一种采用新型混合浆液以辅助保持土仓压力稳定的方法与流程

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种采用新型混合浆液以辅助保持土仓压力稳定的方法。

背景技术：

地铁盾构隧道施工中，地质条件复杂多变，尤其是硬岩掘进，盾构机刀具磨损大，盾构掘进过程中需停机开仓检查及更换刀具。

盾构开仓检查及更换刀具的方式，主要有常压开仓和带压开仓两种。其中，常压开仓，一般都是在地层自稳性非常好、地层渗透性小(类似全断面硬岩地层)的环境下进行；而带压开仓，一般是针对地层自稳性较差、地层渗透性较大的复杂地层环境下进行；相比来说，带压开仓作业的安全风险和施工难度要远远大于常压开仓。

盾构带压开仓检查及更换刀具施工中，为确保掌子面稳定、进仓人员安全和地面环境安全，需采取专项的辅助措施来保证掌子面地层和土仓压力稳定。目前，类似工程领域主要采用的措施有“地表注浆加固地层”、“土仓注水泥混合浆液泥膜”、“膨润土泥膜”和“衡盾泥泥膜”，然而，上述方法在针对复杂地层和敏感地表环境时仍表现出了一定的局限性，比如，“地表注浆加固地层”受限于地表环境和地层加固效果；“水泥混合浆液泥膜”受限于仓内渣土改良效果、浆液凝固效果，同时易造成浆液固结刀盘及开口，尚需清理；“膨润土和衡盾泥泥膜”受限于持久性、强度和地下水量。

据此，目前急需一种采用新型混合浆液以辅助保持盾构机土仓压力稳定的方法，以确保复杂地层和敏感地表环境下的盾构带压开仓施工安全。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种采用新型混合浆液以辅助保持土仓压力稳定的方法，以确保复杂地层和敏感地表环境下的盾构带压开仓施工安全。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种采用新型混合浆液以辅助保持土仓压力稳定的方法，包括如下步骤：

(1)分别准备膨润土、高钙材料、复合粘土稳定剂与水玻璃材料，备用；

(2)在砂浆罐内先加入水和膨润土，并搅拌均匀；

(3)再加入复合粘土稳定剂，以增强浆液粘度；

(4)接着添加高钙材料，以促成胶凝材料的形成；

(5)分批次将步骤(4)制得的初级混合浆液与不同量的水玻璃材料注入盾构机土仓，保持土仓压力；整个过程中，维持土仓压力稳定在高于设定的盾构开仓压力的0.2～0.3bar；

(6)观察土仓控制室中压力显示盘上的压力值，并根据压力值变化情况，实时调整土仓内初级混合浆液和水玻璃材料之间的比例和注入量，以控制土仓压力值的稳定。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中，膨润土包括钠基膨润土与钙基膨润土，二者之间的混合比为1:1。钠基膨润土与钙基膨润土的加入可增加混合浆液的可塑性、粘结性及防水性。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中，高钙材料为消石灰。消石灰的加入可促成胶凝材料的形成，增加形成的混合浆液的可塑性、保水性、吸湿性。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中，复合粘土稳定剂为羟甲基纤维素。羟甲基纤维素的加入可增加混合浆液的粘度，减少失水量，避免浆液堵塞在输液管中，提高泥膜的韧性，增加静切力，增强稳定性。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中，水玻璃材料为42波美度的水玻璃。水玻璃可通过与高钙材料中ca⁺反应，形成胶凝材料casio3，保证形成泥膜的强度。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(4)中，形成的胶凝材料为casio3。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(5)中，至少分两批次将步骤(4)制得的初级混合浆液与不同量的水玻璃材料注入盾构机土仓。其中，第一批次加入后，混合浆液中的水玻璃材料量较少，浓度较稀，是为了浆液扩散，从而更好地加固开仓时周围的土层；第二批次加入后，混合浆液中的水玻璃材料量变多，浓度较浓，是为了固结土层形成泥膜土块。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(6)中，当压力显示盘上的压力值出现掉落，并且掉落差值达0.3～0.4bar时，开始对土仓内初级混合浆液和水玻璃材料之间的混合比例和注入量进行调整，以维持盾构机土仓压力值的稳定。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(6)中，当盾构机土仓压力值最终稳定后，土仓内的初级混合浆液与水玻璃材料构成最终的复合粘土混合浆液；所述复合粘土混合浆液的组成成分及相应含量分别为：膨润土280kg/m³、高钙材料280kg/m³、复合粘土稳定剂6kg/m³、水玻璃材料60kg/m³、水735kg/m³。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)中，均搅拌45～60min以使相应溶液中各原料混合均匀。

