本發(fā)明涉及盾構(gòu)施工領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的泥漿及施工方法。
背景技術(shù)：
：近年來，國內(nèi)城市軌道交通發(fā)展極為迅速，到2015年前后，我國建成和在建軌道交通線路將達(dá)到158條，總里程將超過4189公里。盾構(gòu)法施工技術(shù)具有機械化施工程度高、開挖效率高、對環(huán)境影響小等特點，在我國城市軌道交通建設(shè)中得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代隧道建設(shè)工程正逐漸具有斷面直徑增大，斷面地層復(fù)雜的趨勢?，F(xiàn)有的盾構(gòu)施工工法適合在較為單一的軟土地層、軟巖地層及砂層中進(jìn)行施工，而在軟硬不均、上軟下硬且含有高強度硬巖的復(fù)合地層中施工時受到較大影響，技術(shù)經(jīng)驗匱乏?，F(xiàn)有的盾構(gòu)法施工中，泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的方法是利用高性能泥水在掌子面形成高質(zhì)量泥膜。在海相地層中，海水會使一般泥水材料產(chǎn)生瀝化，使泥水性能大幅下降，從而影響泥膜質(zhì)量，對開挖面的穩(wěn)定帶來一定困難?，F(xiàn)有泥水配制技術(shù)所用水質(zhì)均為自來水，泥水材料對海水的適應(yīng)性差。目前泥水盾構(gòu)施工中，在海相地層中使用適應(yīng)海水的泥水穩(wěn)定掌子面的研究還是空白。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的泥漿及施工方法，為在海相地層中適應(yīng)海水的泥水穩(wěn)定開挖面的施工技術(shù)，解決海相地層盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的問題。為實現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明公開了一種復(fù)合鈉基膨潤土泥漿，應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定，所述復(fù)合鈉基膨潤土泥漿由復(fù)合鈉基膨潤土配制而成，所述復(fù)合鈉基膨潤土由鈉基膨潤土、聚合物及添加劑混合而成。所述復(fù)合鈉基膨潤土泥漿進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述鈉基膨潤土的成分中包含有鈉基蒙脫石，包含有蒙脫石、貝得石和綠脫石。所述復(fù)合鈉基膨潤土泥漿進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述聚合物及所述添加劑由胺類聚合物與纖維素類添加劑組成。所述復(fù)合鈉基膨潤土泥漿進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述鈉基膨潤土、所述聚合物及所述添加劑的含量比為6：3：1。所述復(fù)合鈉基膨潤土泥漿進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述復(fù)合鈉基膨潤土泥漿的含水量為7％～10％，含砂率小于1％。所述復(fù)合鈉基膨潤土泥漿進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述復(fù)合鈉基膨潤土泥漿的膠體率大于96％，濾失量小于20ml。所述復(fù)合鈉基膨潤土泥漿進(jìn)一步的改進(jìn)在于，復(fù)合鈉基膨潤土泥漿的PF值為7～9。本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的施工方法，盾構(gòu)在海相地層中掘進(jìn)，將復(fù)合鈉基膨潤土泥漿送入開挖面，于開挖面形成泥膜，穩(wěn)定開挖面。所述應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的施工方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述復(fù)合鈉基膨潤土泥漿在形成所述泥膜時，產(chǎn)生泥漿壓力，并將部分泥漿壓力轉(zhuǎn)化成土體有效應(yīng)力作用在開挖面上。所述應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的施工方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述土體有效應(yīng)力自所述開挖面的頂部至底部逐漸增大。