盾构施工中土体改良的方法及应用.doc

盾构施工当中土体改良方法及应用 （李懂懂）土体改良目的： 通过盾构自身的管路系统向开挖面注入土体改良剂，以达到润滑效果降低刀具的磨损、改良土质以防治结饼等施工问题，使盾构掘进顺畅、高效。土体改良要求： (1).对刀盘前方的土体需预先及持续不断地改良 (2).将刀盘切削下来的土体改良成流动性好、能够及时建立起土仓内的土体和刀盘外土体之间的压力平衡、维持盾构掘进过程中盾构切口上方的土体稳定； (3).增加土体的流动性，刀盘切削进入土仓的土体能及时排出，减少土仓内泥饼的形成，不会形成颗粒的骨架拱效应。土体改良方法：一、泡沫剂改良 一般土压平衔盾构机适应于内摩擦角小，渗透系数在10-6m/s以下的易塑流的粘性土层。在颗粒粒径较大的砂层、砾石层中，由于摩擦力大，透水性高，在这种土层中施工难以保持开挖面稳定。为解决砂性土的塑流性，可在开挖土仓中注入泡沫并充分搅拌，改变土的成分，以保证土的流动性和减少土的透水性，使开挖面保持稳定；减少刀盘与土体的摩擦，降低扭矩，减少壳体与刀盘上粘土的粘着力有利于排土机构出土，在盾构机泡沫改良系统中，泡沫剂溶液浓度控制为25%的情况下，针对主要地层建议采用以下泡沫注入及膨润土添加参数：（1）粉细砂层、中砂层，泡沫发泡倍率1525倍，泡沫注入率3545（泡沫体积与渣土的体积比）。（2）卵石层、强风化泥岩，泡沫发泡倍率2535倍，泡沫注入比4560。 不同地层中泡沫剂的用量二、膨润土改良 由于膨润土具有吸湿膨胀性、低渗性、高吸附性及良好的自封闭性能，所以向土舱内注入钠基膨润土溶液时，可以起到的主要作用为：增加土舱内土体的流动性，在刀盘转动切削土体的过程中在掌子面形成泥膜，起到护壁作用，有利于保持土舱内土压平衡，从而避免开挖面的土体坍塌，保持掘进的持续顺利进行。以膨润土：工业碱：水=1：0.01：101：0.01：11（重量比）配制浆液，浸泡至膨化反应，膨化时间最少保持在12小时以上，最佳为20小时使其充分溶解。为了减少膨润土的用量，可考虑采用一部分老黄土代替，其配制比例为：用比重1.06g/cm3的膨润土浆液与比重1.3g/cm3老黄土浆液搅拌，用浆液粘度测定仪测定粘度为20左右，老黄土与膨润土浆液比例用1：4拌制成比重为1.15g/cm3的混合浆液（注：下料前4分钟时注入老黄土浆液）.在施工过程中，根据膨润土的使用情况，实时调整配比。3、 加水改良(1) .一定压力的水与润滑剂的混合液，通过刀盘前泡沫剂发生管路注射到土体内，将冲刷下来的、流动性好的土体能及时通过进入土仓，减少了刀具的磨损；(2).冷却刀盘面板上的各种刀具，特别是刀具的硬质合金部分；(3).水与润滑剂的混合液具有降低摩擦力的作用，降低刀盘扭矩，延长刀具使用寿命；(4).加在刀盘前方的水随土体进入土仓内，在刀盘后方搅拌捧的搅拌下，土体流动性加大，有利于顺利出土，减少卵石对螺旋机和叶片的磨损。四、聚合物改良 聚合物的注入可采用盾构自身的膨润土系统。聚合物粉剂需配置成溶液进行加注。配置方法为一公斤的粉剂通过加水的方式配制成一吨的溶液。（1）粉细砂层、中砂层，聚合物溶液的注入率1015（聚合物溶液体积与渣土的体积比，57吨每环）。（2）卵石层、强风化泥岩，聚合物溶液的