復(fù)雜地層中盾構(gòu)施工渣土改良技術(shù)研究

宋立平

摘要： 在進(jìn)行隧道開挖過程中，為了保證施工質(zhì)量，經(jīng)常使用盾構(gòu)法，盾構(gòu)施工中需要根據(jù)實(shí)際的施工進(jìn)度，對渣土狀態(tài)進(jìn)行及時調(diào)整和改良，從而實(shí)現(xiàn)施工過程的穩(wěn)定發(fā)展，保證施工安全。但是針對復(fù)雜地層，施工單位需要根據(jù)施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況，分析并充分的了解渣土特點(diǎn)，選擇最佳的渣土改良劑，保證實(shí)際改良的效果。因此，本文針對復(fù)雜地層中盾構(gòu)施工中渣土改良技術(shù)展開論述，為隧道工程建設(shè)提供可視化的參考依據(jù)。

Abstract： In the process of tunnel excavation， in order to ensure the construction quality， the shield method is often used. In the shield construction， it is necessary to timely adjust and improve the status of the muck according to the actual construction progress so as to achieve the stable development of the construction process and ensure construction safety. However， for complex formation， the construction unit needs to analyze and fully understand the characteristics of the muck according to the geological conditions at the construction site， and select the best muck improver to ensure the actual improvement effect. Therefore， this article discusses the muck improvement in shield tunnel construction in complex formation， to provide a visual reference for tunnel construction.

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜地層；盾構(gòu)施工；渣土改良

Key words： complex formation；shield construction；improvement of muck

中圖分類號：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0156-02

0 引言

隨著盾構(gòu)技術(shù)水平的不斷提升，渣土改良受到了施工單位的廣泛關(guān)注。但是盾構(gòu)施工過程中，會產(chǎn)生大量各種形式的渣土，其中渣土的吸水性和流塑性會對盾構(gòu)掘進(jìn)速度和效率產(chǎn)生非常明顯的影響，一旦處理不當(dāng)，不僅可能造成施工事故，還可能會減少盾構(gòu)機(jī)的使用壽命。因此，施工單位在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，需要采取有效措施對渣土性能進(jìn)行改良，防止出現(xiàn)泥餅，解決實(shí)際遇到的堵塞和噴涌問題，重點(diǎn)提升渣土改良的效果，控制好盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度，采用合理掘進(jìn)模式，降低掘進(jìn)成本，保證工程施工質(zhì)量。因此，本文主要針對在復(fù)雜地層中，盾構(gòu)施工渣土改良技術(shù)進(jìn)行分析，并且提出相應(yīng)的解決措施和建議。

1 渣土改良劑應(yīng)用分析

根據(jù)當(dāng)前行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，國內(nèi)外盾構(gòu)機(jī)采用的土質(zhì)改良劑，主要利用刀盤、土倉以及螺旋輸送機(jī)注入膨潤土泥漿或者發(fā)泡劑，從而對渣土進(jìn)行有效的改良。第一，膨潤土泥漿，這種改良劑能夠提升渣土的粘滯性和不透水性，優(yōu)化掘進(jìn)工作環(huán)境，提升螺旋輸送機(jī)的性能，為渣土運(yùn)輸提供便利。第二，發(fā)泡劑。主要利用土倉和螺旋輸送機(jī)，對渣土進(jìn)行改良，為渣土運(yùn)輸創(chuàng)造良好的條件。在進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，遇到沙土以及少量粘土或者具有較強(qiáng)透水性的花崗巖地層時，采用發(fā)泡劑可以獲得良好的效果。第三，水。在盾構(gòu)機(jī)實(shí)際掘進(jìn)過程中，遇到堅硬圍巖時，產(chǎn)生的渣土比較干，流動性較差，如果單純的注入泡沫劑或者膨潤土泥漿，就很難獲得良好的效果。因此，施工人員可以注入適量的水，從而提升渣土改良的效果，需要控制好渣土的物理狀態(tài)，防止出現(xiàn)污染的情況。第四，高分子聚合物。在實(shí)際應(yīng)用過程中，高分子聚合物屬于均質(zhì)的液體泡沫劑，在進(jìn)行管道運(yùn)輸過程中，會產(chǎn)生泡沫，提升渣土的粘滯性，優(yōu)化實(shí)際工作環(huán)境，提升土倉的密封性，為渣土運(yùn)輸提供便利。并且渣土中的泡沫會自動分解，一旦泡沫消失，已經(jīng)注入泡沫的渣土就會恢復(fù)到原來的狀態(tài)。

2 某工程復(fù)雜地層中盾構(gòu)施工渣土改良技術(shù)分析

2.1 工程地層情況

在本標(biāo)段隧道工程施工過程中，地質(zhì)主要以人工填土為主，掘進(jìn)需要經(jīng)過粗砂、沙礫以及圓礫層。根據(jù)實(shí)際巖土性質(zhì)，自上而下主要包括雜土層、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、中砂、泥質(zhì)粉砂巖等。

