1、盾構(gòu)施工中的的渣土改良工法一、前言磴土改良是保證盾構(gòu)施工安全、順利、快速的一項(xiàng)不可缺少的重要技術(shù)手段，其主要作用是使磴土具有較好的土壓平衡效果，利于穩(wěn)定開(kāi)挖面，控制地表沉降；使磴土具有較好的止水性，以控制地下水流失；使切削下來(lái)的磴土具有良好的塑性流動(dòng)性，能夠順利快速進(jìn)入土倉(cāng)，并利于螺旋輸送機(jī)順利排土；有效防止土磴粘結(jié)刀盤(pán)而產(chǎn)生泥餅；可防止或減輕螺旋輸送機(jī)排土?xí)r的噴涌現(xiàn)象；可有效降低刀盤(pán)扭矩，降低對(duì)刀具和螺旋輸送機(jī)的磨損。二、工法特點(diǎn)1、可根據(jù)不同的地質(zhì)情況以及不同的目的采取不同的技術(shù)措施來(lái)改善法土的性質(zhì)，以確保盾構(gòu)安全快捷的掘進(jìn)施工。2、以信息化施工為手段，通過(guò)對(duì)通過(guò)地層的地質(zhì)情況的及時(shí)、超前

2、的預(yù)報(bào)來(lái)指導(dǎo)施工。3、能有效地降低對(duì)刀具和螺旋輸送機(jī)的磨損，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。三、適用范圍土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，在采取土壓平衡模式掘進(jìn)的隧道。四、施工工藝及流程1、總體流程選擇渣土改良方式2、超刖地質(zhì)預(yù)報(bào)a.利用TSP202超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行超前探測(cè)TSP202超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來(lái)預(yù)報(bào)隧道學(xué)子面前方及周?chē)R近區(qū)域的地質(zhì)情況，其能夠較準(zhǔn)確地探測(cè)地層構(gòu)造界面，同時(shí)也能準(zhǔn)確探測(cè)到前方地層中的樁基等，其的預(yù)報(bào)距離為地質(zhì)雷達(dá)的412倍。隧道地震波超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原理圖TSP202主機(jī)b.在學(xué)子面進(jìn)行超前探測(cè)在地層復(fù)雜的地段，在采用TSP202系統(tǒng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)

3、上，利用盾構(gòu)機(jī)上自帶的小型鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆探，依據(jù)相同壓力下鉆進(jìn)速度的不同來(lái)判斷前方地層的變化情況及位置，以進(jìn)一步核實(shí)TSP202系統(tǒng)的超前預(yù)報(bào)結(jié)果，確認(rèn)施工前方圍巖物理特性，為盾構(gòu)機(jī)選擇正確的掘進(jìn)模式及是否需要進(jìn)行渣土改良提供科學(xué)的依據(jù)。3、渣土改良方式的選擇土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)模式（敞開(kāi)式Open、半敞開(kāi)式semi-open、土壓平衡式EPB）根據(jù)圍巖的情況進(jìn)行選定，即控制土倉(cāng)內(nèi)的土壓力。土倉(cāng)內(nèi)的土壓力受掘進(jìn)速度和螺旋輸送機(jī)的出土速度控制，為了保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定性，必須控制此兩個(gè)速度在適當(dāng)?shù)臄?shù)值，同時(shí)確保開(kāi)挖渣土的流動(dòng)性和止水性。當(dāng)從開(kāi)挖面切削下來(lái)的巖土不具有下列特性:良好的塑性活動(dòng)；粘軟的稠

4、度；內(nèi)部磨擦低；透水性低時(shí)，在開(kāi)挖時(shí)可加入泡沫或膨潤(rùn)土對(duì)巖土進(jìn)行改良，使之具有這些特性。根據(jù)我集團(tuán)公司在廣州地鐵二號(hào)線越三盾構(gòu)區(qū)間的施工經(jīng)驗(yàn)，注入泡沫和膨潤(rùn)土都能較好的改善渣土的流動(dòng)性、不透水性和防止泥餅產(chǎn)生，但在降低刀盤(pán)扭矩，降低對(duì)刀具和螺旋輸送機(jī)的磨損方面注入泡沫的效果優(yōu)于注入膨潤(rùn)土；對(duì)于改善渣土的不透水性方面注入膨潤(rùn)土的效果優(yōu)于注入泡沫。注入何種材料應(yīng)根據(jù)渣土改良所要達(dá)到的目的進(jìn)行選擇。4、渣土改良施工施工流程PO分析數(shù)據(jù).螺旋輸送機(jī)出.土狀態(tài)良好注入螺旋輸送機(jī)參數(shù)調(diào)整泡沫的注入a.泡沫組成的比例泡沫溶液的組成：泡沫添加劑3%,97%;泡沫添加劑0.751.5L和聚合體300600g；泡

