本發(fā)明屬于盾構(gòu)施工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土及其泥膜的制作方法。

背景技術(shù)：

隨著地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，盾構(gòu)隧道施工以其快速、安全、高效等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。然而，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在上軟下硬、砂卵層、軟弱地層等復(fù)雜地質(zhì)情況同時不具備地層加固條件，需進(jìn)行刀具檢查和更換，也成為盾構(gòu)掘進(jìn)的重大安全風(fēng)險源之一。目前國內(nèi)主要運(yùn)用膨潤土泥膜護(hù)壁帶壓開倉技術(shù)進(jìn)行換刀作業(yè)。

傳統(tǒng)的膨潤土泥膜護(hù)壁工法具有地層適應(yīng)性差、不易穩(wěn)壓、后期不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，掌子面不易形成完整泥膜，需反復(fù)建膜，拉長施工工期，增大項(xiàng)目投入；泥膜護(hù)壁不穩(wěn)定性，對土倉內(nèi)壓力變化比較敏感，容易泄壓，存在嚴(yán)重的安全隱患，甚至引發(fā)地面坍塌等安全事故；同時在一些特殊地質(zhì)條件，例如地面為江河湖泊且地層松散，泥漿容易上冒造成水體污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服以上不足，提供一種用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土并公開了利用該高性能膨潤土制備泥膜護(hù)壁的工藝，隔水性好，裹挾性好，與不同介質(zhì)的附著力強(qiáng)，不同壓力作用下的滲透性能強(qiáng)，并提供了高性能膨潤土泥膜的制備工藝，制備的高性能膨潤土泥膜具有良好的密閉性和附著性，比普通膨潤土穩(wěn)壓效果更好，更能保證地面安全。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土，所述高性能膨潤土由a液膨潤土漿體與b液塑化劑反應(yīng)制備得到，膨潤土漿體與塑化劑的質(zhì)量比為14：1～16：1，所述膨潤土漿體為鈉基膨潤土與水按照質(zhì)量比1:1.5-1:2.5混合而得。

上述a液膨潤土漿體與b液塑化劑的質(zhì)量比優(yōu)選為15：1，所述膨潤土漿體中鈉基膨潤土與水的質(zhì)量比優(yōu)選為1：2。本發(fā)明所述塑化劑可以選用鄰苯二甲酸酯，所述鈉基膨潤土優(yōu)選改性鈉基膨潤土，可以選用佛山市泰迪斯材料有限公司的a液膨潤土。

上述a液膨潤土漿體的塑化黏度需達(dá)到600dpa.s以上

上述高性能膨潤土是將改性鈉基膨潤土與水在單獨(dú)的漿罐內(nèi)循環(huán)攪拌得到a液膨潤土漿體，優(yōu)選攪拌10～20min；通過剪切泵將a液抽到盾構(gòu)機(jī)同步儲漿罐內(nèi)，再向同步儲漿罐內(nèi)加入b液塑化劑，在同步儲漿罐內(nèi)將a液與b液混合均勻并攪拌制得的。

上述用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土泥膜護(hù)壁的制備工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟：

(1)盾尾止水環(huán)：對脫出盾尾第5～7環(huán)進(jìn)行雙液注漿制備盾尾止水環(huán)，堵住盾尾空隙，控制管片后部來水；所述雙液為水泥與水玻璃，質(zhì)量比可以為1：0.8～1，其中水泥的水灰比可以為1：1；

(2)高性能膨潤土混合：利用盾構(gòu)機(jī)上同步儲漿罐對a液和b液進(jìn)行混合；

(3)盾構(gòu)機(jī)機(jī)體包裹：利用盾構(gòu)機(jī)機(jī)體上的預(yù)留孔，用同步注漿管在盾尾及脫出盾構(gòu)機(jī)1～3環(huán)管片外側(cè)，注高性能膨潤土進(jìn)行填充并包裹整個盾構(gòu)機(jī)，即盾構(gòu)機(jī)的前盾、中盾以及尾盾；

(4)漿渣置換:向盾構(gòu)機(jī)的土倉中注入高性能膨潤土，將土倉中的泥土置換出來；注入點(diǎn)位選用土倉隔板9～3點(diǎn)位(即9點(diǎn)鐘位置～3點(diǎn)鐘位置)之間的多個預(yù)留孔，從盾構(gòu)機(jī)頂部壓注；土倉中的泥土利用螺旋機(jī)進(jìn)行排出；

(5)分級加壓：通過少量多次的注入高性能膨潤土進(jìn)行加壓，分四級加壓，每級0.2bar，前面兩級動態(tài)穩(wěn)壓2小時，最后一級要求穩(wěn)壓12小時，保證工作人員在土倉內(nèi)安全工作；

