PMS泥水浆液制备方法和它在泥水平衡盾构及顶管施工中的应用

摘要

PMS泥水浆液的制备方法和它在泥水平衡盾构及顶管施工中的应用，属地下掘进施工技术领域。其特征是采用高分子聚合物和正电胶制备PMS泥水浆液。应用中采用土砂浆液逐级分离，适时于泥浆中加入PMS浆液和它的辅料，并提出应用中的六个步骤。实施本发明有利于开挖面形成优质泥膜，使泥水性能稳定，不容易受粘土、泥沙和可溶性盐类的污染，解决了少排放，易控制、低固相、占地少、低能耗。并使施工推进速度加快，降低地下掘进施工的综合成本，也减少了施工中上部土体坍塌的概率。

说明书

技术领域：本发明属于泥水平衡盾构及顶管施工中的技术领域，是一种泥水平衡盾构及顶管施工在地下掘进中的应用技术。

背景技术：

泥水平衡盾构及顶管施工，采用管道输送代替轨道连续出土，加快了地下掘进速度，改善劳动条件和施工环境，能较好的稳定开挖面和防止地面隆陷，成为当今划时代的盾构及顶管施工新技术。但该泥水体系中存在着许多不足的地方，突出表现有废弃泥浆排放量大、浆液指标如质量、比重、粘度等难控制、泥水处理占地大、新浆材料用量大等。造成严重的环境污染，不利于面对复杂地质情况及提高推进速度，在解决推进中出现复杂情况应变能力较差。泥水盾构掘进进入硬粘土层，会经常发生堵管现象，严重时会引起爆管，使盾构或顶管机不能推进。

发明内容：

本发明提供一种少排放、易控制、低固相、占地少、低能耗，能加快推进速度，减少泥浆损耗量，保证开挖面稳定，降低地下掘进施工的综合成本，有利于环保，适合泥水平衡盾构及泥水平衡顶管施工特点的一种泥水浆液和它在大型泥水平衡盾构及顶管施工中的应用工艺。

本发明中PMS(Polymer-MMH Shield buried tunneling Slurry System)泥水浆液的制备方法所采取的技术方案是：

采用高分子聚合物，膨润土和正电胶，并按以下步骤操作：

(1)在搅拌桶中加入清水，并启动剪切泵；

(2)在剪切泵加料漏斗中加入增效土或活性纳膨润土，并加入大、中、小分子(1500万分子量、1200万分子量、100万分子量)高分子聚合物，以及带正电荷的MMH正电胶产品；

(3)剪切泵循环5～10分钟即制成可备用。

高分子聚合物是高分子聚丙烯酸盐。包括聚丙烯酸(酰)胺、强力抱被剂、复合离子型聚丙烯酸(酰)盐；正电胶产品是混合金属氢氧化物正电溶液(MixedMetal Hydroxide)。

本发明PMS泥水浆液在泥水平衡盾构及顶管施工中的应用，所采取的技术方案是：土砂浆液逐级分离，适时在泥浆中加入PMS浆液，并按以下步骤操作：

(1)通过加压把泥水送入前舱泥水压力室；

(2)由盾构及顶管机大刀盘切削下来的土体经搅拌和前舱的泥水混合，形成高比重泥水；

(3)由排泥泵和管道将高比重泥水输送到地面泥水处理场地进行常规泥水处理；

(4)进入常规的泥水处理系统；

(5)在储浆桶中加入调好的PMS浆液和泥水盾构专用处理剂进行泥水性能调整：

(6)调整后的PMS浆液一部分进入储浆池备用，一部分进入调整槽通过泥浆泵输送到前舱泥水加压室。

实施本发明后的积极效果：

由于PMS浆液体系主要由高分子聚合物和正电胶为主，成分有增效土或活性纳膨润土、高分子聚丙烯酸盐、正电胶、强力抱被剂、表面活性剂等。它有利于在开挖面形成优质泥膜(形成泥膜细密度、柔韧性高)，获得了低的漏斗粘度，高的泥水屈服值(动切力)，质量更好的泥膜，使得泥水性能稳定不容易受粘土、泥沙和可溶性盐类等的污染，对土渣和泥土不起分散作用，可以保持开挖面稳定，并且可以防止粘土对泥水污染，保持泥水性能的稳定。

实施本发明后解决了少排放、易控制、低固相、占地少、低能耗，加快推进速度，提高泥浆体系在泥水处理系统中清除土渣，提高固控设备的使用效率，可减少泥浆损耗量，进而降低地下掘进施工的综合成本，且有利于环保。

