一种砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂及其制备方法

本发明属于泥水盾构泥浆调节，尤其涉及一种砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会的发展，城市轨道交通已成为城市发展的重点建设项目之一，泥水平衡盾构由于机械化程度高，施工速度快，安全可靠等优点在轨道建设中广泛应用，并朝着大断面、大埋深、长距离等方向不断发展。砂性地层黏聚力较低，稳定性较差，泥水平衡盾构在该类地层掘进时，极易出现开挖面坍塌等事故。

2、泥水盾构掘进时，泥浆将在压力作用下向开挖面前方渗透，逐渐堵塞孔隙，形成透水性较小的泥膜，但在砂性地层等透水性较强地层，泥浆往往难以形成泥膜，开挖面无法得到有效支护。为此在工程上往往通过提高泥浆黏度以保障泥膜的稳定性。

3、cn 111484269 a公开了一种水泥基灌浆材料用黏度调节剂，水溶性高分子聚合物包括淀粉、黄原胶、瓜尔胶、聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺的一种或两种以上组合，但是该专利所提供的黏度调节剂是针对水泥材料来言的，该专利限定材料的比例，浓度并不能适用于泥浆黏度的调节。

4、cn112851216a公开的材料配制的泥浆材料粘度较低，满足不了泥水盾构在砂性地层掘进时泥浆成膜的基本粘度需求，而且该专利所用材料不能满足环境需要。

5、cn 111663948 a针对土压平衡盾构富水砂卵石地层施工时土体流塑性差，排土困难等问题，提供了一种富水砂卵石地层盾构渣土改良外加剂，该材料仅适用于土压盾构的渣土性能调节，并不能对泥水盾构的泥浆性能进行调控，且并未考虑到生态环保的需求。

6、现有的提高泥浆黏度方法主要为增加膨润土含量和添加外加剂，然而膨润土添加过多会影响泥浆的泵送能力，而现有的外加剂性能与生态方面都还存在较大不足，因此，如何研发一种绿色外加剂，保障泥水盾构绿色安全施工是亟需解决的重要问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂及其制备方法，本发明的绿色外加剂可以有效提高泥浆黏度，且所用原料均为环保型材质，能够满足盾构施工的需求。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明的技术方案之一：

4、一种砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂，按照质量份数计，包括以下原料：

5、绿色高分子材料40-70份、环保型表面活性剂10-15份、纤维素衍生物5-10份、矿物掺合料2-5份、泵送剂2-3份以及ph调节剂3-8份。

6、本发明的外加剂可以显著增加泥浆的黏度，保障施工的安全顺利实施，改良后的泥浆可在砂性地层形成稳定泥膜，提高了改良效果，此外，本发明提供的泥浆调控绿色外加剂所构成组分都是绿色无污染的，可以随着时间推移逐渐分解。

7、优选的，所述砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂，按照质量份数计，包括以下原料：绿色高分子材料40-50份、环保型表面活性剂10-12份、纤维素衍生物5-7份、矿物掺合料2-3份、泵送剂2份以及ph调节剂3-5份。

8、更优选的，所述砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂，按照质量份数计，包括以下原料：绿色高分子材料50份、环保型表面活性剂12份、纤维素衍生物7份、矿物掺合料3份、泵送剂2份以及ph调节剂5份。

9、优选的，所述绿色高分子材料为瓜尔胶、黄原胶与阴离子聚丙烯酰胺(pam)的混合物，三者的质量比为2:2:1-3:4:1，优选为2:2:1。瓜尔胶与黄原胶作为天然的多糖类天然高分子，加入泥浆中可以有效提高泥浆的黏度，阴离子聚丙烯酰胺为低毒性水溶高分子聚合物，具备良好的生物相容性。在本发明限定的范围内，瓜尔胶与黄原胶可以与阴离子聚丙烯酰胺充分混合，且使得混合物的黏度最高。

10、优选的，所述瓜尔胶为高酯化瓜尔胶，目数在60-80目之间。瓜尔胶目数过大或过小会影响材料的混合效果，影响材料分散的均匀程度，在上述目数范围内可以使材料具有最佳的混合效果。