(6)漿氣置換:利用盾構(gòu)機(jī)的壓縮空氣管路向土倉內(nèi)輸入空氣對土倉進(jìn)行加壓，利用螺旋機(jī)從土倉中部抽排高性能膨潤土。

(7)保壓：漿氣置換完成后，在保壓系統(tǒng)開啟的情況下，能夠保壓6小時以上，則高性能膨潤土泥膜完成。

上述高性能膨潤土混合步驟中a液在儲漿罐的存放量不能超過罐內(nèi)臥式攪拌葉片的2/3高度。

上述的漿渣置換步驟中需確定土倉內(nèi)壓力穩(wěn)定，壓力波動控制在±0.5bar內(nèi)；一般土倉內(nèi)壓力穩(wěn)定在2.0～2.4bar。

上述的級加壓步驟中，第二級與第三級之間的時候，利用注入高性能膨潤土的壓力讓盾構(gòu)機(jī)后退，留出空隙防止盾構(gòu)機(jī)前端糊死；第三級加壓之前，轉(zhuǎn)動刀盤，轉(zhuǎn)速小于0.5rpm。

上述的漿氣置換步驟中，輸入空氣的體積與排出高性能膨潤土的體積一致，保持土倉內(nèi)壓力穩(wěn)定。

本發(fā)明所述盾構(gòu)機(jī)為常規(guī)圓形土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，所述管片每環(huán)長度為1.5米。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明所述的高性能膨潤土通過特定的塑化劑與鈉基膨潤土的配比，結(jié)合了鈉基膨潤土更高的吸水率，更強(qiáng)的粘結(jié)性和更好的膠體性能的同時，塑化劑顯著改善膨潤土漿體流塑性，增加吸附力與粘性，同時保持了漿體的密封性能，適用于盾構(gòu)帶壓開倉作業(yè)的泥膜護(hù)壁和倉內(nèi)保壓。該高性能膨潤土具有隔水性、裹挾性好、與不同介質(zhì)的附著力強(qiáng)、不同壓力作用下的滲透性能強(qiáng)的特性。相較于普通膨潤土，隔水效果更好，附著能力更強(qiáng)，且不易擴(kuò)散，穩(wěn)定性能好，明顯增強(qiáng)了地層適應(yīng)性。

(2)本發(fā)明制作的高性能膨潤土泥膜具有良好的密閉性和附著性，比普通膨潤土泥膜穩(wěn)壓效果更好，更能保證地面安全。

(3)高性能膨潤土原材料來源廣泛，制作成本較低，施工操作簡便，尤其適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下需高頻帶壓開倉換刀地段，能縮短換刀工期，提高經(jīng)濟(jì)效益。

(4)本發(fā)明所述高性能膨潤土可用于：帶壓開倉作業(yè)的泥膜護(hù)壁和倉內(nèi)保壓；掘進(jìn)中將礫卵石裹攜排出，防止滯排；掘進(jìn)中地層水量較大時可控制噴涌；在復(fù)雜地層中掘進(jìn)時，可調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，控制地面沉降；在始發(fā)和到達(dá)時，穩(wěn)定端頭土體和止水。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土泥膜的制備工藝示意圖。

圖2為實(shí)施例1所制備的高性能膨潤土隔水性測試圖。

圖3為實(shí)施例1所制備的高性能膨潤土裹挾性測試圖。

圖4為實(shí)施例1所制備的高性能膨潤土的附著力測試圖。

圖中：1-高性能膨潤土，2-止水環(huán)，3-螺旋機(jī)，4-土倉，5-注漿管，6-預(yù)留孔，7-管片。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。

實(shí)施例1

一種高性能膨潤土，由a液膨潤土漿體與b液塑化劑(鄰苯二甲酸酯，優(yōu)品級)反應(yīng)制備得到，膨潤土漿體與塑化劑的質(zhì)量比為15:1，所述膨潤土漿體為鈉基膨潤土與水按照質(zhì)量比1:2混合而得。該高性能膨潤土是將改性鈉基膨潤土(購自于佛山市泰迪斯材料有限公司，產(chǎn)品名a液膨潤土)與水在單獨(dú)的漿罐內(nèi)循環(huán)攪拌15min得到a液膨潤土漿體，漿體塑化黏度達(dá)到600dpa.s以上，通過剪切泵將a液抽到盾構(gòu)機(jī)同步儲漿罐內(nèi)，再向同步儲漿罐內(nèi)加入b液塑化劑，在同步儲漿罐內(nèi)將a液與b液混合均勻并攪拌制得的。

對上述制備的高性能膨潤土性能進(jìn)行驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)見圖2-圖4。從圖2中可以看出，將高性能膨潤土制備的盆狀塊放入盛有水的桶中，桶中的水未滲入高性能膨潤土制備的盆狀塊內(nèi)，可見其隔水性能良好。從圖3中可以看出，石塊均由高性能膨潤土裹挾黏在橫桿上，證明其裹挾性良好。從圖4中可以看到，采用不同的塑料盆和陶盆，高性能膨潤土均能附著于其上，證明該高性能膨潤土與不同介質(zhì)的附著力強(qiáng)。

