盧 艷

（西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營(yíng)分公司，陜西西安 710018）

0 引言

含砂黃土地層是西安地區(qū)典型的地層特性。在西安地鐵前期施工過(guò)程中，土壓平衡盾構(gòu)在黃土地層中掘進(jìn)時(shí)具有較好的適應(yīng)性，然而西安地鐵 1 號(hào)線二期工程張后區(qū)間土壓平衡盾構(gòu)在砂質(zhì)地層中掘進(jìn)時(shí)，卻不能很好地適應(yīng)。因此，盾構(gòu)穿越含砂黃土地層的渣土改良研究顯得尤其重要。

在渣土改良方面，已有國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究。X. Borghi[1]結(jié)合實(shí)際工程得出，通過(guò)氣泡改良渣土，可以有效減小刀盤扭矩和螺旋輸送機(jī)扭矩，降低刀具磨損，有效控制土倉(cāng)壓力；A. Bezuijen[2]在泡沫改良砂土后，通過(guò)壓力倉(cāng)模型對(duì)渣土的滲透系數(shù)、壓縮性和孔隙壓力等的變化情況進(jìn)行研究；S. Quebaud[3]在對(duì)氣泡的特性進(jìn)行充分研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)坍落度試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)和攪拌試驗(yàn)對(duì)泡沫改良混合土的性質(zhì)進(jìn)行研究，確定了泡沫改良砂卵石的最優(yōu)配合比；張明晶[4]在對(duì)盾構(gòu)施工常見(jiàn)故障總結(jié)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)研制出可以有效防治閉塞發(fā)生的泡沫，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了較好的效果；唐益群[5]等在盾構(gòu)穿越砂土層時(shí)，分別在砂土中摻入泡沫劑、肥皂水進(jìn)行改良，試驗(yàn)研究表明，泡沫劑和肥皂水可以很好地保持工作面動(dòng)態(tài)平衡，有效控制地表沉降，減小刀盤扭矩以及降低刀盤和刀具的磨損。

以上渣土改良研究中，主要采用泡沫對(duì)渣土進(jìn)行改良，雖然能夠達(dá)到很好的改良效果，但是泡沫改良成本高，從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)會(huì)增加改良成本。單一采用膨潤(rùn)土泥漿對(duì)渣土進(jìn)行改良，所需膨潤(rùn)土泥漿量大，常常受制于制漿設(shè)備的生產(chǎn)能力，并且還需進(jìn)一步確定適合砂土改良的膨潤(rùn)土泥漿配合比和摻入比等參數(shù)。本文依托西安地鐵1號(hào)線二期工程，從經(jīng)濟(jì)性和改良含砂黃土地層渣土效果出發(fā)，對(duì)適合含砂黃土砂層的渣土改良劑進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容

1.2 試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康募跋嚓P(guān)渣土改良的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)如下。

（1）工況 1。分別配制質(zhì)量比為 1 ∶ 6、1 ∶ 8、1 ∶ 10、1 ∶ 12、1 ∶ 14 等 5 種不同濃度的納基膨潤(rùn)土泥漿，通過(guò)測(cè)試泥漿黏度隨時(shí)間的變化，得出鈉基膨潤(rùn)土的最優(yōu)泥漿配合比和最佳膨化時(shí)間。

（2）工況 2。將工況1得到的最佳配合比泥漿（已達(dá)到最佳膨化時(shí)間）與砂土分別以 1 ∶ 10、1.5 ∶ 10、2 ∶ 10、2.5 ∶ 10、3 ∶ 10 的比例進(jìn)行混合，并充分?jǐn)嚢?。分別測(cè)定改良前后砂土的各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)比原狀和 5 種不同比例改良后渣土的指標(biāo)，最后依據(jù)經(jīng)濟(jì)性和改良效果，得出膨潤(rùn)土泥漿改良砂土最佳體積比。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2. 1 膨潤(rùn)土黏度試驗(yàn)

按照工況 1 選取施工現(xiàn)場(chǎng)所采用的鈉基膨潤(rùn)土，配制 5 種不同濃度膨潤(rùn)土泥漿，分別對(duì)其膨化 24 h 后找出改良效果最優(yōu)的泥漿濃度比和相應(yīng)的最佳膨化時(shí)間（馬氏漏斗黏度計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：946mL，26±0.5 s）。試驗(yàn)結(jié)果圖1所示，由圖1數(shù)據(jù)可以得出：

圖1 不同濃度下鈉基膨潤(rùn)土黏度隨時(shí)間變化曲線

（1）按照工況 1 配置的 5 種不同濃度膨潤(rùn)土泥漿黏度均隨時(shí)間推移而增長(zhǎng)，當(dāng)泥漿攪拌時(shí)間在 16 h 后，黏度趨于穩(wěn)定；

