用于盾构施工的高性能膨润土及其泥膜的制备工艺的制作方法

本发明属于盾构施工技术领域，更具体地，涉及一种用于盾构施工的高性能膨润土及其泥膜的制作方法。

背景技术：

随着地铁建设规模的不断扩大，盾构隧道施工以其快速、安全、高效等优点得到广泛应用。然而，当盾构机在上软下硬、砂卵层、软弱地层等复杂地质情况同时不具备地层加固条件，需进行刀具检查和更换，也成为盾构掘进的重大安全风险源之一。目前国内主要运用膨润土泥膜护壁带压开仓技术进行换刀作业。

传统的膨润土泥膜护壁工法具有地层适应性差、不易稳压、后期不稳定等缺点，掌子面不易形成完整泥膜，需反复建膜，拉长施工工期，增大项目投入；泥膜护壁不稳定性，对土仓内压力变化比较敏感，容易泄压，存在严重的安全隐患，甚至引发地面坍塌等安全事故；同时在一些特殊地质条件，例如地面为江河湖泊且地层松散，泥浆容易上冒造成水体污染。

技术实现要素：

本发明的目的是克服以上不足，提供一种用于盾构施工的高性能膨润土并公开了利用该高性能膨润土制备泥膜护壁的工艺，隔水性好，裹挟性好，与不同介质的附着力强，不同压力作用下的渗透性能强，并提供了高性能膨润土泥膜的制备工艺，制备的高性能膨润土泥膜具有良好的密闭性和附着性，比普通膨润土稳压效果更好，更能保证地面安全。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于盾构施工的高性能膨润土，所述高性能膨润土由a液膨润土浆体与b液塑化剂反应制备得到，膨润土浆体与塑化剂的质量比为14：1～16：1，所述膨润土浆体为钠基膨润土与水按照质量比1:1.5-1:2.5混合而得。

上述a液膨润土浆体与b液塑化剂的质量比优选为15：1，所述膨润土浆体中钠基膨润土与水的质量比优选为1：2。本发明所述塑化剂可以选用邻苯二甲酸酯，所述钠基膨润土优选改性钠基膨润土，可以选用佛山市泰迪斯材料有限公司的a液膨润土。

上述a液膨润土浆体的塑化黏度需达到600dpa.s以上

上述高性能膨润土是将改性钠基膨润土与水在单独的浆罐内循环搅拌得到a液膨润土浆体，优选搅拌10～20min；通过剪切泵将a液抽到盾构机同步储浆罐内，再向同步储浆罐内加入b液塑化剂，在同步储浆罐内将a液与b液混合均匀并搅拌制得的。

上述用于盾构施工的高性能膨润土泥膜护壁的制备工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：

(1)盾尾止水环：对脱出盾尾第5～7环进行双液注浆制备盾尾止水环，堵住盾尾空隙，控制管片后部来水；所述双液为水泥与水玻璃，质量比可以为1：0.8～1，其中水泥的水灰比可以为1：1；

(2)高性能膨润土混合：利用盾构机上同步储浆罐对a液和b液进行混合；

(3)盾构机机体包裹：利用盾构机机体上的预留孔，用同步注浆管在盾尾及脱出盾构机1～3环管片外侧，注高性能膨润土进行填充并包裹整个盾构机，即盾构机的前盾、中盾以及尾盾；

(4)浆渣置换:向盾构机的土仓中注入高性能膨润土，将土仓中的泥土置换出来；注入点位选用土仓隔板9～3点位(即9点钟位置～3点钟位置)之间的多个预留孔，从盾构机顶部压注；土仓中的泥土利用螺旋机进行排出；

(5)分级加压：通过少量多次的注入高性能膨润土进行加压，分四级加压，每级0.2bar，前面两级动态稳压2小时，最后一级要求稳压12小时，保证工作人员在土仓内安全工作；

