泡沫盾构技术.doc

泡沫盾构施工技术与工法特点土压平衡盾构施工过程中, 土压室内的土料起着平衡开挖面的水、土压力, 支撑开挖面的作用。因此这种土料须具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等。一般施工路线的土质不能完全满足这些特性, 所以要进行土壤改良。常用的土壤改良剂为水、膨润土、粘土和化学泡沫等。使用泡沫对开挖土进行改良的盾构施工法(简称泡沫盾构工法) 适于沙砾层到粘性土层等土质施工。该法已经在欧洲、日本和国内的地铁隧道施工中广泛采用。1 泡沫盾构施工法及特点泡沫盾构施工法即用由特殊发泡材料和压缩空气制成30400m 的细小齿状气泡, 代替一直在加泥式土压平衡盾构法中作为主要添加材料的粘土和膨润土等。该施工法有如下特点。1) 粘性土地基中, 泡沫起着界面活性剂的作用, 可有效防止开挖土附着于刀盘上和土压室内壁, 防止泥饼现象, 使掘进工作顺利地进行。2) 沙性土和砂砾土地基中, 泡沫的支承作用使开挖土的流动性提高, 土压室内泥土不会产生拥堵, 刀盘及螺旋输送机的驱动扭矩减小, 刀具磨损减小, 从而有利于盾构机掘进。3) 微细泡沫置换了土颗粒中的空隙水, 提高了土的止水性, 能较容易地开挖地下水位较高的砂砾土地基, 而且可以有效地防止螺旋输送机泥水喷涌。4) 泡沫可压缩性使开挖面的土压力波动减小, 在不影响开挖面稳定的同时保证顺利掘进。5) 排出土中的泡沫在短时间内会逐渐消除,另外由于泡沫中的特殊发泡材料是少量的, 因此排出的碴土很快就可以恢复到注入泡沫前的状态, 碴土处理问题容易解决。6) 由于未使用粘土、膨润土, 这就避免了隧洞内外的污染, 有助于保持良好的工作环境。7) 泡沫注入设备和制作设备比加泥设备规模小, 设备布置、安装更便利。2 泡沫的制作及用量211 泡沫的制作泡沫盾构工法所使用的泡沫是用专用原料和水制成的混合液与空气通过泡沫发生器制成的。这种专用原料主要是特殊发泡剂和泡沫添加剂。特殊发泡剂是由各种表面活性剂经过特别调配制成, 它的水溶液被称为A 型特殊发泡材料,主要用于粘性土及含水量较少的砂质土。泡沫添加剂是用矿浆为主要原料的高分子水溶液。如果将特殊发泡剂的比例降低, 代之以泡沫添加剂, 那么所形成的水溶液称之为B 型特殊发泡材料。一般来说, 由B 型特殊发泡材料制成的泡沫比用A 型特殊发泡材料制成的泡沫更稳定, 尤其是止水性能更佳。因此, B 型特殊发泡材料主要用于含水沙砾地质及地下水位较高的砂质土。212 泡沫材料的用量泡沫的注入量因土沙情况及泡沫特性的不同而异。泡沫的混合率Q 是泡沫注入的比率(注入的泡沫体积/ 被开挖土的体积) , Q 值常根据55CoM 用户篇建筑机械化2005 (2)实验结果及实际情况综合考虑, 一般最低20 %。在需要防止附着的情况下, Q 需达到30 %。3 泡沫土的处理通常泡沫土的处理可用特殊灭泡材料, 它是特殊灭泡剂的水溶液或者特殊灭泡剂与灭泡添加剂的水溶液。一般说来, 用A 型特殊发泡材料所制作成的泡沫其灭泡性较好, 含有泡沫的碴土运出时会自然灭泡, 因此可不使用特殊灭泡材料。与此相对, 由B 型特殊发泡材料制成的泡沫难以自然灭泡, 有必要使用特殊灭泡材料, 这样含有泡沫的土就能较容易地恢复到原来的土质状态。特殊灭泡材料的使用量原则上是添加在开挖土中的特殊发泡材料用量的10 %。4 泡沫系统的组成1) 发泡材料制作设备发泡材料的制作设备包括泡沫添加剂散布装置、发泡材料溶解槽、储存罐及发泡材料洞内输送泵。它们既可以安装在地面上, 也可安装在洞内。在使用A 型特殊发泡材料的时候, 可不用泡沫添加剂散布装置。2) 泡沫注入设备泡沫注入设备如图1 所示。压缩空气和送至洞内的特殊发泡材料分别通过空压机和发泡材料注入泵, 经泡沫控制装置送出。由泡沫控制装置进行流量控制的压缩空气和特殊发泡材料经过泡沫发生器生成齿状泡沫, 注入到开挖面或土压室内。注入泵、空压机及泡沫控制装置一般被组装在盾构后配套拖车上, 泡沫发生器则位于盾压机内或后配套拖车中。3) 泡沫控制装置泡沫控制装置是由流量计、压力计、泡沫剂量控制阀、空气流量控制阀、电脑等构成的, 使用时用电脑自动控制发泡材料和空气流量, 以保持设定的泡沫混合率和膨胀