一种提高盾构工程泥膜强度和闭气性的电泳系统及方法与流程

1.本发明属于盾构隧道施工技术领域，特别涉及一种提高盾构工程泥膜强度和闭气性的电泳系统及方法。


背景技术：

2.随着我国城市地铁、高速公路隧道、铁路隧道以及引水隧洞等工程的大规模兴建，泥水盾构以其安全可靠、施工效率高、开挖精度高等特点在工程上得到了广泛应用。泥水盾构是通过泥膜将压力舱的泥浆压力与开挖面上土压力和水压力进行平衡，在生产实践中又朝着超大直径、高地下水压、高渗透性地层、多复合型地层方向发展，所以工程上对泥膜强度以及闭气性的要求越来越高。因此，需要一种提高盾构工程泥膜强度和闭气性的系统及方法。
3.目前关于如何提高泥水盾构泥膜强度的研究，多是集中在对泥浆的工程性质进行改良。如：叶旭红在其论文《砂卵石地层泥水盾构泥浆特性对开挖面稳定性影响研究》中以北京地下直径线穿越砂卵石地层为工程背景，研究了泥浆相对密度、黏度以及渗透压差对泥浆渗透成膜的规律影响；韦良文在其论文《大型泥水盾构隧道开挖面稳定机理与应用研究》中，通过试验发现，聚合物和正电胶作为处理剂，具有抑制黏土分散性、稳定砂土及改善泥浆特性等作用，并据此研发了聚合物正电胶泥水体系。由以上研究可知，目前关于提高泥水盾构泥膜的研究，主要还是关注泥浆性质对泥膜形成的影响，或是针对某一具体工程问题研究不同的泥浆配比或添加剂对成膜的影响，不同地层的泥浆配比有一定的差异，提高泥膜强度的方法不具有普适性。
4.综上所述，现有方法存在的不足有：
①
提高泥膜强度的方式较单一，多是对泥浆性质的改良，且这些方法都是针对特定工程地层，不具备普适性；
②
对于电泳法形成高强泥膜的系统及方法尚未出现。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种提高盾构工程泥膜强度和闭气性的电泳系统及方法，其目的在于，为了提高盾构泥水泥膜的强度和闭气性，使泥水盾构施工过程中开挖面更稳定，从而提高施工安全性和效率。
6.一种提高盾构工程泥膜强度和闭气性的电泳系统，其特征在于，包括泥浆输送系统(1)、泥浆(2)、压力舱(3)、阴极电板(4)、阳极电板(7)以及盾构刀盘(8)；
7.所述泥浆(2)是由粗粒材料(10)、膨润土颗粒(9)以及水按照比例配置而成，在高压作用下渗入地层，在开挖面(14)处形成泥膜(5)；
8.所述阴极电板(4)布置在盾构刀盘(8)表面；
9.所述阳极电板(7)两块为一组，两组电极按0.8m～1.2m间隔均匀布置在盾构穿越地层两侧，距离盾构机0.3m～1m，通电时两组阳极电极(7)一同工作；
10.所述阳极电板(7)采用可减少电腐蚀的电动土工合成材料。
11.一种提高盾构工程泥膜强度和闭气性的电泳方法，其特征在于，其包括下述步骤：
12.步骤1：在盾构刀盘上布置阴极电板(4)，阳极电板(7)按0.8m～1.2m间隔均匀布置在穿越地层(6)两侧；
13.步骤2：泥浆(2)通过泥浆输送系统(1)先到达压力舱(3)，再透过盾构刀盘(8)到达地层开挖面(14)；
14.步骤3：在泥浆(2)的渗滤作用下，于地层开挖面(14)上形成未经强化的初期无电泳泥膜(12)；
15.步骤4：待无电泳泥膜(12)状态稳定后，给阴极电极(4)和阳极电极(7)通电，一段时间后，无电泳泥膜(12)的厚度、致密性和闭气性增加，形成高强的有电泳泥膜(13)；
16.步骤5：高强的有电泳泥膜(13)形成后，盾构机进行掘进施工，一环的掘进工作完成后，阳极电板(7)回收，再依次间隔布置。
17.进一步地，步骤4中所述的有电泳泥膜(13)的形成方法：泥浆(2)在泥浆输送系统(1)的作用下到达地层开挖面(14)，在泥浆(2)的渗滤作用在开挖面(14)上先形成初期的无电泳泥膜(12)，此时，将阴极电板(4)与阳极电板(7)通电，泥浆(2)中带负电的膨润土颗粒(9)在电泳作用下向阳极电板(7)迁移，使得泥膜(5)中的小孔隙得到进一步地填充和堵塞，泥膜(5)的致密性提高；并且这些颗粒在电场力的作用下不断向地层(6)内部和泥膜(5)表面迁移堆积，使得泥膜(5)厚度在原有的基础上持续增加，改善其力学性能，强度和闭气性得到提高。
18.进一步地，其特征在于，步骤5中所述阳极电板(7)两块为一组，两组电极按0.8m～1.2m间隔均匀布置在穿越地层(6)两侧即位置i以及位置ii处，以减小对盾构施工的影响；盾构机每掘进一环，就将对应的一组阳极电极(7)拔出，并按照0.8m～1.2m间隔布置在位置iii处。
19.有益效果