（2）當(dāng)泥漿濃度小于 1 ∶ 10 時(shí)，泥漿黏度相對(duì)較低，對(duì)砂土進(jìn)行改良時(shí)可能會(huì)達(dá)不到預(yù)期目的；

（3）當(dāng)泥漿黏度大于 1 ∶ 10 時(shí)，泥漿黏度很大，對(duì)砂土進(jìn)行改良雖然能夠達(dá)到較好的改良效果，但是會(huì)增加施工成本。

由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可見(jiàn)，以 1 ∶ 10 的泥漿濃度進(jìn)行改良，其改良效果和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，并且泥漿最佳膨化時(shí)間為 18～20 h。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)成功構(gòu)建了LncRNA-GHET1過(guò)表達(dá)胃癌細(xì)胞株 MGC803，為進(jìn)一步研究 LncRNA-GHET1基因過(guò)表達(dá)對(duì)胃癌細(xì)胞增殖、侵襲及轉(zhuǎn)移等行為學(xué)的影響奠定重要基礎(chǔ)。

2. 2 坍落度試驗(yàn)

坍落度是用來(lái)檢驗(yàn)混凝土拌合物施工和易性的量化指標(biāo)，其中包括拌合物的保水性、流動(dòng)性和黏聚性。坍落度試驗(yàn)從施工現(xiàn)場(chǎng)取得砂土，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，加入不同比例的膨潤(rùn)土泥漿，對(duì)改良前后的砂土分別進(jìn)行坍落度測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。從表1可以看出：

表1 不同體積配合比改良砂土坍落度mm

（1）原狀砂土坍落度很小，僅為 5mm，反映出其流動(dòng)性很差，不能滿足下穿盾構(gòu)施工對(duì)渣土的要求；

（2）采用與砂土體積比小于或大于 2 ∶ 10 的膨潤(rùn)土泥漿改良砂土后，渣土的坍落度均不能滿足施工要求。當(dāng)體積比為 2 ∶ 10 時(shí)，改良后砂土的坍落度為 142mm，滿足盾構(gòu)施工對(duì)渣土 100～150mm 最佳坍落度的要求。

2.3 滲透性試驗(yàn)

西安地區(qū)含砂黃土層改良后渣土的滲透系數(shù)量級(jí)要求 10-5cm/s。表2給出了改良渣土滲透系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由表2數(shù)據(jù)可以看出：

表2 不同體積配合比改良砂土滲透系數(shù) cm/s

（1）原狀砂土的滲透系數(shù)為 3.08×10-2cm/s，不滿足 10-5cm/s 量級(jí)要求。改良后砂土的滲透系數(shù)大幅度下降，滲透系數(shù)數(shù)量級(jí)均達(dá)到了 10-5cm/s，且滲透系數(shù)隨泥漿加入量加大而減小。

（2）采用 5 種不同體積比的膨潤(rùn)土改良后，滲透系數(shù)數(shù)量級(jí)均達(dá)到了 10-5cm/s，但數(shù)值差別不大。

由以上滲透性試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，在現(xiàn)有膨潤(rùn)土改良渣土的前提下，從降低“噴涌”發(fā)生概率的角度，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和改良效果，采用泥漿與砂土體積比為 2 ∶ 10 最佳。此外，增大壓力倉(cāng)和螺旋排土器的長(zhǎng)度、減小壓力倉(cāng)和螺旋排土器的直徑，也可以在一定程度上降低“噴涌”發(fā)生的概率。

2. 4 直剪試驗(yàn)

分別取原狀砂土和按不同比例膨潤(rùn)土泥漿改良后土體的 5 個(gè)試樣進(jìn)行直剪試驗(yàn)，得到內(nèi)摩擦角和黏聚力關(guān)系曲線如圖2和圖3所示。由圖2、圖3試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：

圖2 渣土改良后內(nèi)摩擦角與泥漿砂土體積比關(guān)系曲線

圖3 渣土改良后黏聚力與泥漿砂土體積比關(guān)系曲線

（1）原狀砂土摩擦角較大，抗剪強(qiáng)度較高，當(dāng)鈉基膨潤(rùn)土泥漿按照不同體積比加入到砂土中進(jìn)行改良以后，渣土的抗剪強(qiáng)度均有不同程度的降低。

（2）土體的內(nèi)摩擦角隨膨潤(rùn)土泥漿加入量的增加而減小，黏聚力隨膨潤(rùn)土泥漿加入量的增加而上升。其中，當(dāng)膨潤(rùn)土泥漿與砂土體積比為 2 ∶ 10 時(shí)，砂土內(nèi)摩擦角降低了 5.4°，為 25.8°，能夠滿足改良后土體內(nèi)摩擦角小于 27°的要求；黏聚力增加了 9.7 kPa，為10.6 kPa，滿足土體黏聚力小于 25 kPa 的要求。

