[發明專利]砂性土地層土壓平衡盾構用新型泥漿及制備方法

在審

• 申請號: 201810207951.4
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108531150A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 黃志強;于有強;馮東林;劉景秀;阿力江·吐爾迪;楊秀成;魏智森
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: C09K8/20
• 分類號: C09K8/20
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 周智博;宋鐵軍

砂性土地層土壓平衡盾構用新型泥漿及制備方法，是由礦物類與水溶性高分子類材料復合而成的土體改良劑，其各組分所占質量比如下：水800?1200份；有機溶劑3?8份；粘土80?120份；黃原膠1?3份；瓜爾膠1?3份；純堿0.1?1份；其采用特殊的混合工藝，使得混合更加充分、均勻，大大提高粘土粉與水的混合均勻度，很好的改良混合效果，增加了制成物的使用效果。

技術領域

本發明屬于建筑材料領域，尤其屬于盾構施工用渣土改良技術領域。

背景技術

現代城市隧道建設卓有成效的施工方法為盾構施工法,目前我國所應用的盾構機主要為土壓平衡式盾構，土壓平衡盾構工法具有自動化程度高、施工速度快、對地面影響小、不受隧道覆土深度、地形、地貌、江河水域等地表環境條件和天氣條件的限制等優點。其工作原理為:通過刀盤旋轉切削開挖面土體，切削下來的渣土進入土艙，通過調節螺旋輸送機轉速控制出土速度，使土艙內壓力與開挖面的水土壓力保持平衡，以維持開挖面的穩定。但由于地層土體性質的不同，很多情況下,天然地層的開挖土很難滿足開挖面穩定的條件,從而給施工帶來困難，嚴重時甚至引發工程事故。因此，在盾構施工中對土體的改良尤為重要。

我國幅員遼闊，地質情況復雜多變，在盾構施工過程中出現的問題可總結如下的幾個方面。

(1)盾構刀盤磨損問題：由于開挖土體流動性差，開挖土體抗剪強度較高，導致盾構開挖時刀盤扭矩過大，在盾構開挖土體過程中對刀盤磨損嚴重。

(2)閉塞問題：當盾構機壓力艙內開挖土具有較大的內摩擦角,土體與側壁的摩擦系數較大,開挖面的壓力和壓力艙隔板承受的盾構千斤頂的推力較大時,土體在壓力艙的側壁容易發生粘附現象,此時上部的土體不能掉下來,粘附的土體逐漸增加,就容易發生開挖土的拱作用。由于開挖土體在密封艙成拱,使盾構機不能正常出土,時間一長土體就會壓實充滿壓力艙,經過壓實的土體又使密封艙內攪拌翼板的阻力上升,加大了刀盤扭矩,進而造成刀盤扭矩、千斤頂推力的增大,并有可能導致無法正常推進,引起施工的困難。

(3)噴涌問題：盾構施工中密封艙和螺旋排土器內的土體不能有效抵抗開挖面上的水壓力,在螺旋排土器出口處容易發生噴砂、噴泥和噴水的現象。盾構施工中發生噴涌,不僅造成隧道內開挖土難以處理,嚴重時會導致開挖面失穩。

(4)結餅問題：盾構在粘性土層中施工時,由于粘性土本身具有內摩擦角小,粘聚力大等特點,使得開挖時粘性土體粘附于盾構刀盤上。而那些被刀盤從開挖面上切削下來的粘土,通過刀盤渣槽又進入密封艙,在密封艙上部壓力的作用下容易發生壓密和固結排水,形成堅硬的“泥餅”。密封艙內發生“結餅”后,如果不進行及時的處理,則密封艙內“泥餅”將不斷擴散,最終會使整個密封艙發生堵塞,這時就會導致密封艙內的刀盤扭矩過大,開挖困難,嚴重時會引發刀盤主軸承溫度過高,出現主軸承“燒結”的嚴重后果,會加速主軸承的損壞。

(5)開挖面失穩問題：土壓平衡式盾構施工中,如果壓力艙的壓力不足,難以抵抗開挖面釋放的荷載,就可能發生開挖面涌水或坍塌,導致開挖面的失穩。造成開挖面失穩的具體原因有以下幾點：

1)施工單位沒有控制好壓力艙的應有壓力,造成開挖面失穩；

2)施工單位擔心壓力艙壓力過大會造成結餅、閉塞而半艙推進,低壓推進,造成開挖面失穩；

3)由于發生噴涌使壓力艙壓力不能控制；

4)發生結餅,閉塞后強行推進造成地基被動破壞。

為了保證開挖面的穩定,重要的是要使開挖下來的土砂具有塑性流動性,并使土砂充滿壓力艙內,同時還應使開挖下來的土砂具有止水性。同時為了一邊保持開挖面的穩定一邊順利的進行推進,則需要適量地進行排土,維持排土量和開挖量的平衡。