一种土压平衡盾构用泡沫剂材料、制造方法和应用与流程

1.本发明涉及盾构材料技术领域，尤其涉及一种土压平衡盾构用泡沫剂材料、制造方法和应用。


背景技术：

2.当前，国内大中型城市处于地下空间开发的高峰期，其中城市地下轨道交通建设首当其冲。土压平衡盾构是城市地铁隧道掘进的常用工法，具有地质适应广、施工效率高、施工投资成本低等优势。为了提供盾构掘进效率，提高施工安全性以及降低盾构刀盘磨损等问题，对土仓渣土进行适当改良是必要的，尤其是粘性土或风化泥岩地质，渣土改良更是十分必要，一方面降低结冰堵塞的风险，另一方面可以提高排渣效率。
3.常用的渣土改良方法包括向土仓注入膨润土泥浆或注入泡沫等。膨润土泥浆方法已逐渐被淘汰，注入泡沫的方式附属设备少、占地面积小、投资成本低，是当下主要的渣土改良方式。对于这种渣土改良方式，选用性能优异的泡沫剂材料至关重要。然而，目前市面上的泡沫剂存在价格昂贵和质量参差不齐等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种土压平衡盾构用泡沫剂材料、制造方法和应用，其发泡倍率高、稳定性好、半衰期长，可以有效改善渣土的流塑性和渗透性。
5.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
6.第一方面，本发明提供了一种土压平衡盾构用泡沫剂材料，按所占重量百分比计算，由以下重量百分比的原料组成：
[0007][0008]
进一步的，所述发泡剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠中的至少一种。
[0009]
进一步的，所述稳泡剂为硅树脂聚醚乳液、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺和椰子油脂肪酸二乙醇酰胺中的至少一种。
[0010]
进一步的，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、op-10、吐温-80中的至少一种。
[0011]
进一步的，所述防腐剂为对羟基本甲酸乙酯、甲基异噻唑啉酮中的至少一种。
[0012]
第二方面，本发明提供一种第一方面中任一项所述土压平衡盾构用泡沫剂材料的制备方法，20-30℃温度下将各成分(发泡剂、稳泡剂、增稠剂、防腐剂)加入到水中，30-50rpm速度下搅拌1小时至均匀后得到无色透明的溶液，即土压平衡盾构用泡沫剂材料。
[0013]
第三方面，本发明提供第一方面中任一项所述土压平衡盾构用泡沫剂材料在土压平衡盾构中渣土改良应用。在土压平衡盾构过程中通过泡沫剂泵送系统将所述泡沫剂喷涂于刀盘面、土仓内和螺旋输送机筒内等，用于减轻刀具刀盘磨损，防止刀盘结泥饼；改善了渣土的流速性和减小渣土的内摩擦角，以增加渣土的流速性和止水性；增加螺旋输送机内渣土的止水性，方便排土并降低出土口喷涌等风险。
[0014]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：采用本发明制得的发泡剂材料的发泡倍率高、泡沫细腻饱满、气泡均匀、半衰期长以及稳定性好，能够有效改善盾构过程中渣土的流塑性和渗透性，以达到方便排土同时降低喷涌等风险。另外，本发明提供的发泡剂材料制备成本交底、制备简单。
附图说明
[0015]
图1是本发明实施例提供的一种土压平衡盾构用泡沫剂材料发泡倍率和半衰期测试结果的对比图；
[0016]
图2是本发明实施例提供的一种土压平衡盾构用泡沫剂材料泡沫混合渣土渗透系数的对比图。
具体实施方式
[0017]
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
[0018]
接下来提供了几组具体实施例，对本发明所提供的土压平衡盾构用泡沫剂材料进行阐述说明。
[0019]
实施例1
[0020]
各组分的重量百分比为：
[0021][0022][0023]
25℃下将各组分按比例混合加入水中，35rpm搅拌速度下慢速搅拌1小时至均匀，
得到本发明的泡沫剂材料。
[0024]
实施例2
[0025]
各组分的重量百分比为：
[0026][0027]
25℃下将各组分按比例混合加入水中，35rpm搅拌速度下慢速搅拌1小时至均匀，得到本发明的泡沫剂材料。
[0028]
实施例3
[0029]
各组分的重量百分比为：
[0030][0031]
25℃下将各组分按比例混合加入水中，40rpm搅拌速度下慢速搅拌1小时至均匀，得到本发明的泡沫剂材料。
[0032]
实施例4
[0033]
各组分的重量百分比为：
[0034][0035]
25℃下将各组分按比例混合加入水中，35rpm搅拌速度下慢速搅拌1小时至均匀，得到本发明的泡沫剂材料。
[0036]
实施例5
[0037]
各组分的重量百分比为：
[0038][0039]
20℃下将各组分按比例混合加入水中，30rpm搅拌速度下慢速搅拌均匀，得到本发明的泡沫剂材料。
[0040]
实施例6
[0041]
各组分的重量百分比为：
[0042][0043][0044]
30℃下将各组分按比例混合加入水中，50rpm搅拌速度下慢速搅拌1小时至均匀，
得到本发明的泡沫剂材料。
[0045]
采用发泡倍率和半衰期分别评价泡沫剂的发泡性能和稳定性。室温下采用200ml-0.5％(固含)的泡沫剂溶液，通过恒定的搅拌速率和搅拌时间进行发泡，测试不同样品的发泡倍率和半衰期，结果见表1。
[0046]
表1 发泡剂的发泡倍率和半衰期测试结果
[0047]
实施例发泡倍率半衰期/min实施例18.515.3实施例28.914.6实施例310.416.2实施例49.618.4实施例58.413.2实施例625.335.2市售样品8.312.2
[0048]
将上述实施例中的泡沫剂的基本指标与市面上的普通泡沫剂进行对比，通过表1和图1的对比可以看出，实施例中的泡沫剂比普通的市售泡沫剂的发泡倍率更高，半衰期更长，稳定性更好。
[0049]
采用变水头渗透装置测试泡沫混合渣土的渗透系数，泡沫注入率为20％，测试结果表2和图2。
[0050]
表2泡沫混合渣土渗透系数对比
[0051][0052]
在土压平衡盾构过程中，通过泡沫剂泵送系统将所述泡沫剂喷涂于刀盘面、土仓内和螺旋输送机筒内等，用于减轻刀具刀盘磨损，防止刀盘结泥饼；改善了渣土的流速性和
减小渣土的内摩擦角，以增加渣土的流动性和止水性；增加螺旋输送机内渣土的止水性，方便排土并降低出土口喷涌等风险。
[0053]
未改良渣土渗透系数一般为10-3
cm/s数量级，加入泡沫可使其降低到10-4
cm/s数量级。此外，本发明实施例所得到的泡沫剂改良渣土的渗透系数低于市售产品的渗透系数，有效降低了渣土的渗透性，以达到方便排土同时降低喷涌等风险。
[0054]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。