富水砂層掘進中的渣土改良及噴涌控制技術(shù)

1、富水砂層掘進中的渣土改良富水砂層掘進中的渣土改良及噴涌控制技術(shù)及噴涌控制技術(shù)哈爾濱地鐵項目部劉華【摘要】在富水砂層中選擇土壓平衡盾構(gòu)機掘進施工，對渣土改良和噴涌控制有更高要求和難度，哈爾濱地鐵【南直路站～哈東站站】區(qū)間地質(zhì)構(gòu)造為典型的富水砂層，本文結(jié)合哈爾濱地鐵工程采用土壓平衡盾構(gòu)施工的成功案例，論述土壓平衡盾構(gòu)機在富水砂層掘進中的渣土改良及噴涌控制技術(shù)。【關(guān)鍵詞】土壓平衡盾構(gòu)機富水砂層渣土改良噴涌控制引言土壓平衡盾構(gòu)機穿越富水砂層具有

2、較大的風險，由于砂層自身的不穩(wěn)定性及土倉內(nèi)砂質(zhì)渣土易離析沉淀，極易造成盾構(gòu)機前方地表塌方及構(gòu)筑物開裂損壞，因此在富水砂層中掘進對渣土改良效果要求極高，只有渣土改良效果理想，才能在土倉內(nèi)實現(xiàn)土壓的動態(tài)平衡，避免噴涌現(xiàn)象發(fā)生，從而降低對前方土體的擾動。1工程概況哈爾濱地鐵【南直路站～哈東站站】區(qū)間全長514.943米，根據(jù)地質(zhì)勘察報告和車站主體開挖情況，本工程盾構(gòu)區(qū)間場地范圍內(nèi)主要為第四紀全新統(tǒng)堆積層，地處河谷漫灘及波狀沖擊平原，地層巖性為

3、粉質(zhì)粘土、砂類土，隧道開挖的地層主要為中砂層，部分區(qū)段含少量粗砂層和粉細砂層，地下水穩(wěn)定水位為自然地面下2.5m，含水量較大，達到15%，有的地段可達30%。區(qū)間隧道埋深在9~14m。2盾構(gòu)機具有的渣土改良設(shè)備哈爾濱地鐵九標段使用的盾構(gòu)機為維爾特產(chǎn)土壓平衡盾構(gòu)機，渣土改良劑由泵送設(shè)備通過中心回轉(zhuǎn)軸連接刀盤注入到刀盤前方，刀盤輻條上均勻分布4個注射孔，兩個為膨潤土注射管道，另外兩個為高分子聚合物注射管道。本標段項目工程主要采用膨潤土漿液和

4、高分子聚合物配合使用作為渣土改良劑。2.1膨潤土系統(tǒng)整個膨潤土系統(tǒng)分為兩部分，一部分為拌合系統(tǒng)，一部分為注入系統(tǒng)。拌合系統(tǒng)在地面，主要進行膨潤土漿液的拌合與發(fā)酵存儲，拌合發(fā)酵完成后通過管道泵送到盾構(gòu)機的膨潤土存儲罐里。盾構(gòu)機膨潤土注入系統(tǒng)不屬于維爾特原裝配置，是為了滿足哈爾濱地鐵施工而專門增設(shè)的系統(tǒng)，注入系統(tǒng)所有構(gòu)件都是后期添置，主要由存儲罐、注入泵、變頻器及管道組成。存儲罐體積4.5m3，另配有兩組攪拌軸；注入泵為鄭州瑞申產(chǎn)軟管擠壓泵

5、，型號為RH65～770，最大排量13500Lh，額定壓力1.2MPa，介質(zhì)最大顆粒8mm，電機功率11KW，由現(xiàn)場使用情況看，此泵完全滿足膨潤土注入要求。另外配置變頻器以便根據(jù)渣土改良效果和掘進速度及時調(diào)整擠壓泵轉(zhuǎn)速從而改變膨潤土注入量。故發(fā)生。（2）降低土倉內(nèi)渣土以及掌子面土體的內(nèi)摩擦角，減少渣土對刀盤刀具的磨損，降低刀盤扭矩。（3）提高土倉內(nèi)渣土的可塑性，防止渣土粘附在刀盤上結(jié)成泥餅。（4）由于砂層密水性差，掘進停機后，土倉內(nèi)砂土

6、易離析、沉淀、密實，使刀盤再次啟動時扭矩大，啟動困難，對盾構(gòu)機設(shè)備損害大。（5）采用土壓平衡模式掘進時會因渣土密水性差而產(chǎn)生噴涌現(xiàn)象。（6）渣土和易性差，螺旋機出渣不暢，導(dǎo)致掘進速度慢，掘進參數(shù)不易控制。3.2渣土改良劑根據(jù)富水砂層掘進中渣土改良所面臨的問題，在哈爾濱地鐵9標段的盾構(gòu)施工中，采用了天然鈉基膨潤土漿液和高分子聚合物作為渣土改良劑，渣土改良效果非常理想。3.2.1膨潤土漿液膨潤土在水介質(zhì)中能分散呈膠體懸浮液，這種懸浮液具有一

7、定的粘帶性、觸變性和潤滑性，它和水、泥、砂等細瑣屑物質(zhì)的摻合物有可塑性和粘結(jié)性。膨潤土在水化時，鈉離子連接各層薄片，同時擠占與之接觸的土顆粒之間的間隙，積聚于土壤與泥水的接觸表面，形成不透水的可塑性膠體，從而形成泥膜。在富水砂層的盾構(gòu)機掘進中使用，可提高砂土的含泥量，補充土體的微細顆粒組分，使土體的內(nèi)摩擦角變小，增加開挖土體的流動性和不透水性，主要作用如下：（1）降低土體的滲透系數(shù)，使其具有較好的止水性，以控制地下水流失。（2）可有效提

8、高土體的保水性，防止渣土離析、沉淀板結(jié)。（3）使渣土具有較好的土壓平衡效果，利于穩(wěn)定開挖面，控制地表沉降。（4）使土體具有較低的內(nèi)摩擦角，降低刀盤扭矩，減少對刀具和螺旋輸送機的磨損。（5）使切削下來的渣土順利快速進入土倉，并利于螺旋輸送機順利排土，提高掘進速度。膨潤土漿液的水土比直接影響到渣土改良的效果，同時還要綜合考慮盾構(gòu)施工中渣土改良的成本和膨潤土漿液的泵送性能。經(jīng)過大量試驗和施工生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，我們總結(jié)出了不同水土比漿液的一些基