利用上述高性能膨潤土制備高性能膨潤土泥膜的制備工藝，包括以下步驟：

(1)盾尾止水環(huán)：對脫出盾尾第5～7環(huán)進(jìn)行雙液注漿制備盾尾止水環(huán)2，堵住盾尾空隙，控制管片7后部來水；所述雙液為水泥與水玻璃，質(zhì)量比可以為1：0.8～1，其中水泥的水灰比可以為1：1；

(2)高性能膨潤土混合：利用盾構(gòu)機(jī)上同步儲漿罐對a液膨潤土漿體和b液塑化劑進(jìn)行混合制得高性能膨潤土，其中，a液在儲漿罐的存放量不能超過罐內(nèi)臥式攪拌葉片的2/3高度；

(3)盾構(gòu)機(jī)機(jī)體包裹：利用盾構(gòu)機(jī)機(jī)體上的預(yù)留孔6，用同步注漿管5在盾尾及脫出盾構(gòu)機(jī)1～3環(huán)管片7外側(cè)，注高性能膨潤土1進(jìn)行填充并包裹整個盾構(gòu)機(jī)，即盾構(gòu)機(jī)的前盾、中盾以及尾盾；

(4)漿渣置換:向盾構(gòu)機(jī)的土倉4中注入高性能膨潤土1，將土倉中的泥土置換出來；注入點(diǎn)位選用土倉隔板9～3點(diǎn)位(即9點(diǎn)鐘位置～3點(diǎn)鐘位置)之間的多個預(yù)留孔，從盾構(gòu)機(jī)頂部壓注；土倉4中的泥土利用螺旋機(jī)3進(jìn)行排出；該步驟中需確定土倉內(nèi)壓力穩(wěn)定，控制壓力避免壓力波動過大，壓力波動控制在±0.5bar內(nèi)；一般土倉內(nèi)壓力穩(wěn)定在2.0～2.4bar；

(5)分級加壓：通過少量多次的注入高性能膨潤土1進(jìn)行加壓，分四級加壓，每級0.2bar，前面兩級動態(tài)穩(wěn)壓2小時，最后一級要求穩(wěn)壓12小時；第二級與第三級之間的時候，利用注入高性能膨潤土的壓力讓盾構(gòu)機(jī)后退，留出空隙防止盾構(gòu)機(jī)前端糊死；第三級加壓之前，轉(zhuǎn)動刀盤，轉(zhuǎn)速小于0.5rpm；

(6)漿氣置換:利用壓縮空氣管路向土倉4內(nèi)輸入空氣對土倉進(jìn)行加壓，同時利用螺旋機(jī)3從土倉中部抽排高性能膨潤土1。輸入空氣的體積與排出高性能膨潤土的體積一致，保持土倉內(nèi)壓力穩(wěn)定。

(7)保壓：漿氣置換完成后，在保壓系統(tǒng)開啟的情況下，能夠保壓6小時以上，則高性能膨潤土泥膜完成。

對比例1

采用普通鈣基膨潤土，按照實(shí)施例1所述方法制備泥膜，由于吸水率低、粘性差，反復(fù)重建泥膜均未能成功建立起泥膜護(hù)壁，過程中由于土壓變化過快，導(dǎo)致空氣擊穿湖底，膨潤土漿液隨著地層間隙上冒至湖底，污染了人工湖水質(zhì)。

對比例2

采用實(shí)施例1所述原料，其中，所述膨潤土漿體為鈉基膨潤土與水按照質(zhì)量比1:3混合而得，其余制備方法同實(shí)施例1。制備的膨潤土粘性不夠，隔水性差，需反復(fù)重建泥膜，且建成的泥膜不穩(wěn)定，對土倉內(nèi)壓力變化敏感，容易泄壓。

對比例3

采用實(shí)施例1所述原料，其中，所述膨潤土漿體與塑化劑的質(zhì)量比為18:1，其余制備方法同實(shí)施例1。制備的膨潤土流動性太高，裹挾性差，需反復(fù)重建泥膜，且建成的泥膜不穩(wěn)定，泥膜易坍塌。

實(shí)施例2

施工實(shí)例：長沙市地鐵3號線2標(biāo)洋湖新城站～洋湖濕地站區(qū)間盾構(gòu)復(fù)雜地質(zhì)條件下高頻帶壓開倉換刀施工

一、工程概況

1.1工程概述

長沙地鐵3號線洋湖新城站～洋湖濕地站區(qū)間為地下工程，采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工。盾構(gòu)由洋湖新城站南端頭始發(fā)，到達(dá)洋湖濕地站掘進(jìn)任務(wù)完成，盾構(gòu)拆機(jī)吊裝。起止里程左線：zdk7+809.070～zdk9+299.522，長1481.696m(短鏈8.576m)，右線：ydk7+809.070～ydk9+299.522，長1490.452m，設(shè)2座聯(lián)絡(luò)通道，2號聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。