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果：運用對海水具有適應(yīng)性的復(fù)合鈉基膨潤土泥漿配置盾構(gòu)開挖面泥水材料，該泥水材料有抗海水瀝化的能力，用量與一般泥水材料相同；盾構(gòu)在海相地層中掘進(jìn)時，通過加入高粘度和高濃度的該泥水材料，使送入開挖面的泥漿比重在1.15g/cm3～1.25g/cm3，粘度在20s以上，從而在掌子面前方形成高質(zhì)量的泥膜，保持開挖面穩(wěn)定。附圖說明圖1為本發(fā)明應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的施工方法的開挖面穩(wěn)定原理示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖及具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的泥漿及施工方法的主要目的在于：提供一種在海相地層中適應(yīng)海水的泥水穩(wěn)定掌子面的施工技術(shù)，解決海相地層盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的問題。掌子面是坑道施工中的一個術(shù)語，即開挖坑道(采煤、采礦或隧道工程中)不斷向前推進(jìn)的工作面。掌子面是開挖坑道不斷向前推進(jìn)的工作面，它不是一個固定的面，開挖面有掌子面、邊墻面和拱頂面，確切地說掌子面是正對著盾構(gòu)的那個不斷向前移動的工作面。在本發(fā)明中重點研究正對盾構(gòu)的開挖面的穩(wěn)定問題，因此，在本發(fā)明中掌子面就是開挖面，亦即盾構(gòu)不斷向前推進(jìn)的工作面?，F(xiàn)有的盾構(gòu)法施工中，泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的方法是利用高性能泥水在掌子面形成高質(zhì)量泥膜。在海相地層中，海水會使一般泥水材料產(chǎn)生瀝化，使泥水性能大幅下降，從而影響泥膜質(zhì)量，對開挖面的穩(wěn)定帶來一定困難?，F(xiàn)有泥水配置技術(shù)所用水質(zhì)均為自來水，泥水材料對海水的適應(yīng)性差。目前泥水盾構(gòu)施工中，在海相地層中使用適應(yīng)海水的泥水穩(wěn)定掌子面的研究還是空白?，F(xiàn)有技術(shù)方案：河海大學(xué)朱偉教授對泥水盾構(gòu)施工中的泥水性能做了長期深入研究。他認(rèn)為泥膜的形成將部分泥漿壓力轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力作用在開挖面上，支護(hù)了開挖面土體，保證了開挖面的穩(wěn)定。泥漿性質(zhì)對泥膜質(zhì)量影響較大，級配及密度相同時，泥漿粘度高，物理穩(wěn)定性好，則泥膜容易形成，且形成泥膜薄、致密，濾水量小。一般泥水材料都是用自來水配置泥水材料的，不但成本高，而且對海水的適應(yīng)性差，任意出現(xiàn)瀝化現(xiàn)象，形成的泥膜質(zhì)量差，對盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定不利。因此，本發(fā)明提供了一種在海相地層中適應(yīng)海水的泥水穩(wěn)定掌子面的復(fù)合鈉基膨潤土泥漿，應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定。該復(fù)合鈉基膨潤土泥漿由復(fù)合鈉基膨潤土直接配制而成，而該復(fù)合鈉基膨潤土由兩部分混合而成，一部分是優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土，另一部分是起提粘、降濾失作用的聚合物及添加劑。其中，鈉基膨潤土、聚合物及添加劑的含量比一般為6：3：1(重量)。鈉基膨潤土的主要成分為鈉基蒙脫石(ENa+/ΣEC≥50％)。主要組分為：蒙脫石Na+0.33(Al1.67Mg0.33)Si4O10(OH)2·nH2。貝得石Na+0.33Al2(Si3.67Al0.33)O10(OH)2·nH2O。綠脫石Na+0.33Fe3+2(Si3.67Al0.33)O10(OH)2·nH2O。其中，蒙脫石是一種天然納米材料，結(jié)構(gòu)為類似三明治，上下層是硅氧四面體，中間是鋁氧八面體，層間距為0.8納米～1.0納米，層間帶負(fù)電荷，具有很強的離子交換性，主要是陽離子如Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Li+、H+、Al3+等，交換是可逆的。