(6)浆气置换:利用盾构机的压缩空气管路向土仓内输入空气对土仓进行加压，利用螺旋机从土仓中部抽排高性能膨润土。

(7)保压：浆气置换完成后，在保压系统开启的情况下，能够保压6小时以上，则高性能膨润土泥膜完成。

上述高性能膨润土混合步骤中a液在储浆罐的存放量不能超过罐内卧式搅拌叶片的2/3高度。

上述的浆渣置换步骤中需确定土仓内压力稳定，压力波动控制在±0.5bar内；一般土仓内压力稳定在2.0～2.4bar。

上述的级加压步骤中，第二级与第三级之间的时候，利用注入高性能膨润土的压力让盾构机后退，留出空隙防止盾构机前端糊死；第三级加压之前，转动刀盘，转速小于0.5rpm。

上述的浆气置换步骤中，输入空气的体积与排出高性能膨润土的体积一致，保持土仓内压力稳定。

本发明所述盾构机为常规圆形土压平衡盾构机，所述管片每环长度为1.5米。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明所述的高性能膨润土通过特定的塑化剂与钠基膨润土的配比，结合了钠基膨润土更高的吸水率，更强的粘结性和更好的胶体性能的同时，塑化剂显著改善膨润土浆体流塑性，增加吸附力与粘性，同时保持了浆体的密封性能，适用于盾构带压开仓作业的泥膜护壁和仓内保压。该高性能膨润土具有隔水性、裹挟性好、与不同介质的附着力强、不同压力作用下的渗透性能强的特性。相较于普通膨润土，隔水效果更好，附着能力更强，且不易扩散，稳定性能好，明显增强了地层适应性。

(2)本发明制作的高性能膨润土泥膜具有良好的密闭性和附着性，比普通膨润土泥膜稳压效果更好，更能保证地面安全。

(3)高性能膨润土原材料来源广泛，制作成本较低，施工操作简便，尤其适用于复杂地质条件下需高频带压开仓换刀地段，能缩短换刀工期，提高经济效益。

(4)本发明所述高性能膨润土可用于：带压开仓作业的泥膜护壁和仓内保压；掘进中将砾卵石裹携排出，防止滞排；掘进中地层水量较大时可控制喷涌；在复杂地层中掘进时，可调整盾构机姿态，控制地面沉降；在始发和到达时，稳定端头土体和止水。

附图说明

图1为本发明所述的用于盾构施工的高性能膨润土泥膜的制备工艺示意图。

图2为实施例1所制备的高性能膨润土隔水性测试图。

图3为实施例1所制备的高性能膨润土裹挟性测试图。

图4为实施例1所制备的高性能膨润土的附着力测试图。

图中：1-高性能膨润土，2-止水环，3-螺旋机，4-土仓，5-注浆管，6-预留孔，7-管片。

具体实施方式

下面将结合具体实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。

实施例1

一种高性能膨润土，由a液膨润土浆体与b液塑化剂(邻苯二甲酸酯，优品级)反应制备得到，膨润土浆体与塑化剂的质量比为15:1，所述膨润土浆体为钠基膨润土与水按照质量比1:2混合而得。该高性能膨润土是将改性钠基膨润土(购自于佛山市泰迪斯材料有限公司，产品名a液膨润土)与水在单独的浆罐内循环搅拌15min得到a液膨润土浆体，浆体塑化黏度达到600dpa.s以上，通过剪切泵将a液抽到盾构机同步储浆罐内，再向同步储浆罐内加入b液塑化剂，在同步储浆罐内将a液与b液混合均匀并搅拌制得的。

对上述制备的高性能膨润土性能进行验证的实验见图2-图4。从图2中可以看出，将高性能膨润土制备的盆状块放入盛有水的桶中，桶中的水未渗入高性能膨润土制备的盆状块内，可见其隔水性能良好。从图3中可以看出，石块均由高性能膨润土裹挟黏在横杆上，证明其裹挟性良好。从图4中可以看到，采用不同的塑料盆和陶盆，高性能膨润土均能附着于其上，证明该高性能膨润土与不同介质的附着力强。

