一种减弱盾构在富水砂层喷涌的土体改良剂及制作与应用

技术领域

本发明属于土木建筑材料及地下工程技术领域，具体涉及一种用于减弱盾构在富水砂层喷涌的土体改良剂及制作与应用。

背景技术

随着我国地铁建设的飞速发展，地下隧道工程量日益增加，由于盾构法在隧道施工中有占地面积小，施工进度稳定快速，操作较为简便等优点，在地铁工程中受到广泛的应用，其中以土压平衡盾构机的应用最为广泛。

土压平衡盾构机在富水砂层掘进中，螺旋输送机在外排渣土的时候容易出现喷涌现象，一方面造成出土量失控，进而出现超挖现象，影响盾构施工的安全质量；另一方面喷涌造成盾构机内施工区域的安全文明施工，影响施工进度。但是在东南沿海城市普遍存在此种地层，是土压平衡盾构机施工的一大技术难题。

发明内容

本发明拟提供一种减弱盾构在富水砂层喷涌的土体改良剂，用于土压平衡盾构机施工过程中，对盾构机土仓内的富水砂土进行改良，降低土的透水性，改良土的流动性，从而减弱螺旋输送机发生喷涌的次数和规模，实现土压平衡盾构施工的安全快速。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种减弱盾构在富水砂层喷涌的土体改良剂，包括A溶液和B溶液，所述A溶液的组分包括水和聚丙烯酰胺，所述B溶液的组分包括水、瓜尔胶和羧甲基纤维素。

其中受富水砂层含水率的不同，实际采用的改良剂配方有所调整，当砂层的含水率在30％-40％时，所述A溶液包括重量份数如下的组分：1～2份的聚丙烯酰胺和98～99份的水；所述B溶液包括重量份数如下的组分：0.5～1份的瓜尔胶、0.5～1份的羧甲基纤维素和98～99份的水。

当砂层的含水率在40％以上时，所述A溶液包括重量份数如下的组分：3～4份的聚丙烯酰胺和96～97份的水；所述B溶液包括重量份数如下的组分：1～2份的瓜尔胶、1～2份的羧甲基纤维素和96～98份的水。

当砂层的含水率在30％以下时，所述A溶液包括重量份数如下的组分：0.5～1份的聚丙烯酰胺和99～99.5份的水；所述B溶液包括重量份数如下的组分：0.3～0.5份的瓜尔胶、0.3～0.5份的羧甲基纤维素和99～99.6份的水。

为此，本发明还提供了一种土体改良剂的制作，包括A溶液的制作和B溶液的制作，所述A溶液的制作为：按照上述重量份数将聚丙烯酰胺溶解在水；所述B溶液的制作为：按照上述重量份数将瓜尔胶和羧甲基纤维素溶解在水中。

其中，在B溶液的制作时，水的温度为45℃，并且在溶解时需要搅拌15min。

为此，本发明还提供了一种土体改良剂的应用，包括以下步骤：

S1：搅拌，将A溶液混入泡沫原液搅拌后经发泡系统内发泡为泡沫剂；将B溶液在膨润土箱体内与膨润土进行搅拌；

S2：注入，通过泡沫系统将含有A溶液的泡沫剂注入到隧道掌子面及盾构机土仓内；通过膨润土系统将带有B溶液的膨润土注入掌子面和盾构机土仓内；

S3：反应，注入含有A溶液的泡沫剂和带有B溶液的膨润土后，利用刀盘旋转对A溶液和B溶液进行融合反应，在刀盘搅拌过程中盾构机停止推进和出土。

其中，在步骤S1中A溶液占泡沫原液的重量比为10％；B溶液占膨润土浆液的重量比5％，膨润土浆液的浓度为膨润土加水搅拌而成，且膨润土占水的重量比20％。

其中，在步骤S1中A溶液和B溶液使用的体积比为1:1。

其中，在步骤S3中刀盘旋转搅拌的时间为2min。

本发明的有益效果：

1)本发明的土体改良剂中聚丙烯酰胺作为絮凝剂，其中瓜尔胶和羧甲基纤维素作为一种胶凝剂和增稠剂，能形成高分子聚合物，改良了富水砂层的强透水性，减弱了土压平衡盾构机在富水砂层地质下的喷涌规模及次数，提高了施工安全及进度；

2)本发明的土体改良剂为液态，易溶解于各类土压平衡盾构机施工涉及的浆液，且不会发生堵管现象；

3)本发明提供土体改良剂以聚丙烯酰胺作为聚合原料，利用瓜尔胶和羧甲基纤维素作为架桥剂，在富水砂层中形成具有不溶性的聚合物胶体，同时使用瓜尔胶和羧甲基纤维素能有效减少反应时间，同时降低成本低，并且聚合物胶体的团聚效果好，可抵御高水压，28天生物可降解率达85％以上，符合OECD水生物毒性指标，绿色环保，不会造成地下水污染。

附图说明

图1为本发明中土体改良剂的制作及应用流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

实施例1

一种减弱盾构在富水砂层喷涌的土体改良剂，包括A溶液和B溶液，其中A溶液由1～2重量份的聚丙烯酰胺溶解在98～99重量份的水中形成，B溶液由0.5～1重量份的瓜尔胶、0.5～1重量份的羧甲基纤维素溶解在98～99重量份的水，且水温为45℃，并且搅拌15min后形成。

实施例2

一种减弱盾构在富水砂层喷涌的土体改良剂，包括A溶液和B溶液，其中A溶液由3～4重量份的聚丙烯酰胺溶解在96～97重量份的水中形成，B溶液由1～2重量份的瓜尔胶、1～2重量份的羧甲基纤维素溶解在96～98重量份的水，且水温为45℃，并且搅拌15min后形成。

实施例3

一种减弱盾构在富水砂层喷涌的土体改良剂，包括A溶液和B溶液，其中A溶液由0.5～1重量份的聚丙烯酰胺溶解在99～99.5重量份的水中形成，B溶液由0.3～0.5重量份的瓜尔胶、0.3～0.5重量份的羧甲基纤维素溶解在99～99.6重量份的水，且水温为45℃，并且搅拌15min后形成。

将按照上述实施例1-3中所制得的土体改良剂进行改良试验(土体情况：全断面富水砂层)，其中改良试验的具体步骤包括：

步骤1：搅拌，将A溶液混入泡沫原液搅拌后经发泡系统内发泡为泡沫剂，其中A溶液占泡沫原液的重量比10％；将B溶液在膨润土箱体内与膨润土进行搅拌，其中B溶液占膨润土浆液的重量比5％，膨润土浆液的浓度为膨润土加水搅拌而成，且膨润土占水的重量比20％；每次使用的A溶液与B溶液的体积比为1:1；

步骤2：注入，通过泡沫系统将含有A溶液的泡沫剂注入到隧道掌子面及盾构机土仓内；通过膨润土系统将带有B溶液的膨润土注入掌子面和盾构机土仓内；

步骤3：反应，注入含有A溶液的泡沫剂和带有B溶液的膨润土后，利用刀盘旋转对A溶液和B溶液进行融合反应，在刀盘搅拌过程中盾构机停止推进和出土，刀盘搅拌的时间为2min。

在上述试验过程中，记录使用不同的土体改良剂时外排渣土的塑状，得到的试验结果如下：

由试验结果可得，采用本发明制作的土体改良剂对富水砂层具有很好的防喷涌效果，且不会造成盾构机刀盘出现结泥饼现象，改良时间短，对盾构隧道在富水砂层掘进施工中有极为显著的效果，促进工程技术的发展。