1.2區(qū)間帶壓開倉情況介紹

參照全國地鐵及我單位在類似地層分布情況下盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，我部預(yù)計(jì)洋～洋區(qū)間盾構(gòu)施工需進(jìn)行開倉換刀12次，實(shí)際開倉換刀累計(jì)達(dá)19次。其中帶壓開倉高達(dá)9次，累計(jì)更換刀具107把。由于沿線地面環(huán)境復(fù)雜，且存在灰?guī)r發(fā)育情況，帶壓開倉換刀地點(diǎn)多位于高風(fēng)險區(qū)域，如旁穿中天棲溪里小區(qū)高樓、下穿洋湖濕地公園人工湖、下穿湘府路引橋等區(qū)域，若采用傳統(tǒng)膨潤土建立泥膜帶壓開倉換刀工藝，施工風(fēng)險極大，容易誘發(fā)安全事故。本文以右線第584環(huán)，換刀地點(diǎn)位于洋湖公園人工湖湖底作為典型實(shí)例進(jìn)行介紹。

1.3周邊建構(gòu)筑物

本次帶壓換刀所處地面位置為洋湖濕地公園人工湖，湖面面積大約295*275米，水深約2.5米，隧道拱頂距離湖底埋深14米。由于地表為湖水，地面無法進(jìn)行加固處理，同時采用普通膨潤土無法建立穩(wěn)定泥膜護(hù)壁，帶壓開倉換刀施工風(fēng)險高，施工難度很大。

1.4工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

開倉換刀位置地層從上到下依次為淤泥層<1-4-2>、粉質(zhì)粘土層<2-1>、礫砂<2-7>、圓礫<2-8>。掌子面范圍內(nèi)地層為<2-8>地層。主要地層特性如下：

淤泥層<1-4-2>

呈流塑～可塑狀，場地內(nèi)零星分布。層厚較薄，淤泥質(zhì)土具含水量高，孔隙比大，壓縮性高，抗剪強(qiáng)度低的特點(diǎn)，易發(fā)生壓縮變形導(dǎo)致地面沉降。

粉質(zhì)粘土層<2-1>

一般呈可塑～硬塑狀，場地內(nèi)廣泛分布；上更新統(tǒng)沖積粉土<2-2>，稍濕，稍密狀，場地內(nèi)零星分布。自穩(wěn)性較好，土的力學(xué)性質(zhì)較好。

礫砂<2-7>

分布廣泛，厚度較大，其富水性好，透水性中等～強(qiáng)。

圓礫<2-8>

分布廣泛，厚度較大，其富水性好，透水性中等～強(qiáng)。

地下水位

地下水按賦存方式分為第四系松散層孔隙水、層狀基巖裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。

1、第四系松散層孔隙水

第四系含水層主要包括稍壓實(shí)～壓實(shí)的人工填土層、沖積砂礫層：

①人工填土層<1-2>主要為上層滯水，其富水性差，透水性差異較大，砂、碎石等粗顆粒含量較大的人工填土層的透水性可達(dá)中等，主要由黏性土組成的素填土的透水性則較弱；

②沖積中、粗、礫砂、圓礫及卵石層分布廣泛，厚度較大，其富水性好，透水性中等～強(qiáng)。

此外，沖積土層、殘積土層及巖石全風(fēng)化帶透水性較差，為微～弱透水土層，但當(dāng)殘積土、全、強(qiáng)風(fēng)化巖含粗顆粒較多或裂隙發(fā)育時，其透水性明顯增強(qiáng)。

2、層狀基巖裂隙水

層狀基巖裂隙水主要賦存于泥盆系灰?guī)r、砂巖的強(qiáng)風(fēng)化帶和中風(fēng)化帶，其賦存條件與巖石風(fēng)化程度、裂隙發(fā)育程度等有關(guān)。

從本次勘察資料分析，基巖強(qiáng)風(fēng)化帶巖芯較破碎，巖芯呈碎塊狀；基巖中風(fēng)化帶巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖芯呈短柱狀、塊狀、長柱狀，地下水賦存條件相對較差，透水性一般較弱，富水性差，但是當(dāng)巖石風(fēng)化帶含碎石較多且裂隙發(fā)育時，其透水性可達(dá)中等。由于部分強(qiáng)～中風(fēng)化基巖上覆全風(fēng)化巖和殘積土等為相對隔水層，這部分基巖風(fēng)化裂隙水具承壓水特征。

本次勘察所揭露的地下水水位埋藏深淺不一，勘察期間測得各鉆孔的穩(wěn)定水位埋深為0.00～16.80m，平均6.39m，地下水位的變化與地下水的賦存、補(bǔ)給及排泄關(guān)系密切，并受季節(jié)變化影響，年變化幅度2～5m。

勘察場區(qū)地處中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，降雨量大于蒸發(fā)量，其中大氣降水是場區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源，每年4～9月份是地下水的補(bǔ)給期，10月～次年3月為地下水消耗期和排泄期。本勘察場地主要屬補(bǔ)給區(qū)和徑流區(qū)，第四系孔隙水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水，而巖溶裂隙水及基巖裂隙水則主要依靠第四系孔隙水的越流補(bǔ)給和大氣降水補(bǔ)給。場區(qū)地下水主要賦存于第四系砂層、碎石土層等孔隙中及巖溶裂隙、基巖裂隙中。地表水系稍發(fā)育，第四系潛水含水層主要向兩側(cè)的河流排泄。

