大斷面矩形頂管用的減摩泥漿及制備方法和注漿施工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大斷面矩形頂管用的減摩泥漿及制備方法和注漿施工方法，該制備方法包括：提供PH值為5至9的工業(yè)用水，將所述工業(yè)用水加入到拌漿箱內(nèi)；開啟所述拌漿箱的剪切泵攪拌，形成水循環(huán)；提供高分子聚合物HS-1和鈉基膨潤土，先將所述高分子聚合物HS-1加入到拌漿箱內(nèi)，再將所述鈉基膨潤土加入到拌漿箱內(nèi)，其中所述高分子聚合物HS-1、所述鈉基膨潤土、以及所述工業(yè)用水的配合比為5∶16∶195；至少循環(huán)攪拌10分鐘，確保攪拌均勻無結(jié)塊，即形成了減摩泥漿。該減摩泥漿具有高粘度、低比重的特點(diǎn)，可以解決現(xiàn)有減摩泥漿無法適應(yīng)大斷面矩形頂管施工及無法適應(yīng)砂性土層施工的問題。
【專利說明】大斷面矩形頂管用的減摩泥漿及制備方法和注漿施工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道工程領(lǐng)域，尤指一種大斷面矩形頂管的減摩泥漿及制備方法和注漿施工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]矩形頂管機(jī)在隧道工程中應(yīng)用越來越多，相對于圓形頂管機(jī)可以有效利用空間，減小地下掘進(jìn)土方，用于人行、車輛等地下通道不需要再進(jìn)行地面鋪平工序，節(jié)省時(shí)間還能降低成本。在頂管頂進(jìn)施工中，為減少土體與管節(jié)間的摩阻力，通過管節(jié)內(nèi)部的注漿孔向管節(jié)外注入一種泥漿材料，該泥漿材料稱為“減摩泥漿”。通過減摩泥漿的充分、均勻注漿，使得管節(jié)外圍與土體之間形成一圈泥漿層，從而使得管節(jié)在泥漿套中頂進(jìn)，一方面降低了后頂力，另一方面也起到支護(hù)土體，降低地層損失，控制地面沉降的作用。
[0003]現(xiàn)有的減摩泥漿材料一般為水和膨潤土，形成膨潤土泥漿，該膨潤土泥漿具有觸變性，有助于頂管在地層間運(yùn)動時(shí)成為減摩劑，以粘性液體減小摩阻力，靜止時(shí)，會成為凝膠體支撐地層。但是在大斷面(4.2m*6.9及以上)矩形頂管施工時(shí)，由于斷面增大相應(yīng)摩阻力也增大，導(dǎo)致主頂頂力也增大，膨潤土泥漿無法適應(yīng)大斷面矩形頂管施工，如遇砂性土層施工時(shí)，膨潤土泥漿容易滲入到砂性土層中，不能確保管節(jié)外圍的泥漿套完整，影響施工。另外，現(xiàn)有的頂管注漿是通過人工完成的，效率低且人工操作因素會大大降低減摩效果，且在大斷面施工中人員爬高手動壓注具有一定的危險(xiǎn)性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種大斷面矩形頂管用的減摩泥漿及制備方法和注漿施工方法，解決現(xiàn)有減摩泥漿無法適應(yīng)大斷面矩形頂管施工和無法適應(yīng)砂性土層施工、現(xiàn)有人工注漿效率低、效果差、還具有危險(xiǎn)等問題。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明一種大斷面矩形頂管用的減摩泥漿，包括高分子聚合物HS-1、鈉基膨潤土、和水以5: 16: 195的配合比混合而成。
[0007]本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述高分子聚合物HS-1包括大、中分子量的聚丙烯酸鹽、纖維素鹽、抗鹽抗鈣劑、以及改性土 ；所述鈉基膨潤土的膨脹率為18mL/g至26mL/g,200目篩余量小于95% ;所述減摩泥衆(zhòng)的比重為1.08g/cm3,粘度大于60s,濾失量小于12ml。
[0008]本發(fā)明的減摩泥漿具有高粘度、低比重的特性，能夠在大斷面頂管施工中使用，形成良好的泥漿套，降低頂管及管節(jié)與土體摩擦阻力。該減摩泥漿還具有較低的濾失率，適用于砂性土地層工況，在砂性土地層中不易滲透，確保形成的泥漿套完整，降低泥漿補(bǔ)充量與反復(fù)注漿對地層的擾動，該減摩泥漿在砂性土地層中的濾失率僅為3.8%。
[0009]本發(fā)明一種大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法，包括:
[0010]提供PH值為5至9的工業(yè)用水，將所述工業(yè)用水加入到拌漿箱內(nèi)；
[0011]開啟所述拌漿箱的剪切泵攪拌，形成水循環(huán)；
[0012]提供高分子聚合物HS-1和鈉基膨潤土，先將所述高分子聚合物HS-1加入到拌漿箱內(nèi)，再將所述鈉基膨潤土加入到拌漿箱內(nèi)，其中所述高分子聚合物HS-1、所述鈉基膨潤土、以及所述工業(yè)用水的配合比為5: 16: 195;以及
[0013]至少循環(huán)攪拌10分鐘，確保攪拌均勻無結(jié)塊，即形成了減摩泥漿。
[0014]采用高分子聚合物HS-1、膨潤土和水以一定比例混合形成減摩泥漿，該減摩泥漿具有高粘度、低比重的特點(diǎn)，能夠在大斷面矩形頂管施工中形成泥漿套，從而降低頂管及管節(jié)與土體間的摩擦阻力。該減摩泥漿還具有較低的壓力濾失率，在砂性土層的工況環(huán)境下不易滲透入土體，保證了泥漿套的完整，降低了泥漿補(bǔ)充量與反復(fù)泥漿對地層的擾動，其砂性土層的濾失率僅為3.8%。采用本發(fā)明減摩泥漿的制備方法形成的減摩泥漿，可以解決現(xiàn)有減摩泥漿無法適應(yīng)大斷面矩形頂管施工及無法適應(yīng)砂性土層施工的問題。
[0015]本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述高分子聚合物HS-1包括大、中分子量的聚丙烯酸鹽、纖維素鹽、抗鹽抗鈣劑、以及改性土。
[0016]本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述鈉基膨潤土的膨脹率為18至26mL/g，200目篩余量小于95%。
[0017]本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述減摩泥漿的比重為1.08g/ cm3，粘度大于60s，濾失量小于12ml。
[0018]本發(fā)明一種如前述的制備方法制得的減摩泥漿的注漿施工方法，包括:
[0019]提供儲漿槽，將所述減摩泥漿輸送至所述儲漿槽內(nèi)；
[0020]將矩形頂管的管節(jié)劃分為至少一個(gè)區(qū)段；
[0021]于所述管節(jié)的區(qū)段上設(shè)置多個(gè)貫通的注漿孔，以所述管節(jié)的縱向中垂線的兩側(cè)劃分為第一注漿區(qū)域和第二注漿區(qū)域，所述第一注漿區(qū)域內(nèi)的注漿孔通過第一注漿管連通所述儲漿槽，所述第二注漿區(qū)域內(nèi)的注漿孔通過第二注漿管連通所述儲漿槽；
[0022]于每一所述注漿孔處設(shè)置控制所述注漿孔開合的電控球閥；
[0023]于所述管節(jié)的區(qū)段上設(shè)置泥漿壓力傳感器，將檢測到的壓力數(shù)據(jù)傳送至設(shè)于所述管節(jié)的區(qū)段上的控制系統(tǒng)；
[0024]所述控制系統(tǒng)包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器連接所述第一注漿區(qū)域內(nèi)的注漿孔處的電控球閥，并控制所述電控球閥依序循環(huán)開合，所述第二控制器連接所述第二注漿區(qū)域內(nèi)的注漿孔處的電控球閥，并控制所述電控球閥依序循環(huán)開合；
[0025]當(dāng)所述控制系統(tǒng)接收到的壓力數(shù)據(jù)超過壓力閾值時(shí)，控制切換下一個(gè)注漿孔開啟;
[0026]于所述第一注漿管和所述第二注漿管連通所述儲漿槽處分別設(shè)置第一泥漿泵和第二泥漿泵，通過所述第一控制器和所述第二控制器分別控制所述第一泥漿泵和所述第二泥漿泵運(yùn)行，將所述減摩泥漿通過第一注漿管和第二注漿管泵送至所述注漿孔，進(jìn)而通過所述注漿孔均勻分布在所述管節(jié)的外圍。
[0027]采用控制系統(tǒng)自動控制注漿孔依序循環(huán)開合，實(shí)現(xiàn)減摩泥漿的自動注入，左右兩側(cè)區(qū)域分離壓注，各注漿孔減摩泥漿壓注充分，提高減摩效果，還可以實(shí)時(shí)掌控減摩泥漿的壓力，確保施工安全。通過控制系統(tǒng)自動注漿，省去人工手動壓注的不確定因素，提高壓注效率及質(zhì)量。