本发明相比现有技术的优点在于：本发明选用膨润土、高钙材料、复合粘土稳定剂、水玻璃材料，按特定的配合比与工艺拌制成复合粘土混合浆液，并最终注入到盾构机土仓内，可在盾体外壁和盾构开挖掌子面建立有一定厚度的保压泥膜；采用本发明方法建立的保压泥膜，具有成膜性好、粘性大、稳定性强、具有一定的强度、隔水性和持久性好的特点，能够实现在复杂地层和敏感地表环境下保持土仓压力稳定，从而保证盾构带压开仓检查及更换刀具施工的安全。

附图说明

图1是实施例1-3中采用新型混合浆液以辅助保持土仓压力稳定的方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例的一种采用新型混合浆液以辅助保持土仓压力稳定的方法，如图1所示，包括如下步骤：

(1)分别准备钠基膨润土、钙基膨润土、消石灰、羟甲基纤维素以及42波美度的水玻璃，备用；

(2)在砂浆罐内先加入水、钠基膨润土与钙基膨润土，搅拌均匀；其中，钠基膨润土与钙基膨润土的加入可增加混合浆液的可塑性、粘结性及防水性；

(3)再加入羟甲基纤维素，增强浆液粘度，减少失水量，避免浆液堵塞在输液管中，提高后续形成泥膜的韧性，增加静切力，增强稳定性；

(4)接着添加消石灰，以促成胶凝材料casio3的形成，增加形成的混合浆液的可塑性、保水性、吸湿性；

(5)至少分两批次将步骤(4)制得的初级混合浆液与不同量的水玻璃注入盾构机土仓，保持土仓压力；整个过程中，维持土仓压力稳定在高于设定的盾构开仓压力的0.2bar；其中，水玻璃可通过与消石灰中ca⁺反应，形成胶凝材料casio3，保证形成泥膜的强度；

(6)观察土仓控制室中压力显示盘上的压力值，当压力显示盘上的压力值出现掉落，并且掉落差值达0.3bar时，开始对土仓内初级混合浆液和水玻璃材料之间的混合比例和注入量进行调整，以维持盾构机土仓压力值的稳定。

其中，当盾构机土仓压力值最终稳定后，土仓内的初级混合浆液与水玻璃材料构成最终的复合粘土混合浆液；该复合粘土混合浆液的最终组成成分及相应含量分别为：钠基膨润土140kg/m³、钙基膨润土140kg/m³、消石灰280kg/m³、羟甲基纤维素6kg/m³、水玻璃60kg/m³、水735kg/m³。

进一步地，在本实施例中，所述步骤(5)中，至少分两批次将制得的初级混合浆液与不同量的水玻璃注入盾构机土仓，其中，第一批次加入后，混合浆液中的水玻璃材料量较少，浓度较稀，是为了浆液扩散，从而更好地加固开仓时周围的土层；第二批次加入后，混合浆液中的水玻璃材料量变多，浓度较浓，是为了固结土层形成泥膜土块。

进一步地，在本实施例中，所述步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)中，均搅拌45min以使相应溶液中各原料混合均匀。

实施例2

本实施例的一种采用新型混合浆液以辅助保持土仓压力稳定的方法，如图1所示，包括如下步骤：

(1)分别准备钠基膨润土、钙基膨润土、消石灰、羟甲基纤维素以及42波美度的水玻璃，备用；

(2)在砂浆罐内先加入水、钠基膨润土与钙基膨润土，搅拌均匀；其中，钠基膨润土与钙基膨润土的加入可增加混合浆液的可塑性、粘结性及防水性；

(3)再加入羟甲基纤维素，增强浆液粘度，减少失水量，避免浆液堵塞在输液管中，提高后续形成泥膜的韧性，增加静切力，增强稳定性；

(4)接着添加消石灰，以促成胶凝材料casio3的形成，增加形成的混合浆液的可塑性、保水性、吸湿性；

(5)至少分两批次将步骤(4)制得的初级混合浆液与不同量的水玻璃注入盾构机土仓，保持土仓压力；整个过程中，维持土仓压力稳定在高于设定的盾构开仓压力的0.3bar；其中，水玻璃可通过与消石灰中ca⁺反应，形成胶凝材料casio3，保证形成泥膜的强度；

