某大直徑盾構(gòu)工程膨潤土應(yīng)用實踐

陳立松

（廣東省佛山地質(zhì)局，廣東 佛山 528000）

某大直徑盾構(gòu)工程膨潤土應(yīng)用實踐

陳立松

（廣東省佛山地質(zhì)局，廣東 佛山 528000）

在廣東某大直徑盾構(gòu)工程施工中，根據(jù)施工地層環(huán)境、水質(zhì)、泥漿指標(biāo)要求，設(shè)計了不同的泥漿配制方案，測試了泥漿的各項基本指標(biāo)，通過試驗?zāi)M泥膜的形成過程，測試泥漿在不同時間段的平均失水速率來評估泥膜質(zhì)量。經(jīng)過對比，配方4泥漿的各項指標(biāo)符合施工方的要求，并成功運用于大型盾構(gòu)施工。

大直徑；盾構(gòu)；膨潤土；泥漿；泥膜

泥漿是盾構(gòu)工程的“血液”，沒有泥漿，施工就不能順利進行。隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進程的加快，對膨潤土泥漿的需求很大，特別是近年來各大城市大規(guī)模建設(shè)地鐵，盾構(gòu)泥漿的需求量呈井噴式增長。泥漿在泥水平衡盾構(gòu)中的第一作用是在開挖面上形成泥膜，防止開挖面垮塌；第二作用是攜帶砂屑和保護盾構(gòu)機刀頭。泥漿質(zhì)量直接關(guān)系到施工安全問題，近年來因為使用不合格的泥漿而屢次造成了嚴(yán)重的安全事故，特別是開挖面的垮塌事故。盾構(gòu)泥漿的配制受很多因素影響，下面結(jié)合廣東省某大直徑盾構(gòu)穿越工程施工中膨潤土泥漿配制做個總結(jié)，為以后相關(guān)的工程施工提供借鑒。

1 工程概況及水文特征

廣東省某大直徑盾構(gòu)穿越工程具有穿越河流、地層復(fù)雜、直徑大、水壓高、穿越距離長的特點。因受河流兩端連接條件、河流航道通行要求及地層條件等限制，穿越工程采用深埋方案，兩端大縱坡快速進入基巖，因此水頭壓力大。施工方考慮到穿越的地層水壓高，穿越距離長，地層多變、復(fù)雜，且盾構(gòu)直徑大，因此對泥漿要求很高。特別是在地層裂隙發(fā)達(dá)，水量充沛穿越段，容易引起開挖面垮塌的安全事故。

施工方委托勘查單位對盾構(gòu)周邊地質(zhì)做了詳細(xì)勘查，岸邊段底層的基巖以砂巖、泥巖、石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，基巖上面覆蓋淤泥及砂層為主的第四系土層；水下段以淤泥、砂層及細(xì)圓礫土為主，且存在斷層和破碎帶。

該施工水域為出?？?，該水域航道河流復(fù)雜，多條水道匯流，徑潮交匯，河流年徑流量大，含沙量小，但總輸沙量大。河槽容積大，潮差雖小，進潮量、潮汐作用十分顯著，漲潮流勢強勁。漲潮時，水中含鹽分，對施工不利。

2 造漿用水分析

在施工現(xiàn)場抽取了造漿用水，帶回實驗室進行水質(zhì)分析，分析結(jié)果見表1。

從表1的水質(zhì)分析結(jié)果可以看出，造漿用水含鹽量較高，這可能是因為漲潮時海水入侵造成的。

表1 水質(zhì)分析結(jié)果

3 施工配漿試驗

施工現(xiàn)場使用兩個35m3左右箱子作為儲漿罐，配漿使用高速噴漿機，造漿材料從噴漿機的漏斗中加入，被噴漿機的負(fù)壓吸入漏斗中，在管道中與水混合后高速噴射到儲漿罐中循環(huán)，為使攪拌更加均勻，儲漿罐中安裝有低速攪拌葉，造漿材料經(jīng)過高速噴漿機分散后，在儲漿罐中繼續(xù)低速攪拌2.5h。泥漿材料和配漿方法由四會市飛來峰非金屬礦物材料有限公司的技術(shù)人員在現(xiàn)場指導(dǎo)。試驗結(jié)果見表2。

從表2中可以看出，配方1只加膨潤土，粘度較低，而且膠體率不高，產(chǎn)生水土分層，這是因為水質(zhì)中含鹽造成的。配方2中加入PAC助劑后，粘度、膠體率明顯提升，但膠體率只有91.5%，還是會有少量的水土分層。配方3中加入PAM高分子助劑后，粘度雖然有所提升，但膠體率反而降低了，說明PAM抗海水效果不好，對泥漿的懸浮起了反作用。配方4中加入抗海水助劑PO后，粘度提升明顯，膠體率也達(dá)到了100.0%，說明PO的抗海水能力最好。