利用上述高性能膨润土制备高性能膨润土泥膜的制备工艺，包括以下步骤：

(1)盾尾止水环：对脱出盾尾第5～7环进行双液注浆制备盾尾止水环2，堵住盾尾空隙，控制管片7后部来水；所述双液为水泥与水玻璃，质量比可以为1：0.8～1，其中水泥的水灰比可以为1：1；

(2)高性能膨润土混合：利用盾构机上同步储浆罐对a液膨润土浆体和b液塑化剂进行混合制得高性能膨润土，其中，a液在储浆罐的存放量不能超过罐内卧式搅拌叶片的2/3高度；

(3)盾构机机体包裹：利用盾构机机体上的预留孔6，用同步注浆管5在盾尾及脱出盾构机1～3环管片7外侧，注高性能膨润土1进行填充并包裹整个盾构机，即盾构机的前盾、中盾以及尾盾；

(4)浆渣置换:向盾构机的土仓4中注入高性能膨润土1，将土仓中的泥土置换出来；注入点位选用土仓隔板9～3点位(即9点钟位置～3点钟位置)之间的多个预留孔，从盾构机顶部压注；土仓4中的泥土利用螺旋机3进行排出；该步骤中需确定土仓内压力稳定，控制压力避免压力波动过大，压力波动控制在±0.5bar内；一般土仓内压力稳定在2.0～2.4bar；

(5)分级加压：通过少量多次的注入高性能膨润土1进行加压，分四级加压，每级0.2bar，前面两级动态稳压2小时，最后一级要求稳压12小时；第二级与第三级之间的时候，利用注入高性能膨润土的压力让盾构机后退，留出空隙防止盾构机前端糊死；第三级加压之前，转动刀盘，转速小于0.5rpm；

(6)浆气置换:利用压缩空气管路向土仓4内输入空气对土仓进行加压，同时利用螺旋机3从土仓中部抽排高性能膨润土1。输入空气的体积与排出高性能膨润土的体积一致，保持土仓内压力稳定。

(7)保压：浆气置换完成后，在保压系统开启的情况下，能够保压6小时以上，则高性能膨润土泥膜完成。

对比例1

采用普通钙基膨润土，按照实施例1所述方法制备泥膜，由于吸水率低、粘性差，反复重建泥膜均未能成功建立起泥膜护壁，过程中由于土压变化过快，导致空气击穿湖底，膨润土浆液随着地层间隙上冒至湖底，污染了人工湖水质。

对比例2

采用实施例1所述原料，其中，所述膨润土浆体为钠基膨润土与水按照质量比1:3混合而得，其余制备方法同实施例1。制备的膨润土粘性不够，隔水性差，需反复重建泥膜，且建成的泥膜不稳定，对土仓内压力变化敏感，容易泄压。

对比例3

采用实施例1所述原料，其中，所述膨润土浆体与塑化剂的质量比为18:1，其余制备方法同实施例1。制备的膨润土流动性太高，裹挟性差，需反复重建泥膜，且建成的泥膜不稳定，泥膜易坍塌。

实施例2

施工实例：长沙市地铁3号线2标洋湖新城站～洋湖湿地站区间盾构复杂地质条件下高频带压开仓换刀施工

一、工程概况

1.1工程概述

长沙地铁3号线洋湖新城站～洋湖湿地站区间为地下工程，采用盾构法进行施工。盾构由洋湖新城站南端头始发，到达洋湖湿地站掘进任务完成，盾构拆机吊装。起止里程左线：zdk7+809.070～zdk9+299.522，长1481.696m(短链8.576m)，右线：ydk7+809.070～ydk9+299.522，长1490.452m，设2座联络通道，2号联络通道兼泵房。

