閻向林

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司）

泥水盾構(gòu)在黏性土地層施工中刀盤易結(jié)泥餅導(dǎo)致施工效率低下，常規(guī)辦法只能采取通過停機(jī)帶壓進(jìn)倉人工清理的方式進(jìn)行處理，而人工清理不僅工作效率低、風(fēng)險(xiǎn)大，還占用直線工期，不能從根本上解決問題。有學(xué)者指出，當(dāng)?shù)貙又械酿ね恋V物＞25%時(shí)，刀盤將發(fā)生結(jié)泥餅現(xiàn)象[1]；當(dāng)渣土的塑性指數(shù)＞20%時(shí)，盾構(gòu)中發(fā)生“堵塞”的風(fēng)險(xiǎn)大大提高[2]。豫機(jī)城鐵項(xiàng)目一標(biāo)與天津深諾科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的高分子材料SN-203 型分散劑可以通過直接作用在刀盤泥餅表面，在短時(shí)間內(nèi)促使黏土顆粒分離，有效克服泥水盾構(gòu)在黏土地層掘進(jìn)結(jié)泥餅，極大提高了掘進(jìn)效率。

1 概況

1.1 工程概況

豫機(jī)城際鐵路一標(biāo)自鄭機(jī)城際鐵路設(shè)計(jì)終點(diǎn)DK39+403.418 引出，至鄭州南站城際場DK50+200，隧道全長3.8km，為單洞雙線隧道。盾構(gòu)隧道采用圓形斷面，斷面內(nèi)徑11.3m，管片厚度550mm。

1.2 地質(zhì)概況

地層情況從上至下依次為粉砂、粉土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂層，具體地層情況如圖1 所示，盾構(gòu)隧道洞身大部分處于粉質(zhì)黏土層中，局部地段穿越粉砂、細(xì)砂，地質(zhì)情況統(tǒng)計(jì)如表1 所示。隧道拱頂埋深10.26m～31.07m，洞身基本處于潛水～承壓水中。

2 理論試驗(yàn)

圖1 地質(zhì)縱斷面圖（單位：m）

表1 盾構(gòu)隧道地質(zhì)情況統(tǒng)計(jì)

相同含水率時(shí)，加入分散劑后土樣的抗剪強(qiáng)度降低，土樣的液限和塑限也逐漸減?。划?dāng)分散劑添加量較大時(shí)，黏土顆粒的邊角帶正電處被分散劑中的陰離子占滿，分散劑作用效果減弱[3]，因此為達(dá)到最佳分散效果，有必對分散劑配比進(jìn)行試驗(yàn)。

取預(yù)篩出渣的黏土塊，分割成0.05m3大小渣樣分別放入100ml 不同配比的分散劑水溶液靜置如表2 所示，在相同作用時(shí)間后對效果進(jìn)行對比分析，如圖2、圖3、圖4 所示。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 黏土試塊

圖3 不同配比分散劑

圖4 試驗(yàn)效果圖

由以上試驗(yàn)對比可以得出，當(dāng)分散劑濃度達(dá)到4%以上時(shí)，黏土塊溶有明顯溶解；當(dāng)溶液濃度達(dá)到10%靜置30min 后，黏土快速分解，有形成泥漿的趨勢，如圖5所示。

3 工程應(yīng)用

豫機(jī)城際項(xiàng)目一標(biāo)所使用的DZ268 盾構(gòu)機(jī)，開挖輪廓12.81m，前盾直徑12.77m，經(jīng)估算開挖倉及氣墊倉可分別容納漿液約200m3；本次工程實(shí)驗(yàn)共分5 次進(jìn)行：

⑴試驗(yàn)一：在停機(jī)后在開挖倉內(nèi)注入1m3分散劑，在氣墊倉注入0.5m3分散劑。刀盤10min 轉(zhuǎn)動(dòng)一次，停機(jī)24h 后恢復(fù)掘進(jìn)，刀盤扭矩由約14000kN·m 減小到約8000kN·m，推力由約70000kN 減小到約58000kN，速度由10mm/min 增加到20mm/min。恢復(fù)掘進(jìn)后可持續(xù)2～3環(huán)，第3 環(huán)參數(shù)開始逐漸惡化。

⑵試驗(yàn)二：盾構(gòu)機(jī)檢修時(shí)，在停機(jī)后在開挖倉內(nèi)注入1m3分散劑，在氣墊倉注入0.5m3分散劑。刀盤10min轉(zhuǎn)動(dòng)一次，停機(jī)1h 后恢復(fù)掘進(jìn)，刀盤扭矩由約14000kN·m 減小到約8000kN·m，推力由約70000kN 減小到約58000kN，速度由10mm/min 增加到20mm/min。參數(shù)可持續(xù)約2 環(huán)，第2 環(huán)參數(shù)開始惡化。