20.一种提高盾构工程泥膜强度和闭气性的电泳系统及方法，该系统包括泥浆输送系统(1)、泥浆(2)、压力舱(3)、阴极电板(4)、阳极电板(7)以及盾构刀盘(8)；所述泥浆(2)是由粗粒材料(10)、膨润土颗粒(9)以及水按比例配置而成，在高压作用下从压力舱(3)渗入地层，在开挖面形成泥膜；所述阴极电板(4)布置在盾构刀盘(8)表面；所述阳极电板(7)，按0.8m～1.2m间隔均匀布置在穿越地层(6)两侧，距离盾构机0.3m～1.2m。泥浆(2)中带负电的膨润土颗粒(9)在电泳作用下向阳极电板(7)迁移，在泥膜表面堆积，使得泥膜厚度与致密度增加，并且提高泥膜的闭气性。该方法操作简单，容易实现，能够很大程度上提高泥水盾构泥膜的强度，使泥水盾构在应对复杂地层施工过程中时开挖面更稳定，从而提高施工安全性和效率。
附图说明
21.图1为本发明所述方法的工艺流程图；
22.图2为本发明所述系统的整体布置示意图；
23.图3为本发明所述的电泳原理图；
24.图4为本发明所述的无电泳泥膜和有电泳泥膜对比图；
25.标号说明：泥浆输送系统(1)、泥浆(2)、压力舱(3)、阴极电板(4)、泥膜(5)、地层
(6)、阳极电板(7)、盾构刀盘(8)、膨润土颗粒(9)、粗粒材料(10)、迁移路径(11)、无电泳泥膜(12)、有电泳泥膜(13)、开挖面(14)。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本发明做进一步说明。
27.如图1所示，采用上述一种提高盾构工程泥膜强度和闭气性的电泳方法，包括以下步骤：
28.步骤1：在盾构刀盘上布置阴极电板(4)，阳极电板(7)，按0.8m～1.2m间隔均匀布置在穿越地层(6)两侧；
29.步骤2：泥浆(2)通过泥浆输送系统(1)先到达压力舱(3)，再透过盾构刀盘(8)到达地层开挖面(14)；
30.步骤3：在泥浆(2)的渗滤作用下，于地层开挖面(14)上形成未经强化的初期无电泳泥膜(12)；
31.步骤4：待无电泳泥膜(12)状态稳定后，给阴极电极(4)和阳极电极(7)通电，一段时间后，无电泳泥膜(12)的厚度、致密性和闭气性增加，形成高强的有电泳泥膜(13)；
32.步骤5：高强的有电泳泥膜(13)形成后，盾构机进行掘进施工，一环的掘进工作完成后，阳极电板(7)回收，再依次间隔布置。
33.一种提高盾构工程泥膜强度和闭气性的电泳方法，所述阳极电板(7)两块为一组，两组电极按0.8m～1.2m间隔均匀布置在穿越地层(6)两侧即位置i以及位置ii处，以减小对盾构施工的影响；盾构机每掘进一环，就将对应的一组阳极电极(7)拔出，并按照0.8m～1.2m间隔布置在位置iii处。
34.如图2所示，一种提高盾构工程泥膜强度和闭气性的电泳系统，其特征在于，包括泥浆输送系统(1)、泥浆(2)、压力舱(3)、阴极电板(4)、阳极电板(7)以及盾构刀盘(8)；
35.所述泥浆(2)是由粗粒材料(10)、膨润土颗粒(9)以及水按照比例配置而成；在高压作用下渗入地层，在开挖面(14)处形成泥膜(5)
36.所述阴极电板(4)布置在盾构刀盘(8)表面；
37.所述阳极电板(7)两块为一组，两组电极按0.8m～1.2m间隔均匀布置在盾构穿越地层两侧，距离盾构机0.3m～1m，通电时两组阳极电极(7)一同工作；
38.所述阳极电板(7)采用可减少电腐蚀的电动土工合成材料。
39.如图3所示，所述的有电泳泥膜(13)的形成方法：泥浆(2)在泥浆输送系统(1)的作用下到达地层开挖面(14)，在泥浆(2)的渗滤作用在开挖面(14)上先形成初期的无电泳泥膜(12)，此时，将阴极电板(4)与阳极电板(7)通电，泥浆(2)中带负电的膨润土颗粒(9)在电泳作用下向阳极电板(7)迁移，使得泥膜(5)中的小孔隙得到进一步地填充和堵塞，泥膜(5)的致密性提高；并且这些颗粒在电场力的作用下不断向地层(6)内部和泥膜(5)表面迁移堆积，使得泥膜(5)厚度在原有的基础上持续增加，改善其力学性能，强度和闭气性得到提高。
40.如图4所示，所述带负电的膨润土颗粒(9)在电泳作用下向阳极电板(7)迁移，在阳极电板(7)以及泥膜(5)表面堆积，使得泥膜(5)厚度与致密度增加。有电泳泥膜(13)的厚度、致密性、强度以及闭气性相较于无电泳泥膜(12)都有了明显的提高。
41.本发明中应用了具体实施例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的
说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制。