在本區(qū)間內(nèi)，地下水類型多樣，具體包括孔隙水、上層滯水以及裂隙水等，其中孔隙水主要分布在砂卵石層中，水位埋深大致為8米左右，并且在河道底部，具有很厚的粘土層，但是河水與地下水沒有直接聯(lián)系。經(jīng)過人工整治以后，為了保證施工安全，在河床底部，施工單位采取了相應(yīng)的預(yù)防措施。由此可知，降水通過滲透的方式，補(bǔ)給地下水。

在本次區(qū)間工程施工過程中，盾構(gòu)機(jī)需要穿越多個土層，主要包括細(xì)砂、中砂、粗砂以及礫砂等，并且根據(jù)實(shí)際勘探的情況，整個隧道結(jié)構(gòu)富水情況嚴(yán)重，并且在砂質(zhì)地層中，渣土缺乏顆粒物質(zhì)，并且顆粒的間隙很大，在壓力的作用，砂質(zhì)地層具有很高的滲透性。在盾構(gòu)機(jī)的盾構(gòu)過程中，產(chǎn)生的渣土流塑性比較差，在土倉內(nèi)，水與渣土出現(xiàn)分離的情況，一旦沒有得到有效處理，螺旋機(jī)在運(yùn)行過程中，就會噴射出高壓泥渣，導(dǎo)致地面出現(xiàn)塌陷事故。所以在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，需要做好渣土的改良工作，保證工程施工質(zhì)量。在進(jìn)行本次共工程渣土改良過程中，需要注意以下幾個方面：第一，需要對刀盤前的土體進(jìn)行連續(xù)的改良。第二，針對刀盤切削下來的土體，要對其流動性進(jìn)行改良，保證土倉內(nèi)外壓力平衡，保證土地穩(wěn)定。第三，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，施工操作人員需要及時排出刀盤切削進(jìn)入土倉的土體，防止出現(xiàn)泥餅。endprint

2.2 選擇合理的添加劑

根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)外工程施工現(xiàn)狀，主要利用刀盤、土倉等注入相應(yīng)的膨潤土或者泡沫劑，然后改良渣土。第一，在注入膨潤土泥漿過程中，能夠有效提升渣土的粘滯性，優(yōu)化施工現(xiàn)場環(huán)境，改善渣土性能，為渣土運(yùn)輸提供便利的條件。第二，泡沫劑主要利用土倉和螺栓輸送機(jī)，做好渣土改良工作，在進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，遇到具有很強(qiáng)透水性的砂土，需要利用泡沫劑對渣土進(jìn)行改良。第三，高吸水聚合物。在應(yīng)用高吸水性樹脂過程中，能夠吸收大量的地下水，讓渣土保持膠凝狀態(tài)，防止由于地基噴涌情況，保證工程是施工安全。

在進(jìn)行實(shí)際渣土改良過程中，由于渣土改良劑具有不同的性能，并且應(yīng)用在不同的地層，具有各自的優(yōu)勢和特點(diǎn)。其中膨潤土具有流動性和不透水性的優(yōu)點(diǎn)，比較適用于砂卵石層，但是存在的缺點(diǎn)就是需要制泥設(shè)備。防粘附能力較差。泡沫劑也具有良好的不透水性和流動性，適用范圍比較廣。高吸水聚合物呈現(xiàn)出良好的凝膠狀態(tài)，能夠防止噴涌情況，適用于高水位和含水量高的土層，但是存在的缺點(diǎn)就是容易與土層中的酸堿物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，在盾構(gòu)掘進(jìn)工程施工開始前，施工單位需要重點(diǎn)分析工程地質(zhì)的特點(diǎn)，選擇最佳的改良劑。

2.3 盾構(gòu)施工渣土改良方案分析

施工單位在制定渣土改良過程中，需要做好施工現(xiàn)場水文地質(zhì)勘探工作，需要根據(jù)實(shí)際沙礫級配，控制好泡沫劑和膨潤土的用量。在原材料選擇過程中，施工單位要根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，選擇優(yōu)質(zhì)的改良劑，在原材料進(jìn)場以后，需要做好二次檢驗(yàn)，保證滿足施工現(xiàn)場技術(shù)要求。

在進(jìn)行設(shè)備選型控制過程中，需要結(jié)合施工情況做好管路試噴工作，保證管道的可行性。在本次項目工程施工過程中，主要采用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，其中刀盤直徑為6.28米，并且配有泡沫注入系統(tǒng)和膨潤土系統(tǒng)。泡沫系統(tǒng)主要包括六路單獨(dú)管道，然后在刀盤對應(yīng)的六個注入口，并且安裝4根攪拌棒，然后一起攪拌渣土，提升渣土的和易性，防止渣土出現(xiàn)離析問題。同時在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以有效防止噴涌問題，采取的具體措施主要指在泡沫發(fā)生裝置安裝隔膜泵和鐵皮水桶，然后在水桶里注入高分子聚合物和水，然后通過管路進(jìn)入刀盤，發(fā)揮防止噴涌的作用。在螺旋機(jī)的下部和上部，主要安裝三個主入口，可以根據(jù)實(shí)際掘進(jìn)情況，注入不同的改良劑，為了保證實(shí)際改良的效果，需要配備相應(yīng)的保壓泵，然后設(shè)置保壓泵借口，可以有效防止噴涌作用。

