富水砂卵石地层渣土改良技术(最新)

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1、中国中铁二局中国中铁二局二零一二年八月成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部金牛支渠地层及地面情况地层及地面情况 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 成都地铁2号线二期工程（西延伸线）土建1标，互助站吊出井区间穿越的地层为中密卵石、密实卵石。 1、隧道穿越地层情况、隧道穿越地层情况2、水文地质情况、水文地质情况成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部卵石含量高：卵石土地层中卵石含量70

2、%以上，为该地层的骨架成分。砂含量高：砂卵石中砂含量高，含量约1030%，呈透镜体分布。颗粒间胶结物：胶结物广泛分布于砂卵石中。漂石粒径大：区间探井揭示漂石最大粒径为650mm。地下水位：大部分区内地下水位埋深约810m;受自来水厂长期取水的影响，互助站始发端头350米范围内的地下水位均在18米以下。地层透水性：卵石土地层渗透系数高达25m/d，透水性强。卵石和漂石强度高：卵石和漂石单轴抗压强度达55165MPa以上。 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部3、地面情况、地面情况 互助站至吊出井区间为房屋密集区，大多为90年代建造的2层砖结构。房屋共计73栋，其中民房63栋，厂

3、房10栋。基础类型为圈梁的房屋（基础埋深约1m）占60，基础类型为条基础的房屋（基础埋深约0.5m）占40。 金牛支渠 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部改良剂的确定及配比、掺量改良剂的确定及配比、掺量 各种改良剂的性能指标表 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部改良剂的确定改良剂的确定 盾构在1100环的掘进过程中采用的是采用国产泡沫剂国产泡沫剂+水水，开始掘进较正常，但是在掘进约20环后便发现掘进速度越来越缓慢，同时出现盾构机推力大、扭矩大、渣温高等状况，开仓后发现仓内刀盘牛腿呈伞状结饼，刀箱及刀盘开口也结饼，用风镐才能将泥饼清除。 土仓内结泥饼图 成

4、都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 根据土仓内结泥饼的状况我们召开了研讨会，对结泥饼的状况进行了分析，发现现有的渣土改良方案存在缺陷，泡沫的发泡效果不好，出泡沫的发泡效果不好，出来的渣土流塑性较差来的渣土流塑性较差，导致土仓内出现结泥饼的状况，于是对渣土改良做了改进： 改用进口的康达特（改用进口的康达特（CONDAT）泡沫剂，并提高发泡倍率；）泡沫剂，并提高发泡倍率； 在刀盘前面加注膨润土；在刀盘前面加注膨润土； 加装注水管路等。加装注水管路等。 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 虽有上述的改进措施，但掘进24环后又出现刀盘扭矩以及总推力过大，出土量不易

5、控制，渣温较高等异常情况。 于是再次开仓对刀盘、土仓及刀具进行检查。开仓后发现： 渣土呈伞状附着在刀盘支撑牛腿整圈，支撑牛腿外环往外1米的部分刀盘开口未结泥饼； 主、被动搅拌臂能搅拌到的土体松散，仓内不能搅拌到的地方土体仍然密实。 土仓及刀盘结泥饼图 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 针对上述结泥饼状况，我们邀请了何川、柴永模等业内知名专家召开研讨会，确定以下渣土改良方案： 在刀盘中心区域加装3个注水点位，必要时，用于冲散刀盘支腿内所结的泥饼。 使用BASF发泡剂，提高渣土的和易性。 使用BASF发泡剂后渣土的改良效果 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理

6、部 按上述改良措施进行改进后，当盾构机掘进了42环后，再次开仓，发现刀盘中心位置及刀箱结饼。 土仓内结泥饼图 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 我们邀请了日本奥村、TAC公司专家到现场进行分析和指导，制定渣土改良方案。 导致土仓内结泥饼的主要原因为土仓内的砂卵石沉底，出现砂石分离的状况，使得土仓内的渣土运输通道越来越小，最终导致土仓内结泥饼。要想解决土仓内结泥饼的问题，只有研究出一个新的渣土改良方案，让砂卵石“漂浮”起来，即让渣土具有更好的流塑性、止水性。 为了达到上述目标，项目部与奥村、TAC公司的专家一起开会讨论适合成都富水砂卵石地层的渣土改良方案。 日本奥村、TAC

7、公司专家到现场进行分析和指导 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 采用高浓度膨润土溶液和B型材料（高分子聚合物），首先需要通过不同的管路将它们进行高压注射，在注射前按设计的配比将他们混合，成为高粘度的流塑状凝胶。 这种流塑状凝胶十分稳定，不容易被水稀释。可以通过改变膨润土溶液和B型材料的配比来调节这种流塑状凝胶的浓度。而这种凝胶的浓度相对较稳定，不会随时间的改变而发生变化。 上述溶液的配比如下： 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 按上述配比我们做了实验，发现这种流塑性胶状物粘度十分大，并且不容易被水稀释，具有很好的流塑性和止水性，如下图所示： 成都地铁