[0028]本發(fā)明減摩泥漿的注漿施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，靠近矩形頂管前端的控制系統(tǒng)與頂管機(jī)的中央控制器連接，所述控制系統(tǒng)接收所述中央控制器發(fā)送的推進(jìn)速度，并調(diào)整注漿速度以匹配所述推進(jìn)速度。
[0029]本發(fā)明減摩泥漿的注漿施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述控制系統(tǒng)將所述泥漿壓力傳感器檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述中央控制器，所述中央控制器對該數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測減摩泥漿分布狀態(tài)。
[0030]本發(fā)明減摩泥漿的注漿施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，當(dāng)注漿孔處壓注的減摩泥漿達(dá)到預(yù)設(shè)的壓注量時(shí)，與所述注漿孔對應(yīng)的所述第一控制器或所述第二控制器控制下一個(gè)注漿孔的電控球閥打開，再關(guān)閉當(dāng)前注漿孔的電控球閥。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法的流程圖；
[0032]圖2為本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的注漿施工方法的流程圖；
[0033]圖3為本發(fā)明大斷面矩形頂管管節(jié)開設(shè)注漿孔的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0035]參閱圖1，顯示了本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法的流程圖。參閱圖2，顯示了本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的注漿施工方法的流程圖。本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法及注漿施工方法，采用高分子聚合物HS-1、膨潤土和水以一定比例混合形成減摩泥漿，具備高粘度、低比重的特性，該減摩泥漿的性能指標(biāo)較以往的泥漿材料高，能夠在大斷面頂管施工中形成泥漿套，降低頂管及管節(jié)與土體摩擦阻力。該減摩泥漿在砂性土層工況環(huán)境中，不易滲透入土層中，保證了泥漿的完整。減摩泥漿的注漿施工方法通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動注漿操作，可以實(shí)時(shí)掌握壓注壓力，左右兩側(cè)分離注漿，各個(gè)注漿孔的壓注充分，可以提高建模效果，且更具有安全性。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法及施工方法進(jìn)行說明。
[0036]本發(fā)明一種大斷面矩形頂管用的減摩泥漿，包括高分子聚合物HS-1、鈉基膨潤土、和水，以5: 16: 195的配合比混合而成；其中，該高分子聚合物HS-1包括大分子量、中分子量的聚丙烯酸鹽、纖維素鹽、抗鹽抗鈣劑、以及改性土，該高分子聚合物HS-1中還可以包括大分子量、中分子量的增效添加劑。高分子聚合物HS-1用于配置初始的基礎(chǔ)漿液，大、中分子量的聚合物材料與有益顆粒(切削下的活性土或膨潤土)之間，顆粒與顆粒之間相互吸附，形成布滿整個(gè)泥水空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)框架，將自由水和土顆粒包圍其結(jié)構(gòu)中，以提高泥漿的粘度切力，降低濾失量，完成造漿護(hù)壁的初始漿液。該鈉基膨潤土的性能指標(biāo)為:200目篩余量小于95%，膨脹率18至26mL/g。水選用PH值為5至9且無雜質(zhì)的工業(yè)用水。將高分子聚合物HS-1、鈉基膨潤土、和水以5: 16: 195的配合比加入到拌漿箱中進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使其混合均勻無結(jié)塊，形成減摩泥漿，該減摩泥漿性能指標(biāo)為:比重1.08g/cm3,粘度大于60s,濾失量小于12ml。