11、优选的，所述黄原胶为标准黄原胶，目数在80-100目之间。

12、优选的，所述高酯化瓜尔胶分子中羟基基团为甲酰化基团，水溶性良好，成胶性较强。

13、优选的，所述阴离子聚丙烯酰胺的数均分子量在1000-1200万之间，ph在6.5-8之间。分子量较高的阴离子聚丙烯酰胺具有更好的增黏效果。但是，过高的分子量的阴离子聚丙烯酰胺可能会导致泥浆过于粘稠，影响后续处理。不同的ph条件下，泥浆中的悬浮物颗粒表面电荷状态会发生变化，从而影响pam与颗粒之间的相互作用，在这个ph范围内，阴离子聚丙烯酰胺的溶解性较好，增黏效果最强。

14、优选的，所述环保型表面活性剂为脂肪酸甲酯磺酸盐与烷基糖苷的混合物，二者的质量比为1:1-1:2，优选为1:2。脂肪酸甲酯磺酸盐与烷基糖苷混合使用后可以降低材料的刺激性，产生明显的协同增效作用。表面活性剂分子吸附于泥浆表面时，亲水基团向水延伸，疏水基团则向外露，形成疏水基团相对集中的表面层，这种排列减少了液体表面上的疏水基团之间的相互作用，降低了液体表面的能量，减少了表面张力，提高了泥浆的流动性、稳定性和润湿性等性能，增加了与地层的结合力。此外，表面活性剂与绿色高分子聚合物协同使用时，表面活性剂在聚合物的分子结构上产生吸附，从而增加其黏度。

15、优选的，所述纤维素衍生物为羟乙基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素和羟丙基纤维素中的至少一种，更优选为羧甲基纤维素。纤维素衍生物的加入可以大大改善泥浆的流动性，助力泥浆渗透地层，尤其为羧甲基纤维素效果最佳。除此以外，纤维素衍生物与泵送剂协同使用，可以进一步增加泥浆泵送性。

16、优选的，所述矿物掺合料为粉煤灰、石灰石粉、钢渣粉和矿渣粉中的至少一种，更优选为粉煤灰和矿渣粉的混合物，二者质量比为1:2。

17、优选的，所述粉煤灰为c类粉煤灰，其是由褐煤或次烟煤煅烧收集的高钙粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10％；所述矿渣粉为粒化高炉矿渣粉，主要含有氧化钙和氧化硅等成分。

18、优选的，所述泵送剂为聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚丙二醇、聚山梨酸酯和聚羧酸中的至少一种，更优选为聚乙二醇和聚丙二醇，二者质量比为2:1。泵送剂的加入增加了泥浆的泵送性。除此以外，在该比例下泵送剂与绿色高分子材料复掺时，能有效提高泥浆成膜的力学性能，达到最佳的协同优化效果。

19、优选的，所述ph调节剂为纯碱(即碳酸钠)。ph调节剂的加入，可以提高泥浆黏度，本发明中将ph控制在7.5-8.0之间，在这个范围内，泥浆黏度可以达到最高，优选ph为7.5。若ph值＞8时，为碱性物质，会使高分子聚合物的极性基团脱落，影响粘度。

20、本发明的技术方案之二：

21、本发明还提供一种所述的砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂的制备方法，包括以下步骤：

22、按配比称量各原料，将绿色高分子材料与纤维素衍生物加入水中，搅拌至溶解，加入ph调节剂调节ph为7.5-8.0，加入矿物掺合料和环保型表面活性剂，搅拌至溶解，加入泵送剂，搅拌至溶解，即得到所述砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂。

23、优选的，搅拌时控制搅拌速度为每分钟60-100转。

24、本发明的技术方案之三：

25、本发明还提供所述的砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂在制备砂性地层泥水盾构泥浆中的应用。

26、优选的，所述砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂在制备砂性地层泥水盾构泥浆时注入率为3-5％。

27、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

28、(1)本发明的砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂可以显著增加泥浆的黏度，保障施工的安全顺利实施，改良后的泥浆可在砂性地层形成稳定泥膜。同时本发明泵送剂的加入，增加了泵送性，能够有效降低堵管的风险，提高了改良效果，本发明提供的砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂所构成组分都是绿色无污染的，可以随着时间推移逐渐分解。

29、(2)本发明的砂性地层泥水盾构泥浆调控绿色外加剂配制方法简单，便于推广使用。