3、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水

碳酸鹽類裂隙溶洞水主要賦存在泥盆系石灰?guī)r中，其富水性和滲透性受巖溶發(fā)育程度、連通性、形態(tài)、規(guī)模大小以及裂隙充填情況等因素影響。

從鉆探揭示的巖溶發(fā)育特點(diǎn)和鉆探過程中鉆孔進(jìn)水量分析，本場地碳酸鹽巖類裂隙溶洞水在zck6+460～zck6+780、yck6+080～yck6+740地段巖溶發(fā)育，規(guī)模較大，充填物以砂礫及黏粒為主，局部無充填，可見巖溶充填物透水性好，富水性好，連通性好，一般具強(qiáng)透水性，涌水量大；在巖溶裂隙不發(fā)育地段，為完整或較完整巖石，巖層富水性和透水性差。

本次開倉換刀里程為右線584環(huán)切口里程為：zdk8+419.124處，切口埋深為15.1米，該處地層隧道范圍主要為全斷面卵石，頂部有7.5m的粉質(zhì)粘土層、部分礫沙和卵石。

1.5選用高性能膨潤土泥膜護(hù)壁施工的原因

本次帶壓開倉換刀作業(yè)從2017年8月10日起開始施做止水環(huán)，8月13日開始注入普通膨潤土進(jìn)行建立泥膜工作。因隧道位置地層為少量黏土和灰?guī)r有一部分砂卵石大部分為圓礫，實(shí)際地層和地勘地層出入很大，地層孔隙增大，地面出現(xiàn)漏氣情況。膨潤土直接露出湖底。之后土壓設(shè)定從1.6減至1.5進(jìn)行作業(yè)，反復(fù)重建泥膜均未能成功建立起泥膜護(hù)壁，過程中由于土壓變化過快，導(dǎo)致空氣擊穿湖底，膨潤土漿液隨著地層間隙上冒至湖底，污染了人工湖水質(zhì)。采用普通膨潤土建立泥膜累計(jì)用時19天，以失敗告終。

通過前期多次采用的膨潤土建立泥膜護(hù)壁帶壓開倉施工，總結(jié)得出經(jīng)驗(yàn)：傳統(tǒng)膨潤土泥膜護(hù)壁建立過程工期長，掌子面不易形成完整泥膜導(dǎo)致反復(fù)建膜，同時存在嚴(yán)重的安全隱患。經(jīng)項(xiàng)目部研究，決定采用高性能膨潤土進(jìn)行泥膜護(hù)壁，前期針對該地層情況多次進(jìn)行配合比適配，力爭達(dá)到最優(yōu)效果。在項(xiàng)目部全體員共同努力下，于2017年9月8日注入高性能膨潤土建立泥膜并成功穩(wěn)壓，于9月12日成功建立起泥膜進(jìn)行開倉換刀工作。整個開倉過程中并未出現(xiàn)掉泥，漏氣現(xiàn)象，本次帶壓開倉換刀持續(xù)時間5天，更換刀具5把。相較于普通膨潤土帶壓開倉換刀，具有用時短，安全穩(wěn)定性能強(qiáng)，有效縮短施工工期等特點(diǎn)。

二、總體施工部署

為確保施工安全，特針對目前現(xiàn)場實(shí)際情況，隧道洞內(nèi)土倉內(nèi)先采用高性能膨潤土做泥膜加強(qiáng)帶壓開倉氣密性；在盾構(gòu)機(jī)3、9位置及盾尾注入高性能膨潤土防止盾構(gòu)機(jī)抱死。同時在右線成型隧道管片571環(huán)～577范圍內(nèi)加注同步漿與二次漿施做止水環(huán)。

根據(jù)目前施工情況結(jié)合掘進(jìn)過程實(shí)際情況，帶壓開倉前需完成高性能膨潤土泥膜護(hù)壁，止水環(huán)施做，盾體注入高性能膨潤土防抱死。高性能膨潤土泥膜建立完成后，檢查土倉氣密性，開倉換刀。

三、施工準(zhǔn)備

3.1物資準(zhǔn)備

表1換刀工具材料表

3.2采用高性能膨潤土制作泥膜

在開倉前需向刀盤及土倉內(nèi)注滿高性能膨潤土，注入壓力稍高于掘進(jìn)時的土倉壓力，控制在1.7bar左右(視現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，確保周邊土體穩(wěn)定)，使泥漿能在可注性較好的地層有一定的擴(kuò)散范圍和在掌子面形成一層封閉泥膜，增強(qiáng)刀盤前方地層的氣密性和提高掌子面的自穩(wěn)能力。