⑶試驗(yàn)三：盾構(gòu)機(jī)檢修時(shí)，在停機(jī)后在開挖倉內(nèi)注入1m3分散劑。刀盤10min 轉(zhuǎn)動(dòng)一次，停機(jī)1h 后恢復(fù)掘進(jìn)，刀盤扭矩由約14000kN·m 減小到約8000kN·m，推力由約70000kN 減小到約58000kN，速度由10mm/min 增加到20mm/min。參數(shù)可持續(xù)約2 環(huán)，第2 環(huán)后半段參數(shù)開始惡化。

⑷試驗(yàn)四：盾構(gòu)機(jī)檢修時(shí)，在停機(jī)后在開挖倉內(nèi)注入0.5m3分散劑。刀盤10min 轉(zhuǎn)動(dòng)一次，停機(jī)1h 后恢復(fù)掘進(jìn)，刀盤扭矩由約14000kN·m 減小到約9000kN·m，推力由約70000kN 減小到約65000kN，速度由10mm/min增加到20mm/min。參數(shù)可持續(xù)約2 環(huán)，第2 環(huán)后半段參數(shù)開始惡化。

⑸試驗(yàn)五：在1091 環(huán)帶壓進(jìn)倉作業(yè)期間進(jìn)行了一次分散劑實(shí)驗(yàn)：開倉檢查發(fā)現(xiàn)刀盤只剩余2 個(gè)大開口，其余開口全部死刀，箱內(nèi)全部堵塞，牛腿堵塞，人工清理進(jìn)度緩慢，一倉僅可完成一個(gè)刀箱清理及一把刀具更換工作（以往開倉工作效率約為一倉清理更換兩把刀）。第十一倉進(jìn)倉結(jié)束后利用修復(fù)泥膜時(shí)間，開挖倉能充滿泥漿，氣墊倉內(nèi)保持半倉（液位約0），開挖倉內(nèi)注入1m3分散劑，在氣墊倉注入0.5m3分散劑。刀盤10min 轉(zhuǎn)動(dòng)一次，分散劑浸泡時(shí)間約10h 后，修復(fù)泥膜，保壓試驗(yàn)再次進(jìn)倉。進(jìn)倉后人員發(fā)現(xiàn)刀盤大開口基本泡開，小開口及刀箱內(nèi)堵塞粘土已掉落10～20cm。

結(jié)論：分散劑可以有效分解刀盤開口堵塞、刀盤背面牛腿淤塞。

4 工程實(shí)施措施

⑴預(yù)防泥餅：在接泥漿管時(shí)停機(jī)的大約1h 時(shí)間內(nèi)，向前倉注入0.5m3分散劑，10min 轉(zhuǎn)動(dòng)一次刀盤。

⑵分散泥餅：在設(shè)備檢修或倒班或其他原因長時(shí)間停機(jī)時(shí)，向前倉注入0.5m3分散劑，氣墊倉注入0.5m3分散劑。

5 使用效果分析

盾構(gòu)機(jī)泥漿管頻率為4 環(huán)/次，通過采用接泥漿管時(shí)注入分散劑并浸泡約1h，可有效降低接管后的兩環(huán)的推力、扭矩，提高掘進(jìn)效率，避免參數(shù)持續(xù)惡化，預(yù)防刀盤結(jié)泥餅。在長時(shí)間停機(jī)時(shí)用分散劑浸泡，可有效消除刀盤開口及刀盤背面牛腿見淤塞黏土。

通過在盾構(gòu)施工中掘進(jìn)，使用優(yōu)缺點(diǎn)如下所述：

⑴優(yōu)點(diǎn)：分解倉內(nèi)堆渣；減少堵倉發(fā)生、提高出渣效率；減小刀盤扭矩約25%；減小推力約25%；提高掘進(jìn)速度30%。

⑵缺點(diǎn)：泥漿比重上升較快；泥漿泵運(yùn)行負(fù)荷增加；棄漿量增加。

6 結(jié)束語

根據(jù)泥水盾構(gòu)每推進(jìn)數(shù)（3～4）環(huán)必須停機(jī)進(jìn)行管路延伸，針對粉質(zhì)黏土層調(diào)制原液配比，最終調(diào)制好的分散劑溶液可以在2h 達(dá)80%的效果，為類似地層施工項(xiàng)目提供了參考。但單純增加使用量與作用時(shí)間并不能帶來清除泥餅效果的明顯提升，需要根據(jù)本工程地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到最大使用效果。