1.2区间带压开仓情况介绍

参照全国地铁及我单位在类似地层分布情况下盾构施工经验，我部预计洋～洋区间盾构施工需进行开仓换刀12次，实际开仓换刀累计达19次。其中带压开仓高达9次，累计更换刀具107把。由于沿线地面环境复杂，且存在灰岩发育情况，带压开仓换刀地点多位于高风险区域，如旁穿中天栖溪里小区高楼、下穿洋湖湿地公园人工湖、下穿湘府路引桥等区域，若采用传统膨润土建立泥膜带压开仓换刀工艺，施工风险极大，容易诱发安全事故。本文以右线第584环，换刀地点位于洋湖公园人工湖湖底作为典型实例进行介绍。

1.3周边建构筑物

本次带压换刀所处地面位置为洋湖湿地公园人工湖，湖面面积大约295*275米，水深约2.5米，隧道拱顶距离湖底埋深14米。由于地表为湖水，地面无法进行加固处理，同时采用普通膨润土无法建立稳定泥膜护壁，带压开仓换刀施工风险高，施工难度很大。

1.4工程地质与水文地质

开仓换刀位置地层从上到下依次为淤泥层<1-4-2>、粉质粘土层<2-1>、砾砂<2-7>、圆砾<2-8>。掌子面范围内地层为<2-8>地层。主要地层特性如下：

淤泥层<1-4-2>

呈流塑～可塑状，场地内零星分布。层厚较薄，淤泥质土具含水量高，孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低的特点，易发生压缩变形导致地面沉降。

粉质粘土层<2-1>

一般呈可塑～硬塑状，场地内广泛分布；上更新统冲积粉土<2-2>，稍湿，稍密状，场地内零星分布。自稳性较好，土的力学性质较好。

砾砂<2-7>

分布广泛，厚度较大，其富水性好，透水性中等～强。

圆砾<2-8>

分布广泛，厚度较大，其富水性好，透水性中等～强。

地下水位

地下水按赋存方式分为第四系松散层孔隙水、层状基岩裂隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水。

1、第四系松散层孔隙水

第四系含水层主要包括稍压实～压实的人工填土层、冲积砂砾层：

①人工填土层<1-2>主要为上层滞水，其富水性差，透水性差异较大，砂、碎石等粗颗粒含量较大的人工填土层的透水性可达中等，主要由黏性土组成的素填土的透水性则较弱；

②冲积中、粗、砾砂、圆砾及卵石层分布广泛，厚度较大，其富水性好，透水性中等～强。

此外，冲积土层、残积土层及岩石全风化带透水性较差，为微～弱透水土层，但当残积土、全、强风化岩含粗颗粒较多或裂隙发育时，其透水性明显增强。

2、层状基岩裂隙水

层状基岩裂隙水主要赋存于泥盆系灰岩、砂岩的强风化带和中风化带，其赋存条件与岩石风化程度、裂隙发育程度等有关。

从本次勘察资料分析，基岩强风化带岩芯较破碎，岩芯呈碎块状；基岩中风化带岩石风化裂隙发育，岩芯呈短柱状、块状、长柱状，地下水赋存条件相对较差，透水性一般较弱，富水性差，但是当岩石风化带含碎石较多且裂隙发育时，其透水性可达中等。由于部分强～中风化基岩上覆全风化岩和残积土等为相对隔水层，这部分基岩风化裂隙水具承压水特征。

本次勘察所揭露的地下水水位埋藏深浅不一，勘察期间测得各钻孔的稳定水位埋深为0.00～16.80m，平均6.39m，地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，并受季节变化影响，年变化幅度2～5m。

勘察场区地处中亚热带湿润季风气候区，降雨量大于蒸发量，其中大气降水是场区地下水的主要补给来源，每年4～9月份是地下水的补给期，10月～次年3月为地下水消耗期和排泄期。本勘察场地主要属补给区和径流区，第四系孔隙水的补给来源主要为大气降水，而岩溶裂隙水及基岩裂隙水则主要依靠第四系孔隙水的越流补给和大气降水补给。场区地下水主要赋存于第四系砂层、碎石土层等孔隙中及岩溶裂隙、基岩裂隙中。地表水系稍发育，第四系潜水含水层主要向两侧的河流排泄。