表2 配漿方法及指標(biāo)

4 盾構(gòu)泥膜模擬試驗

高質(zhì)量的泥膜對開挖面保持穩(wěn)定具有重要意義。致密，而且薄、韌的泥膜既可阻止泥漿進一步向地層中滲透，又可以將泥漿壓力作用在開挖面上防止垮塌。在試驗室用現(xiàn)場開挖面的泥沙模擬地層，在0.78MPa壓力下，測試泥漿不同時間段的濾失量，用以評價不同泥漿在施工環(huán)境中形成泥膜質(zhì)量。泥膜形成后，泥漿濾失量越小則泥膜越致密，泥膜質(zhì)量越好。

4.1 試驗方法

制作一個內(nèi)徑65mm，高350mm，能承受0.78MPa以上壓力的圓柱形，有帶濾網(wǎng)開孔蓋的不銹鋼裝置，在圓柱體中裝入從現(xiàn)場開挖面帶回來的泥沙、粘土、礫石。泥沙填充振實后高150mm，上部注入150mm高的泥漿，蓋上開孔密封蓋，連接進氣閥，調(diào)節(jié)氣壓，設(shè)置0.78MPa的壓力值。在壓力的作用下，泥漿向泥沙滲透，并形成泥膜。泥漿中的水穿過泥膜和砂層進入量筒，分時間段計時并記錄濾失量。裝置見下圖。

模擬泥漿泥膜形成及濾失裝置

4.2 試驗結(jié)果及分析

分別試驗了4個配方的泥漿在0.78MPa壓力下不同時間段的濾失量，總時間為30min，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后得出不同時間段內(nèi)平均每分鐘的濾失量及總濾失量。試驗結(jié)果見表3。

表3 0.78MPa壓力下不同時間段單位時間泥漿濾失量及總濾失量統(tǒng)計

從表3中可以看出，每個配方的泥漿在壓力作用下，泥漿的流失速度是先快后慢，這是因為泥漿在壓力作用下，剛開始快速失水，粘土顆粒進入土層，填充在粘土、沙粒、礫石縫隙中，形成泥膜。從不同時間段的濾失速度統(tǒng)計結(jié)果看，前面泥漿濾失速度快，后面濾失速度快速降低。這是因為前面泥漿快速濾失，形成泥膜，隨著時間的延長，泥膜逐漸變得緊密，所以失水速度下降。對比4個配方不同時間段泥漿的濾失速度，可明顯看出配方4的濾失速度最慢，而且在15～30min這個時間段，泥漿的濾失量最低，說明配方4的泥漿形成的泥膜最為緊密。這就說明，配方4的泥漿在施工中，可以在開挖的掌子面上形成緊密、強度高的泥膜，對掌子面的穩(wěn)定極其有利。施工方對泥漿濾失量指標(biāo)是≤16mL/30min，因此，配方4的泥漿濾失量指標(biāo)達(dá)到施工方的要求。

5 結(jié)論

(1) 施工現(xiàn)場因為靠近出?？冢Ｋ毕饔脮泻Ｋ肭?，造成水中含鹽。經(jīng)過水質(zhì)分析，水中含有氯、鈣、鎂、鉀、鈉、硫酸鹽等離子，對膨潤土造漿不利。

(2) 經(jīng)現(xiàn)場調(diào)漿對比試驗，單純的用膨潤土造漿會發(fā)生水土分層，膠體率不達(dá)標(biāo)，粘度較低，達(dá)不到施工方的要求，經(jīng)過添加幾種添加劑做對比試驗，發(fā)現(xiàn)PO對含鹽的水質(zhì)造漿具有較好的效果。

(3) 通過泥膜模擬試驗分析，發(fā)現(xiàn)配方4的泥漿在泥膜形成過程中濾失量最低，從15～30min的平均濾失量指標(biāo)可知，配方4泥漿形成的泥膜也最為緊密。

(4) 配方4的各項指標(biāo)滿足施工泥漿的指標(biāo)要求，與現(xiàn)場施工人員溝通后，決定用配方4作為盾構(gòu)泥漿的施工配方。施工過程中，掌子面沒有發(fā)生垮塌事故。

Application Practice of Bentonite With Large Diameter Shield

CHEN Li-song(Foshan Geological Bureau of Guangdong Province, Foshan 528000, China)

In the construction of a large diameter shield project in Guangdong, according to the requirements of formation environment, water quality and mud index, different mud preparation schemes were designed, and the basic indexes of mud were tested. The formation process of mud film was simulated by experiment. The average water loss rate of the mud at different times to assess the quality of the mud. After comparison, the formula 4 mud indicators meet the requirements of the construction side, and successfully applied to large-scale shield construction.

large diameter; shield; bentonite; mud; mud film

TU528.32

A

1007-9386(2017)04-0011-02

2017-08-17