本發(fā)明涉及盾構施工領域，尤其涉及一種應用于海相地層中盾構開挖面穩(wěn)定的泥漿及施工方法。
背景技術：
：近年來，國內城市軌道交通發(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到158條，總里程將超過4189公里。盾構法施工技術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中得到了相當廣泛的應用?，F代隧道建設工程正逐漸具有斷面直徑增大，斷面地層復雜的趨勢?，F有的盾構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行施工，而在軟硬不均、上軟下硬且含有高強度硬巖的復合地層中施工時受到較大影響，技術經驗匱乏?，F有的盾構法施工中，泥水盾構開挖面穩(wěn)定的方法是利用高性能泥水在掌子面形成高質量泥膜。在海相地層中，海水會使一般泥水材料產生瀝化，使泥水性能大幅下降，從而影響泥膜質量，對開挖面的穩(wěn)定帶來一定困難?，F有泥水配制技術所用水質均為自來水，泥水材料對海水的適應性差。目前泥水盾構施工中，在海相地層中使用適應海水的泥水穩(wěn)定掌子面的研究還是空白。技術實現要素：本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種應用于海相地層中盾構開挖面穩(wěn)定的泥漿及施工方法，為在海相地層中適應海水的泥水穩(wěn)定開挖面的施工技術，解決海相地層盾構開挖面穩(wěn)定的問題。為實現上述技術效果，本發(fā)明公開了一種復合鈉基膨潤土泥漿，應用于海相地層中盾構開挖面穩(wěn)定，所述復合鈉基膨潤土泥漿由復合鈉基膨潤土配制而成，所述復合鈉基膨潤土由鈉基膨潤土、聚合物及添加劑混合而成。所述復合鈉基膨潤土泥漿進一步的改進在于，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。所述復合鈉基膨潤土泥漿進一步的改進在于，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。所述復合鈉基膨潤土泥漿進一步的改進在于，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。所述復合鈉基膨潤土泥漿進一步的改進在于，所述復合鈉基膨潤土泥漿的含水量為7％～10％，含砂率小于1％。所述復合鈉基膨潤土泥漿進一步的改進在于，所述復合鈉基膨潤土泥漿的膠體率大于96％，濾失量小于20ml。所述復合鈉基膨潤土泥漿進一步的改進在于，復合鈉基膨潤土泥漿的PF值為7～9。本發(fā)明還公開了一種應用于海相地層中盾構開挖面穩(wěn)定的施工方法，盾構在海相地層中掘進，將復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。所述應用于海相地層中盾構開挖面穩(wěn)定的施工方法進一步的改進在于，所述復合鈉基膨潤土泥漿在形成所述泥膜時，產生泥漿壓力，并將部分泥漿壓力轉化成土體有效應力作用在開挖面上。所述應用于海相地層中盾構開挖面穩(wěn)定的施工方法進一步的改進在于，所述土體有效應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方案，使其具有以下有益效果：運用對海水具有適應性的復合鈉基膨潤土泥漿配置盾構開挖面泥水材料，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；盾構在海相地層中掘進時，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量的泥膜，保持開挖面穩(wěn)定。附圖說明圖1為本發(fā)明應用于海相地層中盾構開挖面穩(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合附圖及具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明應用于海相地層中盾構開挖面穩(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海水的泥水穩(wěn)定掌子面的施工技術，解決海相地層盾構開挖面穩(wěn)定的問題。掌子面是坑道施工中的一個術語，即開挖坑道(采煤、采礦或隧道工程中)不斷向前推進的工作面。掌子面是開挖坑道不斷向前推進的工作面，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，亦即盾構不斷向前推進的工作面?，F有的盾構法施工中，泥水盾構開挖面穩(wěn)定的方法是利用高性能泥水在掌子面形成高質量泥膜。在海相地層中，海水會使一般泥水材料產生瀝化，使泥水性能大幅下降，從而影響泥膜質量，對開挖面的穩(wěn)定帶來一定困難。現有泥水配置技術所用水質均為自來水，泥水材料對海水的適應性差。目前泥水盾構施工中，在海相地層中使用適應海水的泥水穩(wěn)定掌子面的研究還是空白?，F有技術方案：河海大學朱偉教授對泥水盾構施工中的泥水性能做了長期深入研究。他認為泥膜的形成將部分泥漿壓力轉化為有效應力作用在開挖面上，支護了開挖面土體，保證了開挖面的穩(wěn)定。泥漿性質對泥膜質量影響較大，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，而且對海水的適應性差，任意出現瀝化現象，形成的泥膜質量差，對盾構開挖面穩(wěn)定不利。因此，本發(fā)明提供了一種在海相地層中適應海水的泥水穩(wěn)定掌子面的復合鈉基膨潤土泥漿，應用于海相地層中盾構開挖面穩(wěn)定。該復合鈉基膨潤土泥漿由復合鈉基膨潤土直接配制而成，而該復合鈉基膨潤土由兩部分混合而成，一部分是優(yōu)質鈉基膨潤土，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，結構為類似三明治，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Cl-離子含量過高，會影響粘土顆粒之間的粘結力，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，形成網狀交聯結構的膠體溶液。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)明復合鈉基膨潤土泥漿的主要性能指標如下表表1所示：表1復合鈉基膨潤土泥漿的主要性能指標含水量7～10％粒度99～100％可通過200目篩網含砂量<1％膠體率>96％濾失量<20mlpH值7～9以下為應用本發(fā)明復合鈉基膨潤土泥漿的一種應用于海相地層中盾構開挖面穩(wěn)定的施工方法，主要為：盾構在海相地層中掘進時，通過加入高粘度和高濃度的復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量的泥膜，保持開挖面穩(wěn)定。配合圖1所示，盾構開挖面穩(wěn)定機理為：泥漿壓力等于泥漿滲透壓力和地下水壓之和。復合鈉基膨潤土泥漿在掌子面前方形成泥膜時，產生泥漿壓力，并將部分泥漿壓力轉化成土體有效應力作用在開挖面上，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，由泥漿壓力部分轉化得到的土體有效應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)明應用于海相地層中盾構開挖面穩(wěn)定的泥漿及施工方法提供了一種適應海水的高質量復合鈉基膨潤土泥漿，海相地層中適應海水的高質量泥水有利于形成高質量的泥膜，對開挖面穩(wěn)定有利，本發(fā)明運用對海水具有適應性的復合鈉基膨潤土泥漿配置盾構開挖面泥水材料，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；盾構在海相地層中掘進時，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量的泥膜，保持開挖面穩(wěn)定。彌補了隧道建設過程中，對海相地層中泥水盾構開挖面穩(wěn)定的研究空白；提出了采用海水適應性強的泥水，提高開挖面的泥水的粘度，形成高質量的泥膜來穩(wěn)定開挖面。以上結合附圖及實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應構成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3