3、碳酸盐岩类裂隙溶洞水

碳酸盐类裂隙溶洞水主要赋存在泥盆系石灰岩中，其富水性和渗透性受岩溶发育程度、连通性、形态、规模大小以及裂隙充填情况等因素影响。

从钻探揭示的岩溶发育特点和钻探过程中钻孔进水量分析，本场地碳酸盐岩类裂隙溶洞水在zck6+460～zck6+780、yck6+080～yck6+740地段岩溶发育，规模较大，充填物以砂砾及黏粒为主，局部无充填，可见岩溶充填物透水性好，富水性好，连通性好，一般具强透水性，涌水量大；在岩溶裂隙不发育地段，为完整或较完整岩石，岩层富水性和透水性差。

本次开仓换刀里程为右线584环切口里程为：zdk8+419.124处，切口埋深为15.1米，该处地层隧道范围主要为全断面卵石，顶部有7.5m的粉质粘土层、部分砾沙和卵石。

1.5选用高性能膨润土泥膜护壁施工的原因

本次带压开仓换刀作业从2017年8月10日起开始施做止水环，8月13日开始注入普通膨润土进行建立泥膜工作。因隧道位置地层为少量黏土和灰岩有一部分砂卵石大部分为圆砾，实际地层和地勘地层出入很大，地层孔隙增大，地面出现漏气情况。膨润土直接露出湖底。之后土压设定从1.6减至1.5进行作业，反复重建泥膜均未能成功建立起泥膜护壁，过程中由于土压变化过快，导致空气击穿湖底，膨润土浆液随着地层间隙上冒至湖底，污染了人工湖水质。采用普通膨润土建立泥膜累计用时19天，以失败告终。

通过前期多次采用的膨润土建立泥膜护壁带压开仓施工，总结得出经验：传统膨润土泥膜护壁建立过程工期长，掌子面不易形成完整泥膜导致反复建膜，同时存在严重的安全隐患。经项目部研究，决定采用高性能膨润土进行泥膜护壁，前期针对该地层情况多次进行配合比适配，力争达到最优效果。在项目部全体员共同努力下，于2017年9月8日注入高性能膨润土建立泥膜并成功稳压，于9月12日成功建立起泥膜进行开仓换刀工作。整个开仓过程中并未出现掉泥，漏气现象，本次带压开仓换刀持续时间5天，更换刀具5把。相较于普通膨润土带压开仓换刀，具有用时短，安全稳定性能强，有效缩短施工工期等特点。

二、总体施工部署

为确保施工安全，特针对目前现场实际情况，隧道洞内土仓内先采用高性能膨润土做泥膜加强带压开仓气密性；在盾构机3、9位置及盾尾注入高性能膨润土防止盾构机抱死。同时在右线成型隧道管片571环～577范围内加注同步浆与二次浆施做止水环。

根据目前施工情况结合掘进过程实际情况，带压开仓前需完成高性能膨润土泥膜护壁，止水环施做，盾体注入高性能膨润土防抱死。高性能膨润土泥膜建立完成后，检查土仓气密性，开仓换刀。

三、施工准备

3.1物资准备

表1换刀工具材料表

3.2采用高性能膨润土制作泥膜

在开仓前需向刀盘及土仓内注满高性能膨润土，注入压力稍高于掘进时的土仓压力，控制在1.7bar左右(视现场实际情况进行调整，确保周边土体稳定)，使泥浆能在可注性较好的地层有一定的扩散范围和在掌子面形成一层封闭泥膜，增强刀盘前方地层的气密性和提高掌子面的自稳能力。