四、高性能膨潤土泥膜護(hù)壁的制備

4.1高性能膨潤土a液制拌

在盾構(gòu)機(jī)同步漿罐旁使用的是55kw高壓剪切泵制拌a液，在單獨(dú)的漿罐內(nèi)循環(huán)攪拌，攪拌10～20min，a液制拌完成后通過剪切泵抽到盾構(gòu)機(jī)同步儲漿罐內(nèi)。

4.2高性能膨潤土制拌

根據(jù)配比將高性能膨潤土b通過電子秤稱重完成后加入同步漿罐內(nèi)a液混合均勻，同步漿罐自動攪拌拌制高性能膨潤土。每次1-2m3，2min后目測到達(dá)效果。

4.3高性能膨潤土泥膜護(hù)壁帶壓開倉工藝流程

采用高性能膨潤土泥膜護(hù)壁，高性能膨潤土置換土倉內(nèi)泥漿，一直到頂部不倉壓力維持衡定后開始分級加壓，保證高性能膨潤土充分均勻滲透到掌子面與盾體范圍內(nèi)。

表2：高性能膨潤土制作泥膜工藝流程

注：在實(shí)際施工過程中，參考施工的實(shí)際情況對步驟略有調(diào)整(例如置換過程中確定壓力等)屬于常規(guī)操作，不屬于方法的改變。

五、盾構(gòu)相關(guān)設(shè)備檢查

為保證壓氣作業(yè)的安全性，應(yīng)對盾構(gòu)機(jī)上空壓機(jī)、人閘等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行全方位的檢查維護(hù)。

六、開倉換刀施工

6.1土倉加壓

氣壓開倉作業(yè)施工前，必須進(jìn)行氣體檢測，檢測結(jié)果符合規(guī)范要求后方能進(jìn)行開倉作業(yè)。

6.2工作人員進(jìn)入前艙

開倉作業(yè)前對作業(yè)人員進(jìn)行交底，使作業(yè)人員對人閘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掌握牢固，確保操作準(zhǔn)確無誤。在確認(rèn)人閘內(nèi)壓力達(dá)到工作壓力后，進(jìn)倉人員應(yīng)再次確認(rèn)人閘與開挖倉連接門的安全性，才能進(jìn)入開挖倉。

入閘人體變化：壓力越高，吸入氣體就越多，尤其是氮?dú)?，首先溶解在身體血液里，然后進(jìn)入組織里。從正帶壓力倒高壓的沉淀物轉(zhuǎn)變，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的癥狀(比如耳痛、頭痛、平衡性減弱和牙痛。如果空腔部分(例如鼻竇、耳膜、腸管)的空氣補(bǔ)償受阻(如感冒、鼻炎、咽炎)，可能導(dǎo)致紊亂。

6.3進(jìn)入主室

1、檢查顯示儀表，帶式記錄儀，時鐘，溫度計(jì)，對講機(jī)，緊急電話，密封閥等。檢查密封門的清潔狀況。

2、人員進(jìn)入主室。

3、開動雙帶記錄儀，檢查其工作是否正常以及儲紙量。

4、關(guān)閉主室與前室之間的隔離門，注意正確鎖閉。

5、主室壓力墻上的人閘門處于密封狀態(tài)。

6、人閘管理員和在主室中坐著的人員建立電話聯(lián)系。

7、人閘管理員緩慢打開“主室通入空氣閘閥”，按規(guī)定緩慢增加主室的壓力，直至達(dá)到工作壓力。(人閘中的工作壓力最高可達(dá)3bar,當(dāng)超過3bar以后，就會通過安全閥自動卸壓。)

8、當(dāng)主室的壓力和土倉內(nèi)壓力相同時，人閘中的人員緩慢打開主室和土倉之間的密封門，進(jìn)入土倉。人閘管理員關(guān)閉帶式記錄儀。

6.4進(jìn)入土倉

在帶壓換刀的情況下，當(dāng)工人進(jìn)入土倉后，最重要的是保證工人在工作過程中不受塌落材料和突然涌水的傷害。所以應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，在停止掘進(jìn)之后向土倉內(nèi)的渣土中加入高性能膨潤土，并用刀盤混合均勻形成泥墻，以穩(wěn)定和密封開挖面。然后按以下步驟進(jìn)行操作：

1、壓縮空氣調(diào)節(jié)設(shè)備的管路通過壓力隔墻后面的單獨(dú)接口用水進(jìn)行沖洗，以防止挖掘下的材料進(jìn)入壓縮空氣回路中。

2、清洗后給壓縮空氣裝置加壓(壓力墻上所有的閘閥均關(guān)閉)。

3、開始向土倉內(nèi)噴射壓縮空氣。

4、必須排除適量渣土，直到土倉壓力隔板上面的土壓計(jì)顯示出在壓縮空氣調(diào)節(jié)設(shè)備上調(diào)定的空氣壓力。

5、停止刀盤和螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)動，關(guān)閉螺旋器閘門。

6、人員進(jìn)入主室，由人閘安全管理員將主室調(diào)至土倉的壓力狀態(tài)。

7、人員進(jìn)入人閘主室，待土倉和主室的壓力平衡后，則可以小心打開土艙門進(jìn)入土倉，在這一過程中，要時刻注意掌子面變化，土倉底部、切口環(huán)變化。

