[發(fā)明專利]復(fù)雜地層盾構(gòu)施工用穩(wěn)定泡沫劑及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710086343.8
• 申請(qǐng)日: 2017-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106929023A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李樹忱;趙世森;陳健;晏勤;張哲;朱林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K17/38
• 分類號(hào): C09K17/38;C09K103/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 張曉鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土壓平衡盾構(gòu)施工材料領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)雜地層盾構(gòu)施工用穩(wěn)定泡沫劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，土壓平衡盾構(gòu)施工過(guò)程中需要向開(kāi)挖面或土艙里注入特殊氣泡，將開(kāi)挖面切削下來(lái)的土體在壓力艙內(nèi)調(diào)整成一種“塑性流動(dòng)狀態(tài)”，避免發(fā)生噴涌、閉塞、結(jié)餅以及施工開(kāi)挖面失穩(wěn)等一系列問(wèn)題，以保證盾構(gòu)施工過(guò)程的安全穩(wěn)定。

但是地層是由各種造巖礦物以不同集合形式組成，礦物的成分、性質(zhì)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造決定了各種類型巖層的物理、力學(xué)性質(zhì)，如巖石的強(qiáng)度、硬度、彈塑性、脆性、水溶性和水化性等，盾構(gòu)過(guò)程中出現(xiàn)的各種復(fù)雜情況與巖石性質(zhì)密切相關(guān)。另外，巖層在形成過(guò)程中或形成以后，在扭轉(zhuǎn)、擠壓、風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積、溶蝕等內(nèi)、外地質(zhì)作用下，形成松散層、破碎帶、孔隙環(huán)境、裂隙環(huán)境以及溶隙性環(huán)境。所以，復(fù)雜地層，一些主要表現(xiàn)為井壁直接松散、破碎，一些表現(xiàn)為漏水、涌水等，還有的地層有多種復(fù)雜表現(xiàn)。這些地層都會(huì)對(duì)盾構(gòu)施工過(guò)程產(chǎn)生一定的影響。

現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)通過(guò)泡沫劑對(duì)復(fù)雜地層的土體進(jìn)行改良，使其滿足盾構(gòu)的要求。在相同發(fā)泡條件下，氣泡的發(fā)泡率越高，相同泡沫劑發(fā)出的泡沫體積越多，泡沫內(nèi)存留的未發(fā)揮作用的泡沫劑溶液越少，泡沫劑利用越充分，對(duì)開(kāi)挖土的改良效果越好，泡沫劑的成本越低；半衰期越長(zhǎng)，經(jīng)泡沫劑改良后的改良土性能維持時(shí)間更長(zhǎng)，對(duì)于工程而言會(huì)更好。但是發(fā)泡率與產(chǎn)生的泡沫的穩(wěn)定性(即泡沫半衰期)兩者之間是相互影響的，較高的發(fā)泡率是犧牲泡沫穩(wěn)定性為代價(jià)的。

目前，應(yīng)用于土壓平衡式盾構(gòu)施工中的泡沫劑的發(fā)泡倍率較低、半衰期較短。而某些復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工時(shí)，對(duì)泡沫劑的用量及半衰期要求較為嚴(yán)格，如果泡沫劑的發(fā)泡倍數(shù)和半衰期較短時(shí)，不但會(huì)影響工程的進(jìn)度，還會(huì)大大增加工程施工的成本。而且不同性質(zhì)的地層對(duì)泡沫劑的發(fā)泡率和泡沫半衰期的要求不同。現(xiàn)有技術(shù)中的泡沫劑的發(fā)泡率和半衰期的可調(diào)整范圍較小，同一種泡沫劑難以滿足各種地層盾構(gòu)施工的要求。

此外，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)經(jīng)常會(huì)遇到硬水環(huán)境，而現(xiàn)有的泡沫劑在硬水環(huán)境中的發(fā)泡性能大大降低，更難以滿足施工要求。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于泡沫劑的發(fā)泡倍數(shù)及發(fā)泡倍數(shù)可調(diào)范圍達(dá)不到要求、泡沫半衰期較短及其可調(diào)范圍較小、在硬水環(huán)境中泡沫劑的發(fā)泡性能大大降低，導(dǎo)致難以滿足復(fù)雜地層盾構(gòu)施工的要求的問(wèn)題，尚缺乏有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種復(fù)雜地層盾構(gòu)施工用穩(wěn)定泡沫劑，由以下組分組成：發(fā)泡劑8-14％、增稠劑0.2-0.5％、穩(wěn)泡劑0.1-0.5％，余量為水，其中的％是指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

所述發(fā)泡劑由α-烯基磺酸鈉、α-磺基脂肪酸甲酯及烷基多苷組成。

以上泡沫劑組分中，α-烯基磺酸鈉和α-磺基脂肪酸甲酯為主要發(fā)泡劑，烷基多苷主要起輔助發(fā)泡作用，可以有效提高泡沫劑的發(fā)泡倍數(shù)，使發(fā)泡倍數(shù)可以達(dá)到18-35倍，顯著提高了泡沫劑的最大發(fā)泡倍數(shù)，而且提高了發(fā)泡倍數(shù)的可調(diào)節(jié)范圍，使其可以應(yīng)用在多種復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工中。

烷基多苷還具有良好的增稠效果，在輔助發(fā)泡的基礎(chǔ)上，可協(xié)同增稠劑對(duì)主發(fā)泡劑進(jìn)行增稠，協(xié)同穩(wěn)泡劑對(duì)所發(fā)泡沫進(jìn)行穩(wěn)泡，延長(zhǎng)了泡沫的半衰期，使泡沫半衰期達(dá)到11-30min。提高了泡沫半衰期的最大值，明顯提高了對(duì)泡沫半衰期要求較高的盾構(gòu)施工中的土體改良效果；同時(shí)增大了泡沫半衰期的可調(diào)范圍，使其可以應(yīng)用在多種復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工中。

α-烯基磺酸鈉、α-磺基脂肪酸甲酯、烷基多苷和增稠劑協(xié)同作用，同時(shí)提高了泡沫劑的發(fā)泡率和泡沫半衰期，并提高了兩者的可調(diào)范圍，明顯提高了泡沫劑的性能。使其可以應(yīng)用在多種復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工中。

此外，α-烯基磺酸鈉、α-磺基脂肪酸甲酯及烷基多苷均具有良好的抗硬水性能，使制備得到的發(fā)泡劑在硬水環(huán)境中的發(fā)泡性能也能遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足盾構(gòu)施工的要求。而且，α-烯基磺酸鈉、α-磺基脂肪酸甲酯和烷基多苷的生物降解性能好，在自然環(huán)境中，幾天之內(nèi)即可完全降解，無(wú)毒無(wú)害，不會(huì)對(duì)施工區(qū)域造成環(huán)境污染。

所以，本發(fā)明的泡沫劑中可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)中的土壓平衡盾構(gòu)用泡沫劑存在的發(fā)泡率低下、泡沫穩(wěn)定性能差、非綠色、不環(huán)保且抗硬水性能差的問(wèn)題。

進(jìn)一步的，所述發(fā)泡劑由以下重量份的組分組成：α-烯基磺酸鈉35-75份、α-磺基脂肪酸甲酯25-65份，烷基多苷5-15份。

進(jìn)一步的，所述發(fā)泡劑由以下重量份的組分組成：α-烯基磺酸鈉60-70份、α-磺基脂肪酸甲酯25-35份，烷基多苷5-7份。