四、高性能膨润土泥膜护壁的制备

4.1高性能膨润土a液制拌

在盾构机同步浆罐旁使用的是55kw高压剪切泵制拌a液，在单独的浆罐内循环搅拌，搅拌10～20min，a液制拌完成后通过剪切泵抽到盾构机同步储浆罐内。

4.2高性能膨润土制拌

根据配比将高性能膨润土b通过电子秤称重完成后加入同步浆罐内a液混合均匀，同步浆罐自动搅拌拌制高性能膨润土。每次1-2m3，2min后目测到达效果。

4.3高性能膨润土泥膜护壁带压开仓工艺流程

采用高性能膨润土泥膜护壁，高性能膨润土置换土仓内泥浆，一直到顶部不仓压力维持衡定后开始分级加压，保证高性能膨润土充分均匀渗透到掌子面与盾体范围内。

表2：高性能膨润土制作泥膜工艺流程

注：在实际施工过程中，参考施工的实际情况对步骤略有调整(例如置换过程中确定压力等)属于常规操作，不属于方法的改变。

五、盾构相关设备检查

为保证压气作业的安全性，应对盾构机上空压机、人闸等相关设备进行全方位的检查维护。

六、开仓换刀施工

6.1土仓加压

气压开仓作业施工前，必须进行气体检测，检测结果符合规范要求后方能进行开仓作业。

6.2工作人员进入前舱

开仓作业前对作业人员进行交底，使作业人员对人闸系统结构掌握牢固，确保操作准确无误。在确认人闸内压力达到工作压力后，进仓人员应再次确认人闸与开挖仓连接门的安全性，才能进入开挖仓。

入闸人体变化：压力越高，吸入气体就越多，尤其是氮气，首先溶解在身体血液里，然后进入组织里。从正带压力倒高压的沉淀物转变，会产生强烈的症状(比如耳痛、头痛、平衡性减弱和牙痛。如果空腔部分(例如鼻窦、耳膜、肠管)的空气补偿受阻(如感冒、鼻炎、咽炎)，可能导致紊乱。

6.3进入主室

1、检查显示仪表，带式记录仪，时钟，温度计，对讲机，紧急电话，密封阀等。检查密封门的清洁状况。

2、人员进入主室。

3、开动双带记录仪，检查其工作是否正常以及储纸量。

4、关闭主室与前室之间的隔离门，注意正确锁闭。

5、主室压力墙上的人闸门处于密封状态。

6、人闸管理员和在主室中坐着的人员建立电话联系。

7、人闸管理员缓慢打开“主室通入空气闸阀”，按规定缓慢增加主室的压力，直至达到工作压力。(人闸中的工作压力最高可达3bar,当超过3bar以后，就会通过安全阀自动卸压。)

8、当主室的压力和土仓内压力相同时，人闸中的人员缓慢打开主室和土仓之间的密封门，进入土仓。人闸管理员关闭带式记录仪。

6.4进入土仓

在带压换刀的情况下，当工人进入土仓后，最重要的是保证工人在工作过程中不受塌落材料和突然涌水的伤害。所以应根据地质情况，在停止掘进之后向土仓内的渣土中加入高性能膨润土，并用刀盘混合均匀形成泥墙，以稳定和密封开挖面。然后按以下步骤进行操作：

1、压缩空气调节设备的管路通过压力隔墙后面的单独接口用水进行冲洗，以防止挖掘下的材料进入压缩空气回路中。

2、清洗后给压缩空气装置加压(压力墙上所有的闸阀均关闭)。

3、开始向土仓内喷射压缩空气。

4、必须排除适量渣土，直到土仓压力隔板上面的土压计显示出在压缩空气调节设备上调定的空气压力。

5、停止刀盘和螺旋输送机的转动，关闭螺旋器闸门。

6、人员进入主室，由人闸安全管理员将主室调至土仓的压力状态。

7、人员进入人闸主室，待土仓和主室的压力平衡后，则可以小心打开土舱门进入土仓，在这一过程中，要时刻注意掌子面变化，土仓底部、切口环变化。

6.5更换刀具

刀具的具体更换步骤可参见中铁建的《盾构操作技术手册》以及相关图纸。

6.6离开主室

1、主室和前室之间的人闸门处于关闭状态。

2、要出来的人员离开土仓，进入主室。

3、压力墙门和压力墙上用于平衡压力的闸阀必须关闭。

4、人闸管理员和在人闸中坐着的人员之间建立电话联系。

5、人闸管理员打开带式记录仪。

6、人闸管理员在观察压力表“主室压力”和流量计“主室排气”的同时，开始使用“主室排气”阀缓慢降低主室压力。与此同时，使用闸阀“主室通入空气”向人闸通入空气。但不能使压力再次上升。

