砂卵石地層中土壓平衡盾構(gòu)的渣土改良技術(shù)分析

董信樂(lè)

（中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

近些年來(lái)，我國(guó)的渣土改良技術(shù)已經(jīng)得到了較大的發(fā)展和進(jìn)步，在對(duì)渣土改良技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，一些不可控的因素會(huì)影響渣土改良技術(shù)的結(jié)果。在開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，很多操作人員主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)完成試驗(yàn)過(guò)程，導(dǎo)致施工參數(shù)的控制效果與相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)之間存在一定誤差，使試驗(yàn)操作過(guò)程的規(guī)范性受到影響，導(dǎo)致渣土改良問(wèn)題比較嚴(yán)重。而在土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)中完成渣土改良技術(shù)試驗(yàn)，對(duì)渣土改良技術(shù)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制，對(duì)提高整個(gè)工程的實(shí)施效果有重要意義。

1 渣土改良技術(shù)的重要性

砂卵石層的不穩(wěn)定性比較強(qiáng)，渣土底層反應(yīng)比較靈敏，如果盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削可能會(huì)導(dǎo)致渣土地層原來(lái)的平衡被破壞，產(chǎn)生坍塌問(wèn)題，對(duì)圍巖產(chǎn)生比較大的影響。同時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響開(kāi)挖施工面的穩(wěn)定性，造成地表塌陷。軟土層的流塑性比較弱，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)施工時(shí)，刀盤(pán)對(duì)土地的切削效果，還有螺旋機(jī)對(duì)土體的輸送效果都會(huì)存在一定問(wèn)題。甚至可能會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)不能順利排土，影響掘進(jìn)施工效率。在盾構(gòu)施工過(guò)程中，最困難的工作就是確保土壓的平衡性，對(duì)開(kāi)挖面的土壓進(jìn)行合理控制才能夠避免噴涌和冒頂現(xiàn)象。否則可能會(huì)導(dǎo)致地表坍塌，造成地面出現(xiàn)比較大規(guī)模的沉降問(wèn)題，嚴(yán)重影響施工過(guò)程中的安全性。并且對(duì)施工區(qū)域周?chē)慕ㄖ镆矔?huì)產(chǎn)生較大的安全危害。土壓平衡式盾構(gòu)施工的目的是確保土壓的平衡性，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)土體狀態(tài)進(jìn)行合理調(diào)整，保證土體的塑性流動(dòng)狀態(tài)。對(duì)這種狀態(tài)的土體進(jìn)行攪拌，可以順利完成輸送過(guò)程，方便后續(xù)施工[1]。

2 合理選擇渣土改良劑

在渣土改良過(guò)程中要根據(jù)具體的砂卵石地層情況選擇合適的改良劑，主要的改良劑包括以下四種：第一，礦物類(lèi)改良劑。主要是以膨潤(rùn)土以及蒙脫土作為主要原料，使用制漿設(shè)備對(duì)其進(jìn)行均勻拌制后，泵送到開(kāi)挖土體內(nèi)，保證土體的流塑性以及不透水性。在使用礦物類(lèi)改良劑的過(guò)程中，會(huì)使用制漿設(shè)備，并且需要對(duì)其進(jìn)行處理后才能排放，一般應(yīng)用在砂石地層中。第二，高吸水性樹(shù)脂類(lèi)改良劑。主要是利用高分子化合物作為主要材料，能夠充分吸收地下水，一般用在高水壓地層中，可以防止地層出現(xiàn)噴涌問(wèn)題。在其他地層中使用該類(lèi)改良劑時(shí)會(huì)降低改良劑的作用，更適合在固結(jié)、黏土以及砂礫石地層中進(jìn)行應(yīng)用。第三，水溶性高分子類(lèi)改良劑。同樣采用的是高分子化合物材料，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，一般使用CMC能夠增加開(kāi)挖施工面土體的黏性。但是因?yàn)樵磷兂赡嗪隣?，需要?duì)渣土進(jìn)行處理才能排放。一般在粗土以及粗砂石地層中的應(yīng)用比較廣泛。第四，界面活性材料類(lèi)改良劑。這是當(dāng)前我國(guó)盾構(gòu)施工過(guò)程中應(yīng)用比較廣泛的渣土改良劑，是在開(kāi)挖的土體內(nèi)直接注入泡沫劑，提高渣土的流塑性以及不透水性，能夠防止在開(kāi)挖過(guò)程中土體產(chǎn)生黏附效果，對(duì)渣土進(jìn)行處理也比較方便，在黏土地層以及砂卵石地層中的應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)工程項(xiàng)目的具體情況，要合理選擇不同的改良劑，才能夠保證渣土改良技術(shù)的效果，此次工程施工過(guò)程中，主要是利用泡沫劑對(duì)砂卵石地層進(jìn)行渣土改良，保證土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中的安全性，避免渣土對(duì)盾構(gòu)部件產(chǎn)生的磨損問(wèn)題[2]。