8、2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 但是该实验是在常温下进行的，土仓内的温度一般都是在30以上，于是我们将上述胶状溶液放置于温度为30的温水中，经搅拌后发现胶状溶液越来越干，稠度越来越大，到最后几乎就已经无法搅拌了。 针对上述现象，起初我们怀疑有可能是高分子聚合物的浓度高造成的，但是我们将高分子聚合物的含量减少后发现胶状物的浓度确实有所降低，但是在搅拌之后最终还是会变得非常稠，甚至无法搅拌，已经不再具有流塑性。 通过现场实验决定最终弃用高分子聚合物，研究新的改良剂方案。 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 于是又召开会议，讨论新的改良剂方案，分别对改良剂为泡沫剂

9、+水、膨润土溶液、膨润土溶液+水、膨润土溶液+泡沫溶液，在现场进行实验，并对不同渣土改良剂下的盾构掘进参数进行记录： 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 通过上述比较发现采用膨润土溶液+泡沫溶液的方式渣土改良效果最好，盾构的各项掘进参数均控制较好，并且地面沉降得到有效控制，改良出来的渣土具有较好的流塑性、止水性。 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 随后我们又对膨润土的改良效果在现场做了实验，水土分离的现象得到有效控制，如下： 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部改良剂的配比及参量的

10、确定改良剂的配比及参量的确定 为了让渣土改良取得更好的效果，我们对膨润土溶液的按不同的配比分别进行了实验： 膨润土配合比实验 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部实验结果如下： 膨润土配合比实验结果 通过实验结果可以看出，组的溶液浓度较稀，组和组溶液的浓度又较大，组的溶液效果最好，于是决定采用组溶液的配比。成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 最后得出渣土改良的配比及参量如下： 使用膨润土溶液+泡沫溶液 膨润土溶液 水：膨润土=100kg：52kg，即1m水加520kg膨润土； 泡沫溶液 使用CF=3%的泡沫，泡沫膨胀倍率FER=10； 以上两种溶液，膨润土

11、溶液的注入率为15%，泡沫溶液的注入率为15%，合计注入率为30%。 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 按照上述泡沫及膨润土溶液的配比及注入率，下表给出了1050mm/min速度值下对应的膨润土及泡沫流量： 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 在实际的掘进过程中根据掘进速度及土仓压力大小对泡沫及空气的流量做相应调整，每环（1.2m行程）空气的总注入量计算公式如下： 将刀盘最外侧的两个管路（KF2、KF5）注入泡沫溶液，其余管路（选4路管路）注入膨润土溶液，膨润土溶液的注入率为15，泡沫溶液的注入率为15。 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项

12、目经理部刀盘渣土改良管路分布图 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部膨润土发酵池 由于膨润土需要一定的发酵时间，因此我们在中板上修建了3个膨润土池，如图，每个膨润土池的容量大约为60m，同时在掘进过程中用于渣土改良的膨润土溶液的量约为5m/环。成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部改良系统的优化改造改良系统的优化改造 由于泡沫系统中的空气流量十分不稳定，时有时无，并且泡沫的实际流量跟操作面板上面显示的流量不一致。 为了使泡沫系统得到彻底改善，对泡沫系统做了以下改造： 从日本进口一台泡沫系统，对原有的泡沫系统进行更换，使之能根据需要调节发泡气体流量，并能确保流量

13、的稳定。 进口泡沫系统图 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部进口泡沫系统操作面板图1 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部进口泡沫系统操作面板图2 2、对泡沫喷头进行优化改造，减少泡沫管路堵塞概率 。金牛支渠 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 1、通过上述改良措施，能够使渣土达到很好的流塑性、止水性，改良效果如下图所示。 渣土改良情况 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 2、通过现场监测，地面沉降值（单次最大-1.68mm，累计最大-7.62mm）、房屋沉降值（

14、单次最大-2.43mm，累计最大-5.76mm）均在预警值（单次-3mm，累计-20mm）以内。 地面沉降监测 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部112号房屋监测 采用上述渣土改良措施后，地面的沉降得到有效控制，确保了盾构过建（构）筑物的安全。 金牛支渠 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部 渣土改良做为盾构施工中一个重要的环节，尤其对提高盾构掘进效率以及控制地面沉降有较大的影响，同时对地铁隧道的建设发展有着深远的影响。纵观目前国内各个地方盾构机的使用工况，不难发现土质改良技术应用的好坏，对降低工程造价、提高工程施工进度都有着决定性的作用。 通过现场试验，膨润土溶液+泡沫溶液对成都富水砂卵石地层的改良效果较好，并且能有效控制地面沉降，特别对盾构下穿建（构）筑物沉降控制非常有利，能确保建（构）筑物的安全，对成都富水砂卵石地层的掘进提供了一项新的渣土改良技术。 成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部