(6)观察土仓控制室中压力显示盘上的压力值，当压力显示盘上的压力值出现掉落，并且掉落差值达0.4bar时，开始对土仓内初级混合浆液和水玻璃材料之间的混合比例和注入量进行调整，以维持盾构机土仓压力值的稳定。

其中，当盾构机土仓压力值最终稳定后，土仓内的初级混合浆液与水玻璃材料构成最终的复合粘土混合浆液；该复合粘土混合浆液的最终组成成分及相应含量分别为：钠基膨润土140kg/m³、钙基膨润土140kg/m³、消石灰280kg/m³、羟甲基纤维素6kg/m³、水玻璃60kg/m³、水735kg/m³。

进一步地，在本实施例中，所述步骤(5)中，至少分两批次将制得的初级混合浆液与不同量的水玻璃注入盾构机土仓，其中，第一批次加入后，混合浆液中的水玻璃材料量较少，浓度较稀，是为了浆液扩散，从而更好地加固开仓时周围的土层；第二批次加入后，混合浆液中的水玻璃材料量变多，浓度较浓，是为了固结土层形成泥膜土块。

进一步地，在本实施例中，所述步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)中，均搅拌60min以使相应溶液中各原料混合均匀。

实施例3

本实施例的一种采用新型混合浆液以辅助保持土仓压力稳定的方法，如图1所示，包括如下步骤：

(1)分别准备钠基膨润土、钙基膨润土、消石灰、羟甲基纤维素以及42波美度的水玻璃，备用；

(2)在砂浆罐内先加入水、钠基膨润土与钙基膨润土，搅拌均匀；其中，钠基膨润土与钙基膨润土的加入可增加混合浆液的可塑性、粘结性及防水性；

(3)再加入羟甲基纤维素，增强浆液粘度，减少失水量，避免浆液堵塞在输液管中，提高后续形成泥膜的韧性，增加静切力，增强稳定性；

(4)接着添加消石灰，以促成胶凝材料casio3的形成，增加形成的混合浆液的可塑性、保水性、吸湿性；

(5)至少分两批次将步骤(4)制得的初级混合浆液与不同量的水玻璃注入盾构机土仓，保持土仓压力；整个过程中，维持土仓压力稳定在高于设定的盾构开仓压力的0.25bar；其中，水玻璃可通过与消石灰中ca⁺反应，形成胶凝材料casio3，保证形成泥膜的强度；

(6)观察土仓控制室中压力显示盘上的压力值，当压力显示盘上的压力值出现掉落，并且掉落差值达0.35bar时，开始对土仓内初级混合浆液和水玻璃材料之间的混合比例和注入量进行调整，以维持盾构机土仓压力值的稳定。

其中，当盾构机土仓压力值最终稳定后，土仓内的初级混合浆液与水玻璃材料构成最终的复合粘土混合浆液；该复合粘土混合浆液的最终组成成分及相应含量分别为：钠基膨润土140kg/m³、钙基膨润土140kg/m³、消石灰280kg/m³、羟甲基纤维素6kg/m³、水玻璃60kg/m³、水735kg/m³。

进一步地，在本实施例中，所述步骤(5)中，至少分两批次将制得的初级混合浆液与不同量的水玻璃注入盾构机土仓，其中，第一批次加入后，混合浆液中的水玻璃材料量较少，浓度较稀，是为了浆液扩散，从而更好地加固开仓时周围的土层；第二批次加入后，混合浆液中的水玻璃材料量变多，浓度较浓，是为了固结土层形成泥膜土块。

进一步地，在本实施例中，所述步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)中，均搅拌50min以使相应溶液中各原料混合均匀。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。