為了控制好渣土改良的效果，在實(shí)際改良過程中，需要不斷嚴(yán)格原材料進(jìn)場工序，對進(jìn)入施工現(xiàn)場的原材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢查；控制好膨潤土的配比，分析實(shí)際的沉淀發(fā)酵效果；結(jié)合實(shí)際的膨化時間，控制好實(shí)際的膨化質(zhì)量；在每環(huán)掘進(jìn)過程中，需要根據(jù)施工現(xiàn)場情況，控制好膨潤土和泡沫液的數(shù)量，根據(jù)異常的出土情況，對改良劑的注入率進(jìn)行及時有效的調(diào)整；在實(shí)際施工過程中，一旦出現(xiàn)膨潤土堵管的情況，施工操作人員要采取有效的措施進(jìn)行疏通，防止影響到二次開機(jī)，產(chǎn)生局部沉降過大的問題。同時根據(jù)盾構(gòu)機(jī)實(shí)際掘進(jìn)情況，進(jìn)行定期的檢查，并且做好相應(yīng)的記錄，重點(diǎn)做好管路維護(hù)管理工作，防止出現(xiàn)堵塞的情況。在進(jìn)行出土量控制過程中，需要分析出土的性質(zhì)，然后根據(jù)渣土的出土情況，調(diào)整改良劑的注入量，保證工程施工順利進(jìn)行。在本次盾構(gòu)工程施工過程中，在端頭加固段，主要采用三軸攪拌樁和高壓旋噴樁結(jié)合的形式，提升施工現(xiàn)場取芯的效果，控制好分段掘進(jìn)的除渣情況，保證渣土具有良好的粘度。同時，為了有效防止刀盤出現(xiàn)泥餅的情況，最大限度地降低刀盤的溫度，根據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)情況，施工單位主要采用泡沫改良的技術(shù)，在刀盤六個主入口中，全部為泡沫改良劑，其中濃度為2～4.5%。施工單位需要根據(jù)實(shí)際加固區(qū)的距離延長，有效控制泡沫的濃度。在加固區(qū)以外，區(qū)段主要位于始發(fā)的掘進(jìn)降水井降水范圍之間，在刀盤掌子面渣上，具有較小的含水量。因此，為了保證土體和易性，需要重點(diǎn)做好掌子面渣土改良工作，施工單位需要把渣土改良和膨潤土改良混合在一起，從而提升實(shí)際改良的效果。下面針對實(shí)際配對的比例進(jìn)行分析。在進(jìn)行膨潤土配比過程中，泡沫的濃度為2.5%，在每環(huán)需要注入70升水，膨潤土漿3-5m3，經(jīng)過多方論證以后，濃度最終控制在3%，其中在每環(huán)注入量為60升，膨潤土注入量為3m3，采用這種方式，可以提升渣土的和易性，控制好盾構(gòu)掘進(jìn)速度，改良渣土質(zhì)量。

通過分析以上盾構(gòu)施工過程中，需要結(jié)合工程施工的具體情況，選擇合理的添加劑，嚴(yán)格控制好施工過程中，對既定的施工技術(shù)方案進(jìn)行科學(xué)合理的修正。針對復(fù)雜地層盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中，為了滿足實(shí)際施工的效果，可以選擇泡沫劑；針對渣土含水率較低的渣土，可以選擇適量的膨潤土，優(yōu)化實(shí)際施工方案，選擇性質(zhì)良好的施工材料，引進(jìn)先進(jìn)的施工技術(shù)，做好施工現(xiàn)場試驗(yàn)工作，控制好改良劑的比例，施工單位要根據(jù)實(shí)際的效果，做好反饋工作，優(yōu)化實(shí)際的添加比例，保證施工效率。

3 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行復(fù)雜地層盾構(gòu)施工過程中，為了保證工程施工安全和施工質(zhì)量，需要根據(jù)施工現(xiàn)場的地質(zhì)水文條件，分析地層特點(diǎn)，做好試驗(yàn)分析工作，優(yōu)化的實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果，選擇合理的渣土改良劑，保證實(shí)際的改良效果，為以后工程進(jìn)行渣土改良提供重要的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊志勇，樂貴平，江玉生，張陽玉，殷明倫.北京地區(qū)典型地層土壓平衡盾構(gòu)渣土改良技術(shù)[J].施工技術(shù)，2017，46（01）：58-60，79.

[2]龐偉.淺談粉細(xì)砂-風(fēng)化巖復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)控制技術(shù)及應(yīng)用[J].建材與裝飾，2016（07）：211-212.

[3]王旋東.錢塘江復(fù)雜地層下土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)[J].城市道橋與防洪，2012（09）：238-241，341.

[4]鄧彬，顧小芳.上軟下硬地層盾構(gòu)施工技術(shù)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012，49（02）：59-64.

[5]王明勝.復(fù)雜地層中盾構(gòu)法隧道渣土改良技術(shù)[J].地下空間與工程學(xué)報，2007（S2）：1445-1447，1463.endprint