[0037]本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的有益效果為:
[0038]本發(fā)明的減摩泥漿具有高粘度、低比重的特性，能夠在大斷面頂管施工中使用，形成良好的泥漿套，降低頂管及管節(jié)與土體摩擦阻力。該減摩泥漿還具有較低的濾失率，適用于砂性土地層工況，在砂性土地層中不易滲透，確保形成的泥漿套完整，降低泥漿補(bǔ)充量與反復(fù)注漿對地層的擾動，該減摩泥漿在砂性土地層中的濾失率僅為3.8%。
[0039]參閱圖1，顯示了本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法的流程圖。下面結(jié)合圖1對本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法進(jìn)行說明。
[0040]如圖1所示，本發(fā)明大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法包括:
[0041]執(zhí)行步驟SI I，將水加入到拌漿箱內(nèi)。提供PH值為5至9且無雜質(zhì)的工業(yè)用水，將水加入到拌漿箱內(nèi)，該拌漿箱采用立式型號JQB6545剪切泵進(jìn)行攪拌。接著執(zhí)行步驟S12。
[0042]執(zhí)行步驟S12，開啟剪切泵，形成水循環(huán)。啟動剪切泵進(jìn)行攪拌，由于該拌漿箱內(nèi)僅裝有工業(yè)用水，故形成了水循環(huán)。接著執(zhí)行步驟S13。
[0043]執(zhí)行步驟S13，將高分子聚合物和鈉基膨潤土加入到拌漿箱內(nèi)攪拌。提供高分子聚合物HS-1和鈉基膨潤土，該高分子聚合物HS-1包括聚丙烯酸鹽類、纖維素鹽類、抗鹽抗鈣劑、以及改性土，較佳地，該高分子聚合物HS-1選用大分子量和中分子量的聚丙烯酸鹽類、纖維素鹽類、抗鹽抗鈣劑、以及改性土。該高分子聚合物HS-1中還可以加入增效添加劑。高分子聚合物HS-1用于配置初始的基礎(chǔ)漿液，大、中分子量的聚合物材料與有益顆粒(切削下的活性土或膨潤土)之間，顆粒與顆粒之間相互吸附，形成布滿整個(gè)泥水空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)框架，將自由水和土顆粒包圍其結(jié)構(gòu)中，以提高泥漿的粘度切力，降低濾失量，完成造漿護(hù)壁的初始漿液。該鈉基膨潤土的性能指標(biāo)為:200目篩余量小于95%，膨脹率18至26mL/g。在加入高分子聚合物HS-1和鈉基膨潤土?xí)r，應(yīng)先將高分子聚合圖HS-1加入到拌漿箱內(nèi)，再將鈉基膨潤土加入到拌漿箱內(nèi)，其中高分子聚合物HS-1、鈉基膨潤土和工業(yè)用水的配合比為5: 16: 195，參見表1，顯示了減摩泥漿內(nèi)各個(gè)材料的配合比。接著執(zhí)行步驟S14。
[0044]

【權(quán)利要求】
1.一種大斷面矩形頂管用的減摩泥漿，其特征在于，包括高分子聚合物、鈉基膨潤土和水，以5: 16: 195的配合比混合而成。
2.如權(quán)利要求1所述的大斷面矩形頂管用的減摩泥漿，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鹽、纖維素鹽、抗鹽抗鈣劑、以及改性土；所述鈉基膨潤土的膨脹率為18mL/g至26mL/g, 200目篩余量小于95% ;所述減摩泥衆(zhòng)的比重為1.08g/cm3,粘度大于60s,濾失量小于12ml。
3.一種大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法，其特征在于，包括: 提供PH值為5至9的工業(yè)用水，將所述工業(yè)用水加入到拌漿箱內(nèi)； 開啟所述拌漿箱的剪切泵攪拌，形成水循環(huán)； 提供高分子聚合物和鈉基膨潤土，先將所述高分子聚合物加入到拌漿箱內(nèi)，再將所述鈉基膨潤土加入到拌漿箱內(nèi)，其中所述高分子聚合物、所述鈉基膨潤土、以及所述工業(yè)用水的配合比為5: 16: 195;以及 至少循環(huán)攪拌10分鐘，確保攪拌均勻無結(jié)塊，即形成了減摩泥漿。