在pH為7的介質(zhì)中陽離子交換容量為70me/100g～140me/100g。具有很強的吸附能力和高度的膠體性、可塑性和粘結(jié)力，因此吸水性很強，加水膨脹，體積可增加幾倍到十幾倍。天然蒙脫石以其層間可交換陽離子的種類、含量劃分屬型，當(dāng)某一陽離子的含量超過陽離子交換容量(ΣEC)50％時，即以該陽離子命名，例如鈉基蒙脫石(ENa+/ΣEC≥50％)、鈣基蒙脫石(ECa2+/ΣEC≥50％)、鋁基蒙脫石(EAl3+/ΣEC≥50％)。當(dāng)層間沒有一個陽離子含量超過50％交換容量時，則以含量最多的兩個陽離子命名，如鈣鈉基蒙脫石、鈣鎂基蒙脫石等等。海水中Ca2+離子含量過高，會影響膨潤土的造漿性能，使膨潤土凝聚并沉降分離；當(dāng)Cl-離子含量過高，會影響粘土顆粒之間的粘結(jié)力，使泥水的粘度和切力降低，失水量增大，穩(wěn)定性下降。而本發(fā)明采用鈉基蒙脫石(ENa+/ΣEC≥50％)作為鈉基膨潤土的主要成分，可以很好地解決海水中Ca2+離子含量過高的問題，減小對響粘土顆粒之間的粘結(jié)力的不良影響；同時也能降低海水中Cl-離子的含量，提高泥水的粘度，物理穩(wěn)定性好，泥膜容易形成，且形成泥膜薄、致密，濾水量小。本發(fā)明復(fù)合鈉基膨潤土泥漿中的聚合物、添加劑主要由胺類聚合物與纖維素類添加劑組成，有助于控制泥漿的漏失，并提升泥漿的性能，形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的膠體溶液。提升泥漿粘度的聚合物，與膨潤土相互作用，形成良好的泥漿骨架。提供膨潤土泥漿較高的靜切力及膠凝強度。泥漿漏失控制添加劑，與膨潤土相互作用，在孔壁形成薄而致密的泥皮，降低泥漿濾失量。本發(fā)明復(fù)合鈉基膨潤土泥漿的主要性能指標(biāo)如下表表1所示：表1復(fù)合鈉基膨潤土泥漿的主要性能指標(biāo)含水量7～10％粒度99～100％可通過200目篩網(wǎng)含砂量<1％膠體率>96％濾失量<20mlpH值7～9以下為應(yīng)用本發(fā)明復(fù)合鈉基膨潤土泥漿的一種應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的施工方法，主要為：盾構(gòu)在海相地層中掘進(jìn)時，通過加入高粘度和高濃度的復(fù)合鈉基膨潤土泥漿配置的泥水材料，使送入開挖面的泥漿比重在g/cm3～1.25g/cm3，粘度在20s以上，從而在掌子面前方形成高質(zhì)量的泥膜，保持開挖面穩(wěn)定。配合圖1所示，盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定機理為：泥漿壓力等于泥漿滲透壓力和地下水壓之和。復(fù)合鈉基膨潤土泥漿在掌子面前方形成泥膜時，產(chǎn)生泥漿壓力，并將部分泥漿壓力轉(zhuǎn)化成土體有效應(yīng)力作用在開挖面上，與原土層中的土壓P土和地下水壓P水相抗衡，平衡開挖面的受力情況，從而穩(wěn)定開挖面。從圖中可以看出，由泥漿壓力部分轉(zhuǎn)化得到的土體有效應(yīng)力自開挖面的頂部至底部逐漸增大，與原土層中的土壓P土和地下水壓P水分布一致。本發(fā)明應(yīng)用于海相地層中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的泥漿及施工方法提供了一種適應(yīng)海水的高質(zhì)量復(fù)合鈉基膨潤土泥漿，海相地層中適應(yīng)海水的高質(zhì)量泥水有利于形成高質(zhì)量的泥膜，對開挖面穩(wěn)定有利，本發(fā)明運用對海水具有適應(yīng)性的復(fù)合鈉基膨潤土泥漿配置盾構(gòu)開挖面泥水材料，該泥水材料有抗海水瀝化的能力，用量與一般泥水材料相同；盾構(gòu)在海相地層中掘進(jìn)時，通過加入高粘度和高濃度的該泥水材料，使送入開挖面的泥漿比重在1.15g/cm3～1.25g/cm3，粘度在20s以上，從而在掌子面前方形成高質(zhì)量的泥膜，保持開挖面穩(wěn)定。彌補了隧道建設(shè)過程中，對海相地層中泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的研究空白；提出了采用海水適應(yīng)性強的泥水，提高開挖面的泥水的粘度，形成高質(zhì)量的泥膜來穩(wěn)定開挖面。以上結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3