发布时间 : 星期五 文章盾构机在砂层中掘进的渣土改良技术 (论文)更新完毕开始阅读d6001beb42323968011ca300a6c30c225801f080
图2 膨化池、循环装置、滤网
图3通过挤压泵注入台车
通过现场试验和经济型对比，最终确定本项目掺膨润土、泡沫剂改良配合比（单环体积比m3），渣土，1:6膨润土溶液：3%泡沫剂溶液=46.4：7：0.77。
1:6膨润土浆液7m3（膨润土约750kg），3%泡沫剂原液0.77m3（泡沫剂23.2L），改良效果良好，坍落度试验实测170mm。通过改进的膨润土浆液和泡沫混合后注入刀盘，推进时刀盘扭力减小，速度明显提高，渣土和易性较好，坍落度为185mm。
本工程所用的膨润土供应厂家按照本工程实际特点在膨润土内掺了一定量的聚合物，所以膨润土的膨化效果较好。
（3）高分子聚合物的应用
在河南大学站～文苑北路站区间左线掘进至贾鲁河时（230环～255环附近），地层地下水水量丰富，单独使用膨润土和泡沫剂混合液进行改良时，过程中加大了膨润土的注入量和泡沫剂的掺量（泡沫剂原液配置提高到5%），通过膨润土和泡沫注入系统往土仓内注入混合液对高含水量的渣土进行改良。加大泡沫混合液浓度是为了提高发泡倍率，能更好的填充砂土间的孔隙，起到止水的作用。
渣土的含水量过大导致螺旋输送机喷水时，可采取往土仓内注入高分子聚合物，使渣土流动性降低，能起到较好的改良效果，在河～文左线掘进期间通过摸索和试验，得出了合理、适用本地层的聚合物改良渣土的配合比。
聚合物是北京合东双产的高吸水性树脂聚合物，经试验，从螺旋机喷出的饱和水的砂土中取样，按千分之三的配置聚合物溶液掺入10%至水分饱和的砂土内充分搅拌均匀，在10s左右的时间内能使改良后的渣土具有较好的粘聚性和稠度，而且没有泌水现象，经试验测得坍落度为150mm。改良后的效果较膨润土混合液的改良效果好。
千分之三的聚合物溶液掺量10%，每环4.64m3的溶液，聚合物每环使用约18kg。
试验人员渣土改良配合比现场试配图
（4）施工中遇到的问题及渣土改良措施
河南大学站～文苑北路站区间左线掘进开始比较不顺利，对砂层地段的敏感性估计不足，同步注浆量未及时跟进，注浆量也略显不足导致掘进期间当日沉降量一直超报警值，最大达到了10cm，针对此现象项目部管理人员和专家一起探讨分析原因，得出结论：海瑞克机子刀盘直径6280mm，盾体直径6250mm，本身刀盘和盾体就存在30mm的间隙，所处沉积砂层内受扰动的敏感性强，在管片脱出盾尾时会产生一定的沉降；加上注浆量按理论方量注浆6m3，而实际情况是地层含水量大，同步注浆浆液会产生部分流失，会进一步影响沉降量。后期改进：使用掺有聚合物的膨润土和泡沫剂混合注入刀盘进行渣土改良，形成保水较好的护壁，提高渣土的改良效果。同时对同步注浆浆液由原来的硬性浆液改为惰性浆液，提高浆液稠度并加大注浆量到7~8m3/环，采取这些措施后，刀盘的扭力和推进速度得到明显改善，后续掘进的沉降量也明显得到好转。
在左线掘进至235环时，由于地处贾鲁河，地下水水量增大，导致螺旋输送机喷水和涌砂，原先的渣土改良配合比已不能完全满足该地段的施工，经试验采取往土仓内注入高分子聚合物（5‰的聚合物原液，掺入比为理论渣土量的10%），使渣土流动性降低，能起到较好的改良效果，在河～文左线掘进期间通过摸索和试验，得出了合理、适用本地层的聚合物改良渣土的配合比。2015年9月24日左线出洞完成接收，从现场刀盘可以看到结了较多的泥饼，分析主要原因是由于掘进过河阶段停机影响和前期渣土改良效果较差，掘进过程中刀盘内由于油温较高导致了泥饼的产生，后期掘进过程中应吸取经验，保证渣土改良效果减少不必要的停机情况的发生。
膨润土与泡沫混合后的渣土改良效果图
河～文区间左线盾构出洞后刀盘结泥饼图
3 经济评价
通过现场试验和经济型对比，最终确定本项目掺膨润土、泡沫剂改良配合比（单环体积比m3），渣土：1:6膨润土溶液：3%泡沫剂溶液=46.4：7：0.77，1:6膨润土浆液7m3（膨润土约750kg），3%泡沫剂原液0.77m3（泡沫剂23.2L），改良效果良好，坍落度170mm。每环单价为0.75×520+23.2×6=529.2元。
千分之三的聚合物溶液掺量10%，每环4.64m3的溶液，聚合物每环约18kg。该聚合物单价为3万元每吨，聚合物渣土改良每环单价为18×30=540元。
综合考虑，本项目采用1:6膨润土溶液掺量15%，3%泡沫剂发泡后掺量20%对盾构施工的渣土进行改良。
4 结论及建议
4.1 结论
(1)盾构在全断面砂层中掘进施工，采用膨润土浆液和泡沫混合添加技术，能有效改善土体塑流性和护壁情况。
(2)高水压砂层中掘进施工，可采用参聚合物的膨润土和泡沫混合添加以改善土体效果，过程中应增大膨润土和泡沫混合液的浓度，减少注入的水量。
(3)遇到螺旋机喷涌时往土仓注高分子聚合物能有效止水，具体注入参数可根据实际试验来进行验证，本项目左线推进时：采用5‰的聚合物原液，掺入比为理论渣土量的10%。 4.2 建议
(1)泡沫注入过程中必须严密注意压力显示，有堵塞情况时加大气流疏通，严重时可用增压水泵的水压来疏通。推进速度不应过快，过快会造成渣土与添加改良材料混合不及时，改良效果差。
(2)操作司机每个交接班前单独操作每一管路，检查堵塞情况。如有堵塞情况发生，单独用加大流量的方法疏通堵塞部位，严重时可用超挖刀泵的液压油疏通。
(3)膨润土浆严格按工程部试验人员下达的配合比进行拌制，要求膨化时间要保证在8小时以上，使膨润土充分膨化。
(4)盾构掘进过程中严格控制渣土改良配合比，保证盾构机的工作连续性，防止产生泥饼而导致刀盘扭力增大。过程中有泥饼产生时可采取往刀盘内注入快速渗透剂消解土仓和刀盘内的部分泥饼，保证推进扭力和掘进速度。