南昌復(fù)合地層盾構(gòu)渣土改良技術(shù)

劉 衛(wèi)（江西中昌工程咨詢監(jiān)理有限公司，江西南昌 330088）

南昌復(fù)合地層盾構(gòu)渣土改良技術(shù)

劉 衛(wèi)
（江西中昌工程咨詢監(jiān)理有限公司，江西南昌 330088）

摘要：為解決在南昌富水條件下砂層與泥質(zhì)粉砂巖復(fù)合地層中噴涌、結(jié)“泥餅”、渣土“流塑性差、含水量高、滲透系數(shù)大”等施工難點(diǎn)，以南昌地鐵1號(hào)線中子（中山西路站—子固路站）區(qū)間、八八（八一廣場(chǎng)站—八一館站）區(qū)間盾構(gòu)施工為背景，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及案例分析，得出液態(tài)高分子聚合物可作為抑制噴涌常態(tài)措施，泥質(zhì)粉砂巖及富水礫砂層地質(zhì)條件下，選取泡沫劑作為渣土改良添加劑，在砂礫石與泥質(zhì)粉砂巖的復(fù)合地層，可考慮添加一定量的膨潤(rùn)土或高分子聚合物，解決砂礫石地層中渣土流動(dòng)性差、防噴涌及粉質(zhì)泥沙巖中結(jié)“泥餅”等問(wèn)題。砂礫層體積與渣土總體積之比小于等于1／3時(shí)，渣土改良方式采用泡沫劑與分散劑溶液；大于1／3而小于2／3時(shí)，改良方式采用膨潤(rùn)土與泡沫劑溶液；大于等于2／3時(shí)，改良方式采用水土比8∶1膨潤(rùn)土與濃度為3%泡沫劑溶液，但膨潤(rùn)土用量應(yīng)增加。

關(guān)鍵詞：南昌地鐵；土壓平衡盾構(gòu)；富水礫砂；泥質(zhì)粉砂巖；復(fù)合地層；泡沫劑；高分子聚合物；渣土改良

0　引言

各國(guó)學(xué)者為獲得渣土改良的最佳效果進(jìn)行了不同地層下各種渣土改良劑的研究，明確了2種常規(guī)渣土改良劑為膨潤(rùn)土及泡沫劑。魏康林［1］從微觀角度得出膨潤(rùn)土適用于細(xì)料含量少或透水性高的土體，泡沫改良適用于顆粒級(jí)配相對(duì)良好、平均粒徑較大和含水

量高的土體；胡長(zhǎng)明等［2］對(duì)單一砂層渣土改良進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得出在細(xì)砂、中砂使用膨潤(rùn)土改良效果較好，能明顯降低土體的內(nèi)摩擦角，黏聚力增加，并且使和易性與流動(dòng)性得到提高；鄧彬等［3］對(duì)沙礫型、粉質(zhì)砂土、粉質(zhì)黏土、黏土與氣泡及氣泡添加劑之間土性的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了研究，得出泡沫劑與膨潤(rùn)土分別適應(yīng)各種級(jí)配的砂型地層與細(xì)粒含量少的砂型地層。對(duì)渣土改良的效果評(píng)價(jià)指標(biāo)研究方面，魏康林［4］提出經(jīng)過(guò)外加劑改良后的土體必須具有較小的抗剪強(qiáng)度、相對(duì)適中的可壓縮性、較低的滲透性和一定的流動(dòng)性。賀斯進(jìn)［5］在黃土地層盾構(gòu)渣土改良中也予以認(rèn)同，認(rèn)為在渣土改良中泡沫不但能顯著降低砂土的滲透系數(shù)和剪切強(qiáng)度，而且能加大混合體的和易性；加入適量膨潤(rùn)土，則可獲得進(jìn)一步提高砂土保水性、流動(dòng)性及降低砂土的滲透系數(shù)和剪切強(qiáng)度的效果，且對(duì)膨潤(rùn)土及泡沫劑在黃土底層盾構(gòu)施工渣土改良效果進(jìn)行了研究，得出室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果最優(yōu)膨潤(rùn)土及泡沫劑與黃土的配比，并在實(shí)際施工中進(jìn)行渣土改良效果的驗(yàn)證。

