[发明专利]一种土压平衡盾构泡沫改良剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土压平衡盾构泡沫改良剂及其制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

土压平衡盾构已在北京地铁施工中得到广泛应用，并取得了巨大的经济和社会效益。然而由于北京地层的特殊性，即砂砾石和砂卵石含量相对较高，土体的塑流性较差，因而容易造成开挖面失稳，压力舱闭塞、压力舱结饼、喷涌、刀盘磨损严重等砂性土层施工中经常遇到的技术难题。因此，为了保证盾构施工的正常进行，土体必须具有良好的塑流性，同时具有低的透水性以阻止地下水。为此，必须采用塑流化技术，即向开挖面、土压仓（必要时向螺旋输送机）注入改性材料（如泥浆、泡沫等），以保证开挖面稳定，实现土压平衡掘进，同时有利于降低机械负荷，减小地面沉降，提高掘进速度。随着盾构技术在北京地铁施工中的不断应用，虽然积累了丰富经验并在某些技术层面取得重大突破，但要成功、经济地使用土压平衡盾构仍离不开土体改良技术的创新和合理应用。

土压平衡盾构用泡沫剂一般由发泡剂、稳泡剂和助剂组成。目前所了解的盾构使用的泡沫剂绝大多数是由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配构成主发泡剂，再配以稳泡剂，有的产品还需添加与表面活性剂对应复配能产生协同效应的助剂、增容剂等。所有成分按一定比例，以适当的方式混合形成泡沫剂产品。目前，北京地铁盾构施工采用的泡沫大部分为进口产品，效果虽好但成本过高。总体上，泡沫改良剂的使用缺乏相应的理论指导及必要的评价标准和评价方法，给盾构施工带来各种难题，总体上可归纳为以下几点：

1)对泡沫改良剂的基本性质、与土体的匹配关系、改良效果以及与盾构施工参数关系等缺乏相关的理论研究，造成盾构施工中泡沫改良剂使用的盲目性：一种情况是泡沫改良剂选择与地层物性不匹配或地层变化时没有及时改换改良剂，造成土体改良效果不好，导致出土困难、刀具磨损严重，出现工程事故；其次是遇到地质条件不良时，无针对性的加大改良剂注入的各项参数，造成浪费；第三种是在盾构施工中为节约建设成本，不恰当地降低使用量，造成土体改良效果降低，导致出土困难、刀具磨损等严重问题，通常这种改良效果的降低以至出土困难的出现，有一定的滞后效应，在施工过程中易被操作人员忽视。

2)泡沫的应用代表了改良剂的发展方向，但目前大都依靠进口，因而造价较高、施工成本大、经济效益差，因此非常有必要进行新型发泡剂的自主研发。

3)目前土体改良技术的研究与应用缺乏相应的规范标准，改良剂种类的选择、浆液配比、性能参数与指标的确定与控制方法、注入参数的选定与合理控制等均依靠现场试验或工程经验来制定，造成了人力、物力和财力的极大浪费，甚至还有可能造成重大工程事故。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种土压平衡盾构泡沫改良剂及其制备方法，通过这种方法制作的泡沫改良剂改良效果明显，能够满足现场施工需要，具有性能优越、价格合理、匹配性广、安全环保等特点，解决了北京砂卵石地层盾构施工中存在的土体改良技术的一些问题。

本发明所提供的土压平衡盾构泡沫改良剂在配制过程中，各种配方成分不能随意添加，必须按照一定的顺序和方法，才能配置出性能稳定的泡沫剂，为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种土压平衡盾构泡沫改良剂，所述土压平衡盾构泡沫改良剂由以下重量份数的原料制成：

优选地，其中所述土压平衡盾构泡沫改良剂由以下重量份数的原料制成：

优选地，其中所述OP-10（曲拉通X-100）的化学式为C₃₄H₆₂O₁₁。

优选地，其中所述羟丙基瓜尔胶的粒度为100目的淡黄色粉末，其表观粘度为100mpa·s。

本发明还提供上述土压平衡盾构泡沫改良剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）首先向配方量的水中加入配方量的羟丙基瓜尔胶，并以300-320r/min的转速搅拌，使之在水中充分溶解(因为瓜尔胶是大分子植物胶，在水中溶解时需要充分搅拌才能溶解，而且必须是高转速下搅拌才能让它在水中充分溶解，考虑到发泡剂不能高速搅拌，所以首先加入瓜尔胶)；

（2）待羟丙基瓜尔胶充分溶解后，转速调整为45-50r/min，并加入配方量的十二烷基硫酸钠，搅拌均匀(在加入十二烷基硫酸钠时必须保持搅拌器转速尽量低，如果转速过高溶液容易起泡)；