4.如權(quán)利要求 3所述的大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法，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鹽、纖維素鹽、抗鹽抗鈣劑、以及改性土。
5.如權(quán)利要求3所述的大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法，其特征在于，所述鈉基膨潤土的膨脹率為18mL/g至26mL/g，200目篩余量小于95%。
6.如權(quán)利要求3所述的大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的制備方法，其特征在于，所述減摩泥漿的比重為1.08g/cm3，粘度大于60s，濾失量小于12ml。
7.—種如權(quán)利要求1所述的大斷面矩形頂管用的減摩泥漿的注漿施工方法，其特征在于，包括: 提供儲漿槽，將所述減摩泥漿輸送至所述儲漿槽內(nèi)； 將矩形頂管的管節(jié)劃分為至少一個(gè)區(qū)段； 于所述管節(jié)的區(qū)段上設(shè)置多個(gè)貫通的注漿孔，以所述管節(jié)的縱向中垂線的兩側(cè)劃分為第一注漿區(qū)域和第二注漿區(qū)域，所述第一注漿區(qū)域內(nèi)的注漿孔通過第一注漿管連通所述儲漿槽，所述第二注漿區(qū)域內(nèi)的注漿孔通過第二注漿管連通所述儲漿槽； 于每一所述注漿孔處設(shè)置控制所述注漿孔開合的電控球閥； 于所述管節(jié)的區(qū)段上設(shè)置泥漿壓力傳感器，將檢測到的壓力數(shù)據(jù)傳送至設(shè)于所述管節(jié)的區(qū)段上的控制系統(tǒng)； 所述控制系統(tǒng)包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器連接所述第一注漿區(qū)域內(nèi)的注漿孔處的電控球閥，并控制所述電控球閥依序循環(huán)開合，所述第二控制器連接所述第二注漿區(qū)域內(nèi)的注漿孔處的電控球閥，并控制所述電控球閥依序循環(huán)開合； 當(dāng)所述控制系統(tǒng)接收到的壓力數(shù)據(jù)超過壓力閾值時(shí)，控制切換下一個(gè)注漿孔開啟；以及 于所述第一注漿管和所述第二注漿管連通所述儲漿槽處分別設(shè)置第一泥漿泵和第二泥漿泵，通過所述第一控制器和所述第二控制器分別控制所述第一泥漿泵和所述第二泥漿泵運(yùn)行，將所述減摩泥漿通過第一注漿管和第二注漿管泵送至所述注漿孔，進(jìn)而通過所述注漿孔均勻分布在所述管節(jié)的外圍。
8.如權(quán)利要求7所述的減摩泥漿的注漿施工方法，其特征在于，靠近矩形頂管前端的控制系統(tǒng)與頂管機(jī)的中央控制器連接，所述控制系統(tǒng)接收所述中央控制器發(fā)送的推進(jìn)速度，并調(diào)整注漿速度以匹配所述推進(jìn)速度。
9.如權(quán)利要求8所述的減摩泥漿的注漿施工方法，其特征在于，所述控制系統(tǒng)將所述泥漿壓力傳感器檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述中央控制器，所述中央控制器對該數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測減摩泥漿分布狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求7所述的減摩泥漿的注漿施工方法，其特征在于，當(dāng)注漿孔處壓注的減摩泥漿達(dá)到預(yù)設(shè)的壓注量時(shí)，與所述注漿孔對應(yīng)的所述第一控制器或所述第二控制器控制下一注漿孔的電控球閥 打開，再關(guān)閉當(dāng)前注漿孔的電控球閥。
【文檔編號】C04B14/12GK104176976SQ201410382511
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】黃德中, 黃 俊, 王延年, 徐連剛, 舒鋼強(qiáng), 蔡雯俊, 方濤, 李剛, 楊滿滿, 蔣威, 顧眩曜, 石宇 申請人:上海隧道工程有限公司, 上海隧道盾構(gòu)工程有限公司