（3）當(dāng)膨潤(rùn)土泥漿與砂土體積比為 2.5 ∶ 10 時(shí)，砂土的內(nèi)摩擦角降低的趨勢(shì)和黏聚力變大的趨勢(shì)均減緩。

由以上直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，從改良效果和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，膨潤(rùn)土泥漿與砂土體積比采用 2 ∶ 10 較為合理。

3 渣土改良效果進(jìn)一步優(yōu)化

圖4 和圖5給出了西安地鐵 1 號(hào)線二期工程張后區(qū)間掘進(jìn)過(guò)程中，刀盤扭矩和掘進(jìn)速度與渣土改良添加劑關(guān)系監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。從圖4和圖5可以看出：

圖4 刀盤扭矩與改良劑關(guān)系圖

圖5 掘進(jìn)速度與改良劑關(guān)系圖

（1）在未對(duì)砂土進(jìn)行改良直接掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)掘進(jìn)一直比較困難，主要表現(xiàn)在刀盤扭矩偏大且不穩(wěn)定、掘進(jìn)速度較慢等；

（2）當(dāng)采用質(zhì)量比為 1 ∶ 10、添加量為 20% 的鈉基膨潤(rùn)土泥漿進(jìn)行渣土改良后，掘進(jìn)刀盤扭矩降低效果明顯，掘進(jìn)速度有一定的提升但依然較慢，不能滿足下穿既有出入段線隧道“快速”的要求；

（3）在采用膨潤(rùn)土改良掘進(jìn) 10 環(huán)之后，開(kāi)始向刀盤前方均勻注入 5% 的清水，同時(shí)采用膨潤(rùn)土泥漿和體積分?jǐn)?shù) 3%、發(fā)泡倍率為 16 倍、添加量為 5% 的泡沫溶液進(jìn)行改良，可以基本滿足下穿既有隧道盾構(gòu)勻速高效掘進(jìn)、快速通過(guò)的要求。盾構(gòu)掘進(jìn)每環(huán)改良劑使用量如表3所示。

表3 每環(huán)渣土所需改良劑

4 結(jié)論及建議

（1）通過(guò)配制 5 種不同鈉基膨潤(rùn)土泥漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從改良效果和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，選擇泥漿濃度為 1 ∶ 10 進(jìn)行渣土改良，泥漿最佳膨化時(shí)間為 18～20 h。

（2）采用鈉基膨潤(rùn)土泥漿對(duì)砂土進(jìn)行改良，改良后渣土滲透性顯著降低，內(nèi)摩擦角降低，黏聚力增大，施工和易性和流動(dòng)性滿足施工要求。膨潤(rùn)土泥漿與砂土體積比以 2 ∶ 10 為宜。

（3）采用體積分?jǐn)?shù) 3%、發(fā)泡倍率為 16 倍、外摻量為 5% 的泡沫溶液和膨潤(rùn)土泥漿，并向刀盤前方注入 5%的清水對(duì)砂土進(jìn)行改良后，在降低刀盤扭矩、提高盾構(gòu)掘進(jìn)效率上效果明顯，并且出土量得到控制，土倉(cāng)壓力穩(wěn)定，可以滿足穿越施工的要求。

[1]Xavier Borghi. Soil conditioning for clay soil[J].Tunnels and Tunneling International，2003（4）.

[2]A. Benzuijen, P.E.schaminee, J.A.Kleinjan. Additive testing for earth pressure balance shields [C]//. 12th Eur.Confon. on Soil Mechanics and Geotech Engineering.Amsterdam∶ Jun. 1999.

[3]S. Quebaud, et al. Use of chemical foam for improvements in drilling by earth-pressure balance shields in granular soils [J]. Tunneling and Underground Space Technology，1998，13（2）.

[4]張明晶. 土壓平衡盾構(gòu)施工閉塞問(wèn)題的發(fā)生機(jī)理及其防治措施研究[D]. 江蘇南京：河海大學(xué)，2004（3）.

[5]唐益群，宋永輝，周念清，等. 土壓平衡盾構(gòu)在砂性土中施工問(wèn)題的研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，2（1）.

[6]喬國(guó)剛. 土壓平衡盾構(gòu)用新型發(fā)泡劑的開(kāi)發(fā)與泡沫改良土體研究[D]. 北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2009.

[7]邱襄，楊新安，唐卓華，等. 富水砂層土壓平衡盾構(gòu)施工渣土改良試驗(yàn)[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2015，43（11）.

[8]魏康林. 土壓平衡盾構(gòu)施工中“理想狀態(tài)土體”的探討[J]. 城市軌道交通研究，2007（1）.