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(guò)盾構(gòu)機(jī)的專用裝置向刀盤面、土倉(cāng)或螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入添加劑，利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉(cāng)攪拌裝置攪拌或螺旋輸送機(jī)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(lái)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(jìn)時(shí)都可達(dá)到理想的工作狀況。添加劑一般主要有泡沫、膨潤(rùn)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(gè)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(jī)理，提高掘進(jìn)效率，以保證預(yù)定的施工進(jìn)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(kāi)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(jī)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(lái)的渣土順利快速進(jìn)入土倉(cāng)，并利于螺旋輸機(jī)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(hào)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(hào)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(diǎn)。地下水來(lái)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(qiáng)透水地層。

2.2 刀盤結(jié)構(gòu)配置

盾構(gòu)機(jī)為土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，刀盤采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)，由面板和輻條組成。刀盤規(guī)格為Φ6280×1580，開(kāi)口率為36%，有8個(gè)開(kāi)口槽，開(kāi)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(jì)有6路孔道，其中泡沫加注孔4個(gè)，膨潤(rùn)土加注孔2個(gè)。土倉(cāng)內(nèi)設(shè)計(jì)2個(gè)注水孔，分別位于承壓墻3點(diǎn)位和中心位置。

2.4 改良劑的設(shè)置

根據(jù)成都地鐵3號(hào)線一期工程土建3標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)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(rùn)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(rùn)土溶液按照重量比水：膨潤(rùn)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(jìn)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。正常段掘進(jìn)，推進(jìn)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(shí)施調(diào)整注水率。

3 無(wú)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(hào)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(wú)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(shí)卵石土、密實(shí)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(qiáng)度高的地質(zhì)特點(diǎn)標(biāo)段內(nèi)區(qū)間范圍無(wú)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(qiáng)，滲透系數(shù)25～32m/d，屬于強(qiáng)透水地層。受周邊深基坑長(zhǎng)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(wú)水砂卵石地層中掘進(jìn)。

3.2 刀盤結(jié)構(gòu)配置

盾構(gòu)機(jī)為土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，刀盤采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)，由面板和輻條組成。刀盤規(guī)格為Φ6280×1580，開(kāi)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(jì)有6路孔道，其中泡沫加注孔4個(gè)，膨潤(rùn)土加注孔2個(gè)。土倉(cāng)內(nèi)設(shè)計(jì)3個(gè)注水孔，分別位于承壓墻3、9點(diǎn)位和中心位置。

3.4 改良劑的設(shè)置

根據(jù)成都地鐵4號(hào)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(diǎn)，增加了泡沫的注入率。經(jīng)過(guò)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(jìn)階段每環(huán)泡沫注入率為40～60%，并根據(jù)地層情況實(shí)時(shí)進(jìn)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(jìn)行發(fā)泡形成泡沫。例如按照正常掘進(jìn)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(jìn)時(shí)，水注入速度約為11m3/h，并根據(jù)渣土干稀狀況實(shí)施調(diào)整注水率。若遇級(jí)配較差的地層時(shí)，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(rùn)土溶液，輔助進(jìn)行渣土改良。

4 結(jié)束語(yǔ)

渣土改良做為盾構(gòu)施工中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，尤其對(duì)提高盾構(gòu)掘進(jìn)效率以及控制地面沉降有較大的影響，同時(shí)對(duì)地鐵隧道的建設(shè)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響?？v觀目前國(guó)內(nèi)各個(gè)地方盾構(gòu)機(jī)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(duì)降低工程造價(jià)、提高工程施工進(jìn)度都有著決定性的作用。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，泡沫溶液對(duì)成都富水砂卵石地層及無(wú)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(duì)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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