富水砂卵石地层渣土改良技术讲义

中国中铁二局二零一二年八月富水砂卵石地层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 本文以在成都富水砂卵石地层中盾构掘进所采取的渣土改良方法为例，阐述了在盾构成功穿越大量老旧民房过程中所采取的渣土改良措施，主要包括渣土改良中改良剂的选择、配比及参量的确定以及对渣土改良系统的优化改造，最终使改良出来的渣土具有良好的流塑性、止水性，并且使地面沉降得到有效的控制。成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工1标段项目经理部目录

一、地层及地面情况二、渣土改良三、效果检验四、结论成都地铁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成都地铁2号线二期工程西延伸线土建施工2W-1标一、地层及地面情况

富水砂卵石地层渣土改良技术

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<2-6-3>中密卵石、<2-6-4>密实卵石。

1、隧道穿越地层情况2、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①卵石含量高：卵石土地层中卵石含量70%以上，为该地层的骨架成分。②砂含量高：砂卵石中砂含量高，含量约10～30%，呈透镜体分布。③颗粒间胶结物：胶结物广泛分布于砂卵石中。④漂石粒径大：区间探井揭示漂石最大粒径为650mm。⑤地下水位：大部分区内地下水位埋深约8～10m;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。⑥地层透水性：卵石土地层渗透系数高达25m/d，透水性强。⑦卵石和漂石强度高：卵石和漂石单轴抗压强度达55～165MPa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