5、沫組成：9095%,壓縮空氣和510%泡沫溶液混合而成。b.泡沫注入量計(jì)算泡沫的注入量和土質(zhì)、掘進(jìn)速度等有很大關(guān)系，且從越三盾構(gòu)工程的統(tǒng)計(jì)中也顯示發(fā)泡劑消耗量波動(dòng)較大，從而也證明了這一點(diǎn)。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)泡沫的注入量可根據(jù)開(kāi)挖方量計(jì)算：300600L/m3,合計(jì)泡沫劑的用量為46.7L/m，c.泡沫的注入方式泡沫的注入可選擇采用兩種操作方式，即半自動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。采用半自動(dòng)操作方式時(shí)，要求泡沫流體的加入根據(jù)開(kāi)挖倉(cāng)的土體壓力值和磴土特性設(shè)定初始值，這時(shí)空氣分壓氣的數(shù)值連續(xù)變化，直至達(dá)到設(shè)定值為止。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)泡沫的產(chǎn)生與注入，不需要外界干涉。半自動(dòng)操作方式向自動(dòng)操作方

6、式的轉(zhuǎn)換，只有在掘進(jìn)速度V>3m/min時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)。泡沫通過(guò)盾構(gòu)機(jī)上的泡沫系統(tǒng)注入（如下圖）。泡沫注入系統(tǒng)示意圖膨潤(rùn)土的注入膨潤(rùn)土以懸乳液的方式通過(guò)膨潤(rùn)土注入系統(tǒng)注入，其體積使用量為20%30%拌制的懸乳液泵入儲(chǔ)存罐中后通過(guò)不同的注入口分別注入到開(kāi)挖倉(cāng)及螺旋輸送機(jī)進(jìn)口處。五、機(jī)具與材料渣土改良過(guò)程中所需要的主要機(jī)具與材料見(jiàn)下表序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1泡沫罐1臺(tái)盾構(gòu)機(jī)自帶2聚合體溶液攪拌器1臺(tái)盾構(gòu)機(jī)自帶3存儲(chǔ)罐2盾構(gòu)機(jī)自帶序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注4壓縮機(jī)1盾構(gòu)機(jī)自帶5注射槍4盾構(gòu)機(jī)自帶6廢水處理池17地面強(qiáng)制攪拌器18泵29門(mén)吊1六、勞動(dòng)組織根據(jù)施工工序合理安排勞動(dòng)力。勞動(dòng)力組織如下表:序號(hào)工

7、種班次人數(shù)備注1主司機(jī)2班1人2注入材料拌制3人3注入控制1人4門(mén)吊司機(jī)2人5材料供應(yīng)4人6攪拌司機(jī)2人7值班工程師2人8工班長(zhǎng)1人9貫通囿觀察人員2人七、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求在砂質(zhì)粘性土和全、強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的掘進(jìn)中，主要是要穩(wěn)定開(kāi)挖面，防止刀盤(pán)產(chǎn)生泥餅，并降低刀盤(pán)扭矩。擬采取分別向刀盤(pán)面和土倉(cāng)內(nèi)注入泡沫的方法進(jìn)行磴土改良，必要時(shí)可向螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫。同時(shí)，采用滾刀與齒刀混合破巖削土或全齒刀削土、增大刀盤(pán)開(kāi)口率等方法來(lái)防止泥餅形成。泡沫的注入量為每立方米磴土300600升。在硬巖地段的掘進(jìn)主要是要降低對(duì)刀具磨損、螺旋輸送機(jī)的磨損，防止涌水，擬采取向刀盤(pán)前和土艙內(nèi)及螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泥漿的

8、方法來(lái)改良磴土，泥漿的注入量一般為每立方米磴土注入20%30%在富水地段和其它含水地層采用土壓平衡模式掘進(jìn)時(shí)，主要是要防止涌水、防止噴涌、降低刀盤(pán)扭矩，擬向刀盤(pán)面、土倉(cāng)內(nèi)和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入膨潤(rùn)土，并增加對(duì)螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入的膨潤(rùn)土，以利于螺旋輸送機(jī)形成土塞效應(yīng)，防止噴涌。膨潤(rùn)土添加量應(yīng)據(jù)具體情況確定。在砂土地層中掘進(jìn)時(shí)，主要是保持土倉(cāng)內(nèi)的壓力平衡，以穩(wěn)定開(kāi)挖面，控制地層沉降，擬采取向刀盤(pán)面和土艙內(nèi)注入泡沫來(lái)改良磴土。泡沫注入量根據(jù)具體情況確定八、效益分析1、施工程序化，工作標(biāo)準(zhǔn)化，可以有效地防止在賦水地層發(fā)生涌水涌泥。2、改善渣土的流動(dòng)性，能夠快速進(jìn)入土倉(cāng)，為盾構(gòu)機(jī)的快速有序的掘進(jìn)創(chuàng)造了條件。3、可有效降低刀盤(pán)扭矩，降低對(duì)刀具和螺旋輸送機(jī)的磨損。九、工程實(shí)例由中鐵隧道集團(tuán)廣州盾項(xiàng)目部承擔(dān)的越三區(qū)間隧道工