3 泡沫劑對(duì)砂卵石地層的渣土改良

3.1 渣土改良方案的確定要求

對(duì)渣土進(jìn)行改良的過(guò)程中，要根據(jù)渣土的土質(zhì)選擇合適的改良方案，才能夠方便盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)施工。例如在渣土中要插入一定量的泡沫劑，而在加入泡沫劑的過(guò)程中，要保證泡沫劑添加量合適，對(duì)渣土的黏度以及流動(dòng)性進(jìn)行有效改善。這樣才能夠使盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行掘進(jìn)工作時(shí)，渣土以及地層的穩(wěn)定性滿足掘進(jìn)施工要求，減少盾構(gòu)部件的磨損情況，同時(shí)增加盾構(gòu)施工的效率以及安全性。在進(jìn)行渣土改良方案設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)渣土改良的室內(nèi)試驗(yàn)要求確定渣土改良方案。

3.2 泡沫劑渣土改良試驗(yàn)效果

在使用泡沫劑對(duì)砂卵石土體進(jìn)行改良的過(guò)程中，要根據(jù)砂卵石土體的具體情況進(jìn)行發(fā)泡，將泡沫劑的原液配制成濃度為2.5%的溶液，發(fā)泡的倍數(shù)設(shè)定為12倍，使用量筒取975 mL的水放入25 L的空桶內(nèi)，然后加入25 mL泡沫劑原液，使用高速攪拌器對(duì)溶液進(jìn)行攪拌，當(dāng)泡沫的體積發(fā)到12 L的刻度線時(shí)，停止攪拌。

利用攪拌好的泡沫溶液對(duì)砂卵石土體進(jìn)行改良時(shí)，首先要對(duì)改良前的渣土性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)。將改良前的砂卵石土裝在流動(dòng)度測(cè)定臺(tái)上的截錐圓模之內(nèi)，然后提起圓模桶，土體呈現(xiàn)自然堆積的狀態(tài)，利用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)25次后，土體呈分散狀態(tài)。其次，對(duì)改良前的渣土進(jìn)行試驗(yàn)之后，開(kāi)始進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。取砂卵石土樣放入到砂漿攪拌器內(nèi)，然后加入已經(jīng)發(fā)好的泡沫劑，對(duì)其進(jìn)行高速攪拌1 min后，對(duì)土體的改良情況進(jìn)行觀察。對(duì)改良后的土體進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，主要是對(duì)改良后的砂卵石土進(jìn)行取樣，放入500 mL量杯中，將其放在振動(dòng)臺(tái)上，然后提起量杯，土體會(huì)呈現(xiàn)均勻下沉狀態(tài)[3]。利用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)25次后，土體均勻擴(kuò)散，且有較好的粘聚性以及均勻性。最后，對(duì)泡沫劑渣土改良試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。根據(jù)此次試驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)將泡沫劑的添加量控制在2.5%，設(shè)定發(fā)泡倍數(shù)為12倍，注入率為100%時(shí)，可以對(duì)渣土進(jìn)行有效改良。對(duì)渣土進(jìn)行改良后，土體的均勻性比較強(qiáng)，并且粗細(xì)顆粒在泡沫劑的作用下分布也相對(duì)均勻，振動(dòng)條件下有良好的粘聚性。在極大程度上改善了砂卵石土層的整體流塑性，有利于保證土壓平衡盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中刀盤(pán)的切削以及螺旋輸送機(jī)等運(yùn)輸過(guò)程中的工作效率，同時(shí)能夠減少對(duì)刀盤(pán)以及螺旋輸送機(jī)造成的磨損問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在土壓平衡盾構(gòu)施工過(guò)程中開(kāi)展有效的渣土改良技術(shù)是保證砂卵石地層盾構(gòu)掘進(jìn)施工能夠順利進(jìn)行的關(guān)鍵技術(shù)，可以在一定程度上改善工程項(xiàng)目施工過(guò)程中存在的問(wèn)題。除此之外，在開(kāi)展渣土改良技術(shù)的過(guò)程中，要充分考慮到盾構(gòu)施工使改良參數(shù)之間產(chǎn)生的相互影響，并且要找到產(chǎn)生影響的因素。根據(jù)這些影響因素，對(duì)渣土改良技術(shù)進(jìn)行更加精細(xì)的控制，提高渣土改良效果。在對(duì)泡沫劑渣土改良效果進(jìn)行分析的過(guò)程中，主要是從盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)扭矩以及螺旋輸送機(jī)扭矩和排渣工作的具體情況，對(duì)渣土的改良效果進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)和分析。經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)后，利用泡沫劑改良技術(shù)，可以降低盾構(gòu)機(jī)刀牌以及螺旋輸送機(jī)扭矩，保證改良后的渣土具有較好的流塑性，保證土體能夠順利從螺旋輸送機(jī)排出，并且不會(huì)堵塞螺旋輸送機(jī)排渣口。從而確保盾構(gòu)掘進(jìn)施工的效率以及安全性。因此，將泡沫劑渣土改良技術(shù)應(yīng)用在土壓平衡盾構(gòu)渣土改良工作中具有較好的效果，對(duì)保證掘進(jìn)施工順利進(jìn)行有重要幫助。