6.5更換刀具

刀具的具體更換步驟可參見中鐵建的《盾構(gòu)操作技術(shù)手冊》以及相關(guān)圖紙。

6.6離開主室

1、主室和前室之間的人閘門處于關(guān)閉狀態(tài)。

2、要出來的人員離開土倉，進(jìn)入主室。

3、壓力墻門和壓力墻上用于平衡壓力的閘閥必須關(guān)閉。

4、人閘管理員和在人閘中坐著的人員之間建立電話聯(lián)系。

5、人閘管理員打開帶式記錄儀。

6、人閘管理員在觀察壓力表“主室壓力”和流量計(jì)“主室排氣”的同時，開始使用“主室排氣”閥緩慢降低主室壓力。與此同時，使用閘閥“主室通入空氣”向人閘通入空氣。但不能使壓力再次上升。

7、調(diào)節(jié)“主室排氣”閘閥和“主室通入空氣”閘閥，使人閘在通氣的情況下達(dá)到一個符合規(guī)范的穩(wěn)定而緩慢的降壓過程。在這一過程中，“主室排氣量”流量計(jì)顯示的流量必須不低于沒人0.5m3/min。

8、當(dāng)主室壓力達(dá)到帶壓后，就可以打開主室隔墻上通往前室的密封門，人員走出主室。

9、人閘管理員關(guān)閉帶式記錄儀，把進(jìn)出過程(日期、時間、壓力、人數(shù)等)登記到進(jìn)出人閘登記薄中。

6.7前艙減壓

工作人員在達(dá)到限定的工作時間(或出現(xiàn)不適)需進(jìn)行減壓，具體步驟如下：

1、工作人員到達(dá)前艙并關(guān)閉主艙與前艙的氣密門。

2、主艙內(nèi)人員使用電話與人閘值班員聯(lián)系。

3、根據(jù)減壓表的要求降低前艙的壓力，觀察前艙壓力表和前艙進(jìn)氣流量計(jì)。

4、與此同時，人閘值班員同時打開排氣閥，開始排氣，無論如何此時壓力不可以再次升高。

5、調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和排氣閥，直到達(dá)到排氣過程所規(guī)定的緩慢而恒定的壓力降低速度，進(jìn)氣流量計(jì)的流量值每人至少為：0.5m3/min。

6、觀察前艙壓力表，當(dāng)前艙內(nèi)部的氣壓降到第一級壓力值時，人閘值班員通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和排氣閥，在規(guī)定的時間內(nèi)保持壓力恒定。人閘值班員應(yīng)通過進(jìn)氣流量計(jì)經(jīng)常檢查人閘的排氣情況。

7、在保壓過程中重復(fù)5-6的步驟，直到艙內(nèi)壓力與外界的帶壓相同。

8、打開前艙與外界之間的艙門，人員從前艙出來。

9、人閘值班員將減壓過程(日期、時間、壓力、人數(shù)等)記錄在人閘記錄本上。

10、減壓之后，必須按有關(guān)加壓減壓的規(guī)定，確保在壓力下工作的人員在工作場所休息一定的時間。

七、高性能膨潤土泥膜護(hù)壁運(yùn)用成果

洋～洋區(qū)間地質(zhì)情況復(fù)雜多變，多呈軟硬不均，地下水含量豐富，且地面環(huán)境復(fù)雜，盾構(gòu)掘進(jìn)期間多次進(jìn)行帶壓開倉換刀作業(yè)。采用傳統(tǒng)膨潤土建立泥膜護(hù)壁進(jìn)行換刀作業(yè)風(fēng)險大，且泥膜建立周期長，不易成型，嚴(yán)重影響了工期進(jìn)度。針對工程特殊地質(zhì)情況，項(xiàng)目部通過多次試驗(yàn)總結(jié)，引用高性能膨潤土代替?zhèn)鹘y(tǒng)膨潤土，取得了顯著效果。

高性能膨潤土材料帶壓開倉作業(yè)期間,地面穩(wěn)定無明顯沉降,刀盤掌子面穩(wěn)定、無滲水,作業(yè)環(huán)境安全可靠。相對于傳統(tǒng)的膨潤土，針對盾構(gòu)機(jī)在上軟下硬地層刀具磨損嚴(yán)重，可有效解決上軟下硬地層帶壓進(jìn)倉難題,并確保了盾構(gòu)機(jī)刀具更換全程安全、可靠,縮短了換刀工期，為盾構(gòu)機(jī)順利完成掘進(jìn)任務(wù)提供了有力支持,也為今后相似地層盾構(gòu)施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實(shí)施例。在不偏離所說明的各實(shí)施例的范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。