本发明PMS泥水体系，是典型的不分散泥水体系，泥水可以保持低的漏斗粘度，流动性好有利于提高泥水的输送效率。

本发明使泥水盾构及顶管施工在正常掘进状态时，由于PMS泥水能在开挖面上快速形成泥膜，使得刀盘前部的刀头始终切削刀盘正面已形成泥膜的土体，不直接切削土体，因此推进速度得到提高近15％，刀盘扭矩力可减少近10％，泥膜的护壁效果即减少了上部土体的坍塌，又减少了同步注浆浆液向上层土层当中渗透的损失，同步注浆量减少约30％，降低了工程成本；由于开挖面可以随时形成泥膜，避免了开挖面上方地面沉降，有助于开挖面稳定，抑制粘土膨胀。PMS泥水体系能有效地控制渣土及废浆的排放，且堵漏效果很好，PMS泥水体特性是对环境不造成污染，是一种很好的环保产品。

附图说明：

图1，PMS泥水浆液制备的工艺流程；

图2，PMS泥水体系在盾构及顶管施工中应用的工艺流程；

图3；PMS与粘土形成复合体的极化过程；

图4；PMS与粘土形成复合体的过程：氢键联接。

图5，PMS与粘土形成复合体的过程：水化膜的形成与复合体的形成。

图6，泥膜的形成；

图7，大分子聚合物聚丙烯酰胺(代号PAM)分子结构式。

具体实施方式：

PMS(全称：新型的聚合物正电胶盾构泥水体系Polymer-MMH Shield buriedtunneling Slurry System)，泥水浆液制备方法是：在搅拌桶6中加入清水5，并启动剪切泵4，在剪切泵加料漏斗中加入增效土1或活性钠膨润土，并加入大、中、小高分子聚合物2，以及带正电荷的MMH正电胶产品3，剪切泵循环5～10分钟即制成可备用。见图1，高分子聚合物为高分子聚丙烯酸盐，包括聚丙烯酸(酰)胺(结构式见图7)、强力抱被剂、复合离子型聚丙烯酸(酰)盐。MMH正电胶是混合金属氢氧化物溶液(Mixed Metal Hydroxide)。

MPS泥水浆液在泥水平衡盾构及顶管施工中的应用是按以下步骤进行：通过加压把泥水送入前上舱泥水压力室11，在盾构掘进时，由大刀盘切削下来的土体13经搅拌和前舱11的泥水混合，形成高比重泥水，由排泥泵和管道，将高比重泥水输送到地面泥水处理场地，进行常规泥水处理系统12处理(由一级振动筛进行分离，直径大干0.42mm土颗粒送入堆在渣场，余进入二级除砂器进行再分离，直径大于0.127的颗粒进入储渣池，一部分进入除砂器储浆桶等待在处理，余进入三级离心机，直径大于0.05mm的土颗粒进入储渣池，余进入储浆桶)：在储浆桶7中加入调好的MPS浆10并加入泥水盾构专用处理剂8进行泥水性能调整，调整后的PMS浆液一部分留在储浆桶7备用，一部分直接送到调整槽9见图2。每升江水加入PMS浆液不超过20克。PMS浆液采用大、中、小分子高分子聚合物以及带正电荷的MMH正电胶产品3。高分子聚合物，通过对大刀盘切削下来的土体所形成的泥水，进行选择性絮凝，优质土进入到泥水中，废土通过逆水处理系统进行分离。MMH正电胶，可与泥水中的体质土形成复合体，改变泥水的塑变性能，提高泥水的屈服值。

图3～图6，具体说明采用增效土1(或活性钠膨润土)，高分子聚合物2和MMH正电胶产品3混合清水构成PMS浆液与泥水作用构成优质泥膜的具体形式，见图6。如土体16与充填于土体孔隙中的水17，构成土体孔隙形成的泥水15和泥水14及泥膜18。它们微观作用过程可见极化过程图3，氢键联接方式图4，与水化膜形成的微观结构图5。图7为大分子聚合物聚丙烯酰胺的分子结构式。

不同土质制备不同PMS新浆的实施配方：

  土层   泥水平衡盾构   专用处理剂  PMS  新浆槽    清水  膨润土  粉砂土    12.5kg  350kg  120m³    60m³  1250kg  粘土  粉砂土  混层    8.3kg  粘土层    25kg  100kg

(以上数据是用于11.22m盾构)

根据土性不同，制备不同的PMS新浆，实际加入量应依据泥水性能变化进行调整。