7、调节“主室排气”闸阀和“主室通入空气”闸阀，使人闸在通气的情况下达到一个符合规范的稳定而缓慢的降压过程。在这一过程中，“主室排气量”流量计显示的流量必须不低于没人0.5m3/min。

8、当主室压力达到带压后，就可以打开主室隔墙上通往前室的密封门，人员走出主室。

9、人闸管理员关闭带式记录仪，把进出过程(日期、时间、压力、人数等)登记到进出人闸登记薄中。

6.7前舱减压

工作人员在达到限定的工作时间(或出现不适)需进行减压，具体步骤如下：

1、工作人员到达前舱并关闭主舱与前舱的气密门。

2、主舱内人员使用电话与人闸值班员联系。

3、根据减压表的要求降低前舱的压力，观察前舱压力表和前舱进气流量计。

4、与此同时，人闸值班员同时打开排气阀，开始排气，无论如何此时压力不可以再次升高。

5、调节进气阀和排气阀，直到达到排气过程所规定的缓慢而恒定的压力降低速度，进气流量计的流量值每人至少为：0.5m3/min。

6、观察前舱压力表，当前舱内部的气压降到第一级压力值时，人闸值班员通过调节进气阀和排气阀，在规定的时间内保持压力恒定。人闸值班员应通过进气流量计经常检查人闸的排气情况。

7、在保压过程中重复5-6的步骤，直到舱内压力与外界的带压相同。

8、打开前舱与外界之间的舱门，人员从前舱出来。

9、人闸值班员将减压过程(日期、时间、压力、人数等)记录在人闸记录本上。

10、减压之后，必须按有关加压减压的规定，确保在压力下工作的人员在工作场所休息一定的时间。

七、高性能膨润土泥膜护壁运用成果

洋～洋区间地质情况复杂多变，多呈软硬不均，地下水含量丰富，且地面环境复杂，盾构掘进期间多次进行带压开仓换刀作业。采用传统膨润土建立泥膜护壁进行换刀作业风险大，且泥膜建立周期长，不易成型，严重影响了工期进度。针对工程特殊地质情况，项目部通过多次试验总结，引用高性能膨润土代替传统膨润土，取得了显著效果。

高性能膨润土材料带压开仓作业期间,地面稳定无明显沉降,刀盘掌子面稳定、无渗水,作业环境安全可靠。相对于传统的膨润土，针对盾构机在上软下硬地层刀具磨损严重，可有效解决上软下硬地层带压进仓难题,并确保了盾构机刀具更换全程安全、可靠,缩短了换刀工期，为盾构机顺利完成掘进任务提供了有力支持,也为今后相似地层盾构施工提供了宝贵的经验。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：

1.一种用于盾构施工的高性能膨润土，其特征在于所述高性能膨润土由a液膨润土浆体与b液塑化剂反应制备得到，膨润土浆体与塑化剂的质量比为14：1～16：1，所述膨润土浆体为钠基膨润土与水按照质量比1:1.5-1:2.5混合而得。

2.根据权利要求1所述的用于盾构施工的高性能膨润土，其特征在于所述a液膨润土浆体与b液塑化剂的质量比为15：1，所述膨润土浆体中钠基膨润土与水的质量比为1：2。

3.根据权利要求1或2所述的用于盾构施工的高性能膨润土，其特征在于所述a液膨润土浆体的塑化黏度为600dpa.s以上。

4.根据权利要求3所述的用于盾构施工的高性能膨润土，其特征在于所述高性能膨润土是将钠基膨润土与水在单独的浆罐内循环搅拌得到a液膨润土浆体，通过剪切泵将a液抽到盾构机同步储浆罐内，再向同步储浆罐内加入b液塑化剂，在同步储浆罐内将a液与b液混合均匀并搅拌制得的。