技術(shù)特征：

1.一種用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土，其特征在于所述高性能膨潤土由a液膨潤土漿體與b液塑化劑反應(yīng)制備得到，膨潤土漿體與塑化劑的質(zhì)量比為14：1～16：1，所述膨潤土漿體為鈉基膨潤土與水按照質(zhì)量比1:1.5-1:2.5混合而得。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土，其特征在于所述a液膨潤土漿體與b液塑化劑的質(zhì)量比為15：1，所述膨潤土漿體中鈉基膨潤土與水的質(zhì)量比為1：2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土，其特征在于所述a液膨潤土漿體的塑化黏度為600dpa.s以上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土，其特征在于所述高性能膨潤土是將鈉基膨潤土與水在單獨(dú)的漿罐內(nèi)循環(huán)攪拌得到a液膨潤土漿體，通過剪切泵將a液抽到盾構(gòu)機(jī)同步儲漿罐內(nèi)，再向同步儲漿罐內(nèi)加入b液塑化劑，在同步儲漿罐內(nèi)將a液與b液混合均勻并攪拌制得的。

5.權(quán)利要求4所述的用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土的泥膜的制備工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟：

(1)盾尾止水環(huán)：對脫出盾尾第5～7環(huán)進(jìn)行雙液注漿制備盾尾止水環(huán)，所述雙液為水泥與水玻璃；

(2)高性能膨潤土混合：利用盾構(gòu)機(jī)上同步儲漿罐對a液膨潤土漿體和b液塑化劑進(jìn)行混合制得高性能膨潤土；

(3)盾構(gòu)機(jī)機(jī)體包裹：利用盾構(gòu)機(jī)機(jī)體上的預(yù)留孔，用同步注漿管在盾尾及脫出盾構(gòu)機(jī)1～3環(huán)管片外側(cè)，注高性能膨潤土進(jìn)行填充并包裹盾構(gòu)機(jī)的前盾、中盾以及尾盾；

(4)漿渣置換:向盾構(gòu)機(jī)的土倉中注入高性能膨潤土，將土倉中的泥土置換出來；注入點(diǎn)位選用土倉隔板9～3點(diǎn)位之間的多個預(yù)留孔，從盾構(gòu)機(jī)頂部壓注；土倉中的泥土利用螺旋機(jī)進(jìn)行排出；

(5)分級加壓：通過少量多次的注入高性能膨潤土進(jìn)行加壓，分四級加壓，每級0.2bar，前面兩級動態(tài)穩(wěn)壓2小時，最后一級要求穩(wěn)壓12小時；

(6)漿氣置換:利用盾構(gòu)機(jī)的壓縮空氣管路向土倉內(nèi)輸入空氣對土倉進(jìn)行加壓，同時利用螺旋機(jī)從土倉中部抽排高性能膨潤土；

(7)保壓：漿氣置換完成后，在保壓系統(tǒng)開啟的情況下，保壓6小時以上即完成高性能膨潤土泥膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土的泥膜的制備工藝，其特征在于所述高性能膨潤土混合步驟中a液在儲漿罐的存放量不能超過罐內(nèi)臥式攪拌葉片的2/3高度。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土的泥膜的制備工藝，其特征在于所述的漿渣置換步驟中需確定土倉內(nèi)壓力穩(wěn)定，壓力波動控制在±0.5bar內(nèi)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土的泥膜的制備工藝，其特征在于所述的分級加壓步驟中，第二級與第三級之間的時候，利用注入高性能膨潤土的壓力讓盾構(gòu)機(jī)后退。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土的泥膜的制備工藝，其特征在于所述的分級加壓步驟中，第三級加壓之前，轉(zhuǎn)動刀盤，轉(zhuǎn)速小于0.5rpm。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土的泥膜的制備工藝，其特征在于所述的漿氣置換步驟中，輸入空氣的體積與排出高性能膨潤土的體積一致。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種用于盾構(gòu)施工的高性能膨潤土及其泥膜的制備工藝，所述高性能膨潤土由A液膨潤土漿體與B液塑化劑反應(yīng)制備得到，膨潤土漿體與塑化劑的質(zhì)量比為14：1～16：1，所述膨潤土漿體為鈉基膨潤土與水按照質(zhì)量比1:1.5?1:2.5混合而得。本發(fā)明所述的高性能膨潤土具有隔水性、裹挾性好、與不同介質(zhì)的附著力強(qiáng)、不同壓力作用下的滲透性能強(qiáng)的特性。制作的高性能膨潤土泥膜具有良好的密閉性和附著性，比普通膨潤土泥膜穩(wěn)壓效果更好，更能保證地面安全。高性能膨潤土原材料來源廣泛，制作成本較低，施工操作簡便，尤其適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下需高頻帶壓開倉換刀地段，能縮短換刀工期，提高經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)研發(fā)人員：周運(yùn);陳世君;張靜;李吉;趙宇東;趙鑫;王偉;李煌;陳瀟

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鐵五局集團(tuán)有限公司城市軌道交通工程分公司

技術(shù)研發(fā)日：2019.10.09

技術(shù)公布日：2020.01.10