富水砂層掘進(jìn)中的渣土改良及噴涌控制技術(shù)

1、富水砂層掘進(jìn)中的渣土改良富水砂層掘進(jìn)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(xiàng)目部劉華【摘要】在富水砂層中選擇土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工，對(duì)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(jī)在富水砂層掘進(jìn)中的渣土改良及噴涌控制技術(shù)?！娟P(guān)鍵詞】土壓平衡盾構(gòu)機(jī)富水砂層渣土改良噴涌控制引言土壓平衡盾構(gòu)機(jī)穿越富水砂層具有

2、較大的風(fēng)險(xiǎn)，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(jī)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(jìn)對(duì)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(shí)現(xiàn)土壓的動(dòng)態(tài)平衡，避免噴涌現(xiàn)象發(fā)生，從而降低對(duì)前方土體的擾動(dòng)。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(bào)告和車站主體開挖情況，本工程盾構(gòu)區(qū)間場(chǎng)地范圍內(nèi)主要為第四紀(jì)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(xì)砂層，地下水穩(wěn)定水位為自然地面下2.5m，含水量較大，達(dá)到15%，有的地段可達(dá)30%。區(qū)間隧道埋深在9~14m。2盾構(gòu)機(jī)具有的渣土改良設(shè)備哈爾濱地鐵九標(biāo)段使用的盾構(gòu)機(jī)為維爾特產(chǎn)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，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(gè)注射孔，兩個(gè)為膨潤土注射管道，另外兩個(gè)為高分子聚合物注射管道。本標(biāo)段項(xiàng)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(gè)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(jìn)行膨潤土漿液的拌合與發(fā)酵存儲(chǔ)，拌合發(fā)酵完成后通過管道泵送到盾構(gòu)機(jī)的膨潤土存儲(chǔ)罐里。盾構(gòu)機(jī)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(chǔ)罐、注入泵、變頻器及管道組成。存儲(chǔ)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(hào)為RH65～770，最大排量13500Lh，額定壓力1.2MPa，介質(zhì)最大顆粒8mm，電機(jī)功率11KW，由現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)速度及時(shí)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(duì)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(jìn)停機(jī)后，土倉內(nèi)砂土

6、易離析、沉淀、密實(shí)，使刀盤再次啟動(dòng)時(shí)扭矩大，啟動(dòng)困難，對(duì)盾構(gòu)機(jī)設(shè)備損害大。（5）采用土壓平衡模式掘進(jìn)時(shí)會(huì)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(jī)出渣不暢，導(dǎo)致掘進(jìn)速度慢，掘進(jìn)參數(shù)不易控制。3.2渣土改良劑根據(jù)富水砂層掘進(jìn)中渣土改良所面臨的問題，在哈爾濱地鐵9標(biāo)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(xì)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(shí)，鈉離子連接各層薄片，同時(shí)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(jī)掘進(jìn)中使用，可提高砂土的含泥量，補(bǔ)充土體的微細(xì)顆粒組分，使土體的內(nèi)摩擦角變小，增加開挖土體的流動(dòng)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(duì)刀具和螺旋輸送機(jī)的磨損。（5）使切削下來的渣土順利快速進(jìn)入土倉，并利于螺旋輸送機(jī)順利排土，提高掘進(jìn)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(shí)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(yàn)和施工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，我們總結(jié)出了不同水土比漿液的一些基