5.权利要求4所述的用于盾构施工的高性能膨润土的泥膜的制备工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：

(1)盾尾止水环：对脱出盾尾第5～7环进行双液注浆制备盾尾止水环，所述双液为水泥与水玻璃；

(2)高性能膨润土混合：利用盾构机上同步储浆罐对a液膨润土浆体和b液塑化剂进行混合制得高性能膨润土；

(3)盾构机机体包裹：利用盾构机机体上的预留孔，用同步注浆管在盾尾及脱出盾构机1～3环管片外侧，注高性能膨润土进行填充并包裹盾构机的前盾、中盾以及尾盾；

(4)浆渣置换:向盾构机的土仓中注入高性能膨润土，将土仓中的泥土置换出来；注入点位选用土仓隔板9～3点位之间的多个预留孔，从盾构机顶部压注；土仓中的泥土利用螺旋机进行排出；

(5)分级加压：通过少量多次的注入高性能膨润土进行加压，分四级加压，每级0.2bar，前面两级动态稳压2小时，最后一级要求稳压12小时；

(6)浆气置换:利用盾构机的压缩空气管路向土仓内输入空气对土仓进行加压，同时利用螺旋机从土仓中部抽排高性能膨润土；

(7)保压：浆气置换完成后，在保压系统开启的情况下，保压6小时以上即完成高性能膨润土泥膜。

6.根据权利要求5所述的用于盾构施工的高性能膨润土的泥膜的制备工艺，其特征在于所述高性能膨润土混合步骤中a液在储浆罐的存放量不能超过罐内卧式搅拌叶片的2/3高度。

7.根据权利要求5所述的用于盾构施工的高性能膨润土的泥膜的制备工艺，其特征在于所述的浆渣置换步骤中需确定土仓内压力稳定，压力波动控制在±0.5bar内。

8.根据权利要求5所述的用于盾构施工的高性能膨润土的泥膜的制备工艺，其特征在于所述的分级加压步骤中，第二级与第三级之间的时候，利用注入高性能膨润土的压力让盾构机后退。

9.根据权利要求5所述的用于盾构施工的高性能膨润土的泥膜的制备工艺，其特征在于所述的分级加压步骤中，第三级加压之前，转动刀盘，转速小于0.5rpm。

10.根据权利要求5所述的用于盾构施工的高性能膨润土的泥膜的制备工艺，其特征在于所述的浆气置换步骤中，输入空气的体积与排出高性能膨润土的体积一致。

技术总结

本发明公开了一种用于盾构施工的高性能膨润土及其泥膜的制备工艺，所述高性能膨润土由A液膨润土浆体与B液塑化剂反应制备得到，膨润土浆体与塑化剂的质量比为14：1～16：1，所述膨润土浆体为钠基膨润土与水按照质量比1:1.5?1:2.5混合而得。本发明所述的高性能膨润土具有隔水性、裹挟性好、与不同介质的附着力强、不同压力作用下的渗透性能强的特性。制作的高性能膨润土泥膜具有良好的密闭性和附着性，比普通膨润土泥膜稳压效果更好，更能保证地面安全。高性能膨润土原材料来源广泛，制作成本较低，施工操作简便，尤其适用于复杂地质条件下需高频带压开仓换刀地段，能缩短换刀工期，提高经济效益。

技术研发人员：周运;陈世君;张静;李吉;赵宇东;赵鑫;王伟;李煌;陈潇

受保护的技术使用者：中铁五局集团有限公司城市轨道交通工程分公司

技术研发日：2019.10.09

技术公布日：2020.01.10