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2W-1标二、渣土改良

富水砂卵石地层渣土改良技术

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

盾构在1～100环的掘进过程中采用的是采用国产泡沫剂+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

成都地地铁2号线二二期工工程西西延伸伸线土土建施施工1标段项项目经经理部部根据土土仓内内结泥泥饼的的状况况我们们召开开了研研讨会会，对对结泥泥饼的的状况况进行行了分分析，，发现现现有有的渣渣土改改良方方案存存在缺缺陷，，泡沫的的发泡泡效果果不好好，出出来的的渣土土流塑塑性较较差，导致致土仓仓内出出现结结泥饼饼的状状况，，于是是对渣渣土改改良做做了改改进：：①改用用进口口的康康达特特（CONDAT）泡沫沫剂，，并提提高发发泡倍倍率；；②在刀刀盘前前面加加注膨膨润土土；③加装装注水水管路路等。。成都地地铁2号线二二期工工程西西延伸伸线土土建施施工1标段项项目经经理部部虽有上上述的的改进进措施施，但但掘进进24环后又又出现现刀盘盘扭矩矩以及及总推推力过过大，，出土土量不不易控控制，，渣温温较高高等异异常情情况。。于是再再次开开仓对对刀盘盘、土土仓及及刀具具进行行检查查。开开仓后后发现现：①渣土土呈伞伞状附附着在在刀盘盘支撑撑牛腿腿整圈圈，支支撑牛牛腿外外环往往外1米的部部分刀刀盘开开口未未结泥泥饼；；②主、、被动动搅拌拌臂能能搅拌拌到的的土体体松散散，仓仓内不不能搅搅拌到到的地地方土土体仍仍然密密实。。土仓及及刀盘盘结泥泥饼图图成都地地铁2号线二二期工工程西西延伸伸线土土建施施工1标段项项目经经理部部针对上上述结结泥饼饼状况况，我我们邀邀请了了何川川、柴柴永模模等业业内知知名专专家召召开研研讨会会，确确定以以下渣渣土改改良方方案：：①在刀刀盘中中心区区域加加装3个注水水点位位，必必要时时，用用于冲冲散刀刀盘支支腿内内所结结的泥泥饼。。②使用用BASF发泡剂剂，提提高渣渣土的的和易易性。。使用BASF发泡剂剂后渣渣土的的改良良效果果成都地地铁2号线二二期工工程西西延伸伸线土土建施施工1标段项项目经经理部部按上述述改良良措施施进行行改进进后，，当盾盾构机机掘进进了42环后，，再次次开仓仓，发发现刀刀盘中中心位位置及及刀箱箱结饼饼。土仓内内结泥泥饼图图成都地地铁2号线二二期工工程西西延伸伸线土土建施施工1标段项项目经经理部部我们邀邀请了了日本本奥村村、TAC公司专家到到现场进行行分析和指指导，制定定渣土改良良方案。导致土仓内内结泥饼的的主要原因因为土仓内内的砂卵石石沉底，出出现砂石分分离的状况况，使得土土仓内的渣渣土运输通通道越来越越小，最终终导致土仓仓内结泥饼饼。要想解解决土仓内内结泥饼的的问题，只只有研究出出一个新的的渣土改良良方案，让让砂卵石““漂浮”起起来，即让让渣土具有有更好的流流塑性、止止水性。为了达到上上述目标，，项目部与与奥村、TAC公司的专家家一起开会会讨论适合合成都富水水砂卵石地地层的渣土土改良方案案。日本奥村、、TAC公司专家到到现场进行行分析和指指导成都地铁2号线二期工工程西延伸伸线土建施施工1标段项目经经理部采用高浓度度膨润土溶溶液和B型材料（高高分子聚合合物），首首先需要通通过不同的的管路将它它们进行高高压注射，，在注射前前按设计的的配比将他他们混合，，成为高粘粘度的流塑塑状凝胶。。这种流塑状状凝胶十分分稳定，不不容易被水水稀释。可可以通过改改变膨润土土溶液和B型材料的配配比来调节节这种流塑塑状凝胶的的浓度。而而这种凝胶胶的浓度相相对较稳定定，不会随随时间的改改变而发生生变化。上述溶液的的配比如下下：成都地铁2号线二期工工程西延伸伸线土建施施工1标段项目经经理部按上述配比比我们做了了实验，发发现这种流流塑性胶状状物粘度十十分大，并并且不容易易被水稀释释，具有很很好的流塑塑性和止水水性，如下下图所示：成都地铁2号线二期工工程西延伸伸线土建施施工1标段项目经经理部但是该实验验是在常温温下进行的的，土仓内内的温度一一般都是在在30℃以上，于是是我们将上上述胶状溶溶液放置于于温度为30℃的温水中，，经搅拌后后发现胶状状溶液越来来越干，稠稠度越来越越大，到最最后几乎就就已经无法法搅拌了。。针对上述现现象，起初初我们怀疑疑有可能是是高分子聚聚合物的浓浓度高造成成的，但是是我们将高高分子聚合合物的含量量减少后发发现胶状物物的浓度确确实有所降降低，但是是在搅拌之之后最终还还是会变得得非常稠，，甚至无法法搅拌，已已经不再具具有流塑性性。通过现场实实验决定最最终弃用高高分子聚合合物，研究究新的改良良剂方案。。成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部于是又召召开会议议，讨论论新的改改良剂方方案，分分别对改改良剂为为泡沫剂剂+水、膨润润土溶液液、膨润润土溶液液+水、膨润润土溶液液+泡沫溶液液，在现现场进行行实验，，并对不不同渣土土改良剂剂下的盾盾构掘进进参数进进行记录录：成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部通过上述述比较发发现采用用膨润土土溶液+泡沫溶液液的方式式渣土改改良效果果最好，，盾构的的各项掘掘进参数数均控制制较好，，并且地地面沉降降得到有有效控制制，改良良出来的的渣土具具有较好好的流塑塑性、止止水性。成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部随后我们们又对膨膨润土的的改良效效果在现现场做了了实验，，水土分分离的现现象得到到有效控控制，如如下：成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部改良剂的的配比及及参量的的确定为了让渣渣土改良良取得更更好的效效果，我我们对膨膨润土溶溶液的按按不同的的配比分分别进行行了实验验：膨润土配配合比实实验成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部实验结果果如下：：膨润土配配合比实实验结果果通过实验验结果可可以看出出，①组组的溶液液浓度较较稀，③③组和④④组溶液液的浓度度又较大大，②组组的溶液液效果最最好，于于是决定定采用②②组溶液液的配比比。成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部最后得出出渣土改改良的配配比及参参量如下下：使用膨润润土溶液液+泡沫溶液液①膨润土土溶液水：膨润润土=100kg：52kg，即1m³水加520kg膨润土；；②泡沫溶溶液使用CF=3%的泡沫，，泡沫膨膨胀倍率率FER=10；以上两种种溶液，，①膨润润土溶液液的注入入率为15%，②泡沫沫溶液的的注入率率为15%，合计注注入率为为30%。成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部按照上述述泡沫及及膨润土土溶液的的配比及及注入率率，下表表给出了了10～50mm/min速度值下下对应的的膨润土土及泡沫沫流量：：成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部在实际的的掘进过过程中根根据掘进进速度及及土仓压压力大小小对泡沫沫及空气气的流量量做相应应调整，，每环（（1.2m行程）空空气的总总注入量量计算公公式如下下：将刀盘最最外侧的的两个管管路（KF2、KF5）注入泡泡沫溶液液，其余余管路（（选4路管路））注入膨膨润土溶溶液，膨膨润土溶溶液的注注入率为为15％，泡沫沫溶液的的注入率率为15％。成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部刀盘渣土土改良管管路分布布图成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部膨润土发发酵池由于膨润润土需要要一定的的发酵时时间，因因此我们们在中板板上修建建了3个膨润土土池，如如图，每每个膨润润土池的的容量大大约为60m³³，同时在在掘进过过程中用用于渣土土改良的的膨润土土溶液的的量约为为5m³/环。成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部改良系统统的优化化改造由于泡沫沫系统中中的空气气流量十十分不稳稳定，时时有时无无，并且且泡沫的的实际流流量跟操操作面板板上面显显示的流流量不一一致。为了使泡泡沫系统统得到彻彻底改善善，对泡泡沫系统统做了以以下改造造：⒈从日本本进口一一台泡沫沫系统，，对原有有的泡沫沫系统进进行更换换，使之之能根据据需要调调节发泡泡气体流流量，并并能确保保流量的的稳定。。进口泡沫沫系统图图成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部进口泡沫沫系统操操作面板板图1成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部进口泡沫沫系统操操作面板板图22、对泡沫沫喷头进进行优化化改造，，减少泡泡沫管路路堵塞概概率。。金牛支渠渠成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工2W-1标三、效果检验验富水砂卵卵石地层层渣土改改良技术术成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部成都地铁铁2号线二期期工程西西延伸线线土建施施工1标段项目目经理部部1、通过上述改改良措施，能能够使渣土达达到很好的流流塑性、止水水性，改良效效果如下图所所示。渣土改良情况况成都地铁2号线二期工程程西延伸线土土建施工1标段项目经理理部2、通过现场监监测，地面沉沉降值（单次次最大-1.68mm，累计最大-7.62mm）、房屋沉