成都砂卵石地層渣土改良技術(shù)研究

李紅建

（成都軌道建設(shè)管理有限公司 四川成都 610000）

1 渣土改良技術(shù)概述

1.1 渣土改良定義

渣土改良就是通過盾構(gòu)機的專用裝置向刀盤面、土倉或螺旋輸送機內(nèi)注入添加劑，利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌或螺旋輸送機旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土渣混合。其主要目的就是要使盾構(gòu)切削下來的渣土具有好的流塑性、合適的稠度、較低的透水性和較小的摩阻力，以滿足在不同地質(zhì)條件下掘進時都可達(dá)到理想的工作狀況。添加劑一般主要有泡沫、膨潤土以及聚合物等。

1.2 渣土改良作用

渣土改良的作用表現(xiàn)在以下幾個方面：①保證渣土和添加介質(zhì)充分拌合，以保證形成不透水塑流性的渣土從而建立良好的土壓平衡機理，提高掘進效率，以保證預(yù)定的施工進度目標(biāo)；②使富水含砂的砂卵石土具有流塑性和較低的透水性，形成較好的土壓平衡效果而穩(wěn)定開挖面，控制地表沉降；③減少砂卵石土的滲透系數(shù)，控制地下水流失及防止或減輕螺旋輸送機排土?xí)r的噴涌現(xiàn)象；④改善砂卵石土的流塑性，使切削下來的渣土順利快速進入土倉，并利于螺旋輸機順利排土。

2 富水砂卵石地層渣土改良技術(shù)

2.1 工程概況

以成都地鐵3號線一期工程土建3標(biāo)為例。該工程盾構(gòu)隧道所在地質(zhì)情況屬于典型的富水砂卵石地層。該工程施工的馬鞍北路站～一號橋站～省文聯(lián)站～春熙路站區(qū)間，穿越的主要地層為卵石土。地表水呈現(xiàn)出一～省區(qū)間內(nèi)府河與區(qū)間隧道垂直的特點。地下水來源包括填土中的上層滯水、存于卵石層的孔隙潛水、基巖裂隙水。隧道洞身所在地層水量豐富，滲透系數(shù)18～25m/d，屬于強透水地層。

2.2 刀盤結(jié)構(gòu)配置

盾構(gòu)機為土壓平衡盾構(gòu)機，刀盤采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，由面板和輻條組成。刀盤規(guī)格為Φ6280×1580，開口率為36%，有8個開口槽，開口部分加焊非封閉式格柵。刀盤上刀具配備為18寸雙刃滾刀36把，刮刀32把，邊刮刀8把，焊接撕裂刀29把，保徑刀8把。

2.3 改良劑注入管路

刀盤面板前方共設(shè)計有6路孔道，其中泡沫加注孔4個，膨潤土加注孔2個。土倉內(nèi)設(shè)計2個注水孔，分別位于承壓墻3點位和中心位置。

2.4 改良劑的設(shè)置

根據(jù)成都地鐵3號線一期工程土建3標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)特點，經(jīng)過多次優(yōu)化調(diào)整，確定最終渣土改良添加劑參數(shù)設(shè)置為膨潤土溶液注入率為15%，泡沫注入率為15%。（注入率為添加劑與渣土的體積比）。其中膨潤土溶液按照重量比水：膨潤土=100：52的比例拌制，再經(jīng)24h膨化；泡沫按照體積比為3%泡沫劑與97%水，混合成泡沫溶液。再由10%泡沫溶液與90%空氣，催化成泡沫，用于渣土改良。渣土改良劑的注入速度，根據(jù)盾構(gòu)掘進速度進行實時調(diào)整。正常段掘進，推進速度約為40mm/min，用于渣土改良的水注入速度約為8m3/h，并根據(jù)渣土干稀狀況實施調(diào)整注水率。

3 無水大粒徑砂卵石地層渣土改良技術(shù)

3.1 工程概況

以成都地鐵4號線二期工程土建2標(biāo)為例。該工程盾構(gòu)隧道所在地質(zhì)情況屬于較典型無水大粒徑砂卵石地層。該工程施工的光華公園站～西部新城西站～鳳凰大街站區(qū)間，穿越的主要地層為中密卵石土、密實卵石土、密實卵石土。該區(qū)域具有卵石含量高、徑漂石含量高、漂石粒徑大、卵石和漂石強度高的地質(zhì)特點標(biāo)段內(nèi)區(qū)間范圍無地表水，地下水主要為賦存第四系砂卵石地層中的孔隙潛水，隧道洞身所在地層富水性強，滲透系數(shù)25～32m/d，屬于強透水地層。受周邊深基坑長期取水的影響，區(qū)間部分地段水位低于隧道底部，盾構(gòu)于無水砂卵石地層中掘進。

3.2 刀盤結(jié)構(gòu)配置

盾構(gòu)機為土壓平衡盾構(gòu)機，刀盤采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，由面板和輻條組成。刀盤規(guī)格為Φ6280×1580，開口率為36%。刀盤上刀具配備為17寸中心雙聯(lián)滾刀4把，18寸單刃滾刀8把，18寸雙刃滾刀23把。

3.3 改良劑注入管路

刀盤面板前方共設(shè)計有6路孔道，其中泡沫加注孔4個，膨潤土加注孔2個。土倉內(nèi)設(shè)計3個注水孔，分別位于承壓墻3、9點位和中心位置。

3.4 改良劑的設(shè)置

根據(jù)成都地鐵4號線二期工程土建2標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間地下水位低、卵石含量高、粒徑大等地質(zhì)特點，增加了泡沫的注入率。經(jīng)過多次優(yōu)化調(diào)整，確定最終渣土改了添加劑設(shè)置參數(shù)。正常掘進階段每環(huán)泡沫注入率為40～60%，并根據(jù)地層情況實時進行調(diào)整。泡沫劑按照3%體積比配置泡沫溶液，再將溶液按10倍倍率進行發(fā)泡形成泡沫。例如按照正常掘進速度約40mm/min，泡沫添加速度約為0.74m3/min。由于盾構(gòu)隧道所處地層含水率低，渣土改良中需加大水的注入量。正常掘進時，水注入速度約為11m3/h，并根據(jù)渣土干稀狀況實施調(diào)整注水率。若遇級配較差的地層時，例如地層中卵石含量極高、細(xì)顆粒物少的情況，按10～15%注入率添加膨潤土溶液，輔助進行渣土改良。

4 結(jié)束語

渣土改良做為盾構(gòu)施工中一個重要的環(huán)節(jié)，尤其對提高盾構(gòu)掘進效率以及控制地面沉降有較大的影響，同時對地鐵隧道的建設(shè)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響?？v觀目前國內(nèi)各個地方盾構(gòu)機的使用工況，不難發(fā)現(xiàn)土質(zhì)改良技術(shù)應(yīng)用的好壞，對降低工程造價、提高工程施工進度都有著決定性的作用。通過現(xiàn)場試驗，泡沫溶液對成都富水砂卵石地層及無水大粒徑砂卵石地層的改良效果較好，并且能有效控制地面沉降，特別對盾構(gòu)下穿建（構(gòu)）筑物沉降控制非常有利，能確保建（構(gòu)）筑物的安全。

參考文獻(xiàn)

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[2]賀少輝.砂卵石地層高水壓條件下盾構(gòu)掘進噴涌控制研究[J].巖土工程學(xué)報，2017（39）.