文章以南昌復(fù)合地層盾構(gòu)施工為研究對(duì)象，對(duì)渣土改良參數(shù)總結(jié)分析、突發(fā)性噴涌處理及泥餅預(yù)防進(jìn)行了研究。在南昌泥質(zhì)粉砂巖及富水礫砂層復(fù)合地質(zhì)條件下采用砂礫層體積與渣土總體積之比細(xì)化渣土改良劑使用方法進(jìn)行研究，并對(duì)固（液）態(tài)高分子聚合物在渣土改良中的優(yōu)缺點(diǎn)及最優(yōu)使用方法進(jìn)行總結(jié)。本研究獲得的南昌復(fù)合地層渣土改良配合比及參數(shù)總結(jié)，對(duì)減少刀盤(pán)刀具磨損、防止結(jié)泥餅及噴涌等異常施工狀況具有重要意義。

1　工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

1.1地質(zhì)情況

1）中子區(qū)間地質(zhì)情況。根據(jù)隧道地質(zhì)縱斷面圖，中山西路站CK13＋030～＋262段，盾構(gòu)上部處于礫砂和細(xì)砂層，下部處于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，中間夾雜薄層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層；CK13＋262～＋432段，盾構(gòu)處于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層中，局部隧道頂部為薄層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和淤泥質(zhì)黏土層；CK13＋432～＋725段，隧道處于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，頂部為1.2～5 m的中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層。中子區(qū)間地質(zhì)縱斷面圖見(jiàn)圖1。

2）八八區(qū)間地質(zhì)情況。從八一廣場(chǎng)站CK15＋374到東湖小里程側(cè)CK14＋885，盾構(gòu)隧道地層底部為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，盾構(gòu)頂部到泥質(zhì)粉砂巖頂部為4 m左右；東湖小里程側(cè)CK14＋885～＋715，盾構(gòu)頂部中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖厚度從4 m漸變到0 m，自下往上主要為礫砂和圓礫層；C14＋715～＋525段，盾構(gòu)隧道底部在中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，中部和頂部進(jìn)入了礫砂層，盾構(gòu)頂部以上為礫砂層和圓礫層；CK14＋525到八一館站CK14＋434，盾構(gòu)隧道底部在中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，中部和頂部在礫砂層中，盾構(gòu)頂部以上為圓礫層。八八區(qū)間地質(zhì)縱斷面圖見(jiàn)圖2。

圖1　中子區(qū)間地質(zhì)縱斷面Fig.1 Geological profile of ZhongZi running tunnel

圖2　八八區(qū)間地質(zhì)縱斷面圖Fig.2 Geological profile of BaBa running tunnel

1.2水文條件

中子及八八區(qū)間均包括4種地下水：上層滯水、松散巖類空孔隙水、碎屑巖類裂隙和溶隙水。

1）中山西路站—子固路站區(qū)間。上層滯水主要賦存于淺部雜填土層中；松散巖類空孔隙水為潛水，局部為承壓水，主要賦存于沖積砂礫石層中，水位埋深6.5～8.14 m；碎屑巖類裂隙、溶隙水主要賦存于破碎的粉砂質(zhì)泥巖層中，滲透系數(shù)較小。

2）八一館站—八一廣場(chǎng)站區(qū)間。上層滯水主要賦存于淺部雜填土層中，水位埋深0.9～4.6 m；松散巖類空孔隙水主要賦存于沖積砂礫石層中，主要以承壓水為主，最大水頭高度4.4 m，埋深4.9～8.2 m；碎屑巖類裂隙、溶隙水主要賦存于鈣質(zhì)泥巖和破碎的粉砂質(zhì)泥巖層中，水位埋深4.3～7 m。

2　泥質(zhì)粉砂巖礦物成分分析

根據(jù)本項(xiàng)目穿越粉質(zhì)泥砂巖的特點(diǎn)，以粉質(zhì)泥砂巖為目標(biāo)進(jìn)行礦物成分分析，采用Rigaku D／max 2500全自動(dòng)X射線衍射儀對(duì)泥質(zhì)粉砂巖進(jìn)行物相分析，得到泥質(zhì)粉砂巖的礦物成分及其含量。礦物成分見(jiàn)表1。

表1　礦物成分百分比Table 1 Proportions of minerals of silty sandstone　%

研究表明，產(chǎn)生泥餅的主要原因是黏土礦物的存在，尤其是高嶺土、蒙脫土以及伊利石等礦物成分很有可能導(dǎo)致結(jié)“泥餅”現(xiàn)象［6］，即盾構(gòu)刀盤(pán)切削下來(lái)的細(xì)小砂土顆粒、碎屑在土艙內(nèi)重新聚集而成的半固結(jié)和固結(jié)狀的塊狀體［7］。從表1中可以看出，產(chǎn)生“泥餅”的礦物成分占40%以上。

3　渣土改良的狀態(tài)評(píng)價(jià)

“塑性流動(dòng)狀態(tài)”是一個(gè)比較模糊的概念，就具體的土體性質(zhì)而言，盾構(gòu)土倉(cāng)內(nèi)渣土改良的狀態(tài)評(píng)價(jià)應(yīng)包括抗剪切強(qiáng)度、壓縮性、滲透性和流動(dòng)性4方面。它們對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)和運(yùn)行的影響如下。

1）抗剪強(qiáng)度?；旌贤馏w的抗剪強(qiáng)度對(duì)盾構(gòu)內(nèi)的開(kāi)挖裝置和排土機(jī)械的損耗有著直接影響。較小的內(nèi)摩擦角可以有效防止土體成拱及閉塞的發(fā)生，還可以減少開(kāi)挖刀盤(pán)和刀頭所受土體的抗力并降低刀盤(pán)和刀具的磨損。降低開(kāi)挖土體強(qiáng)度可以減小刀盤(pán)的扭矩，降低盾構(gòu)施工的能耗，避免因扭矩上升引起的停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

2）壓縮性。增加土體的可壓縮性及均質(zhì)性有利于壓力的控制及開(kāi)挖面穩(wěn)定，并具有避免盾構(gòu)刀盤(pán)粘附泥餅的效用。

3）滲透性。土倉(cāng)內(nèi)砂土滲透性的降低可以大大降低由于地下水的入滲導(dǎo)致開(kāi)挖面坍塌的可能性，而且，當(dāng)將土倉(cāng)內(nèi)砂土的滲透性控制在一個(gè)較小范圍內(nèi)時(shí)，也可以防止開(kāi)挖面上的地下水穿越土倉(cāng)和螺旋排土器的出口形成噴涌。

4）流動(dòng)性。土倉(cāng)內(nèi)土體的流動(dòng)性直接決定了螺旋輸送機(jī)的排土狀態(tài)。日本的相關(guān)研究學(xué)者研究結(jié)果為：土體的坍落度在10～15 cm時(shí)，可以認(rèn)為其滿足塑性流動(dòng)狀態(tài)的要求。故渣土改良效果可通過(guò)改良后的渣土坍落度來(lái)評(píng)價(jià)。

4　各種渣土改良劑使用對(duì)比

渣土改良研究對(duì)象主要為粉質(zhì)泥沙巖與砂礫石的混合渣土。不同材料的添加劑各有優(yōu)缺點(diǎn)［8］，對(duì)比見(jiàn)表2。

表2　各種渣土改良添加劑對(duì)比表Table 2 Comparison and contrast among different ground conditioning agents

根據(jù)對(duì)比，針對(duì)南昌地質(zhì)特點(diǎn)，渣土改良添加劑選用分析如下：

1）礦物類。由于泥質(zhì)粉砂巖中的伊利石跟蒙脫石的含量都較高［9］，細(xì)顆粒含量較高，故盾構(gòu)在泥質(zhì)粉砂巖中掘進(jìn)時(shí)盡量少用膨潤(rùn)土，避免泥餅生成。

2）高分子聚合物。針對(duì)復(fù)合地層局部聯(lián)通上層水的特點(diǎn)，考慮適當(dāng)摻加高分子聚合物以防止噴涌，在盾構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)固液態(tài)高分子聚合物的優(yōu)缺點(diǎn)及使用方法進(jìn)行對(duì)比分析，如表3所示。

4）水?？紤]通過(guò)刀盤(pán)前泡沫劑發(fā)生管路注入到掌子面一定量的水，減少刀具的磨損，冷卻刀具，降低刀盤(pán)扭矩。

表3　固（液）態(tài)高分子