选用PH值为5至9且无杂质的工业用水。将高分子聚合物HS-1、钠基膨润土、和水以5: 16: 195的配合比加入到拌浆箱中进行充分搅拌，使其混合均匀无结块，形成减摩泥浆，该减摩泥浆性能指标为:比重1.08g/cm3,粘度大于60s,滤失量小于12ml。
[0037]本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的有益效果为:
[0038]本发明的减摩泥浆具有高粘度、低比重的特性，能够在大断面顶管施工中使用，形成良好的泥浆套，降低顶管及管节与土体摩擦阻力。该减摩泥浆还具有较低的滤失率，适用于砂性土地层工况，在砂性土地层中不易渗透，确保形成的泥浆套完整，降低泥浆补充量与反复注浆对地层的扰动，该减摩泥浆在砂性土地层中的滤失率仅为3.8%。
[0039]参阅图1，显示了本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法的流程图。下面结合图1对本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法进行说明。
[0040]如图1所示，本发明大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法包括:
[0041]执行步骤SI I，将水加入到拌浆箱内。提供PH值为5至9且无杂质的工业用水，将水加入到拌浆箱内，该拌浆箱采用立式型号JQB6545剪切泵进行搅拌。接着执行步骤S12。
[0042]执行步骤S12，开启剪切泵，形成水循环。启动剪切泵进行搅拌，由于该拌浆箱内仅装有工业用水，故形成了水循环。接着执行步骤S13。
[0043]执行步骤S13，将高分子聚合物和钠基膨润土加入到拌浆箱内搅拌。提供高分子聚合物HS-1和钠基膨润土，该高分子聚合物HS-1包括聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、抗盐抗钙剂、以及改性土，较佳地，该高分子聚合物HS-1选用大分子量和中分子量的聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、抗盐抗钙剂、以及改性土。该高分子聚合物HS-1中还可以加入增效添加剂。高分子聚合物HS-1用于配置初始的基础浆液，大、中分子量的聚合物材料与有益颗粒(切削下的活性土或膨润土)之间，颗粒与颗粒之间相互吸附，形成布满整个泥水空间的网状结构框架，将自由水和土颗粒包围其结构中，以提高泥浆的粘度切力，降低滤失量，完成造浆护壁的初始浆液。该钠基膨润土的性能指标为:200目筛余量小于95%，膨胀率18至26mL/g。在加入高分子聚合物HS-1和钠基膨润土时，应先将高分子聚合图HS-1加入到拌浆箱内，再将钠基膨润土加入到拌浆箱内，其中高分子聚合物HS-1、钠基膨润土和工业用水的配合比为5: 16: 195，参见表1，显示了减摩泥浆内各个材料的配合比。接着执行步骤S14。
[0044]
【权利要求】
1.一种大断面矩形顶管用的减摩泥浆，其特征在于，包括高分子聚合物、钠基膨润土和水，以5: 16: 195的配合比混合而成。
2.如权利要求1所述的大断面矩形顶管用的减摩泥浆，其特征在于，所述高分子聚合物包括大、中分子量的聚丙烯酸盐、纤维素盐、抗盐抗钙剂、以及改性土；所述钠基膨润土的膨胀率为18mL/g至26mL/g, 200目筛余量小于95% ;所述减摩泥衆的比重为1.08g/cm3,粘度大于60s,滤失量小于12ml。
3.一种大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法，其特征在于，包括: 提供PH值为5至9的工业用水，将所述工业用水加入到拌浆箱内； 开启所述拌浆箱的剪切泵搅拌，形成水循环； 提供高分子聚合物和钠基膨润土，先将所述高分子聚合物加入到拌浆箱内，再将所述钠基膨润土加入到拌浆箱内，其中所述高分子聚合物、所述钠基膨润土、以及所述工业用水的配合比为5: 16: 195;以及 至少循环搅拌10分钟，确保搅拌均匀无结块，即形成了减摩泥浆。
4.如权利要求 3所述的大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物包括大、中分子量的聚丙烯酸盐、纤维素盐、抗盐抗钙剂、以及改性土。
5.如权利要求3所述的大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法，其特征在于，所述钠基膨润土的膨胀率为18mL/g至26mL/g，200目筛余量小于95%。
6.如权利要求3所述的大断面矩形顶管用的减摩泥浆的制备方法，其特征在于，所述减摩泥浆的比重为1.08g/cm3，粘度大于60s，滤失量小于12ml。
7.—种如权利要求1所述的大断面矩形顶管用的减摩泥浆的注浆施工方法，其特征在于，包括: 提供储浆槽，将所述减摩泥浆输送至所述储浆槽内； 将矩形顶管的管节划分为至少一个区段； 于所述管节的区段上设置多个贯通的注浆孔，以所述管节的纵向中垂线的两侧划分为第一注浆区域和第二注浆区域，所述第一注浆区域内的注浆孔通过第一注浆管连通所述储浆槽，所述第二注浆区域内的注浆孔通过第二注浆管连通所述储浆槽； 于每一所述注浆孔处设置控制所述注浆孔开合的电控球阀； 于所述管节的区段上设置泥浆压力传感器，将检测到的压力数据传送至设于所述管节的区段上的控制系统； 所述控制系统包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器连接所述第一注浆区域内的注浆孔处的电控球阀，并控制所述电控球阀依序循环开合，所述第二控制器连接所述第二注浆区域内的注浆孔处的电控球阀，并控制所述电控球阀依序循环开合； 当所述控制系统接收到的压力数据超过压力阈值时，控制切换下一个注浆孔开启；以及 于所述第一注浆管和所述第二注浆管连通所述储浆槽处分别设置第一泥浆泵和第二泥浆泵，通过所述第一控制器和所述第二控制器分别控制所述第一泥浆泵和所述第二泥浆泵运行，将所述减摩泥浆通过第一注浆管和第二注浆管泵送至所述注浆孔，进而通过所述注浆孔均匀分布在所述管节的外围。
8.如权利要求7所述的减摩泥浆的注浆施工方法，其特征在于，靠近矩形顶管前端的控制系统与顶管机的中央控制器连接，所述控制系统接收所述中央控制器发送的推进速度，并调整注浆速度以匹配所述推进速度。
9.如权利要求8所述的减摩泥浆的注浆施工方法，其特征在于，所述控制系统将所述泥浆压力传感器检测到的数据发送至所述中央控制器，所述中央控制器对该数据进行显示，实现实时监测减摩泥浆分布状态。
10.如权利要求7所述的减摩泥浆的注浆施工方法，其特征在于，当注浆孔处压注的减摩泥浆达到预设的压注量时，与所述注浆孔对应的所述第一控制器或所述第二控制器控制下一注浆孔的电控球阀 打开，再关闭当前注浆孔的电控球阀。
【文档编号】C04B14/12GK104176976SQ201410382511
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】黄德中, 黄 俊, 王延年, 徐连刚, 舒钢强, 蔡雯俊, 方涛, 李刚, 杨满满, 蒋威, 顾眩曜, 石宇 申请人:上海隧道工程有限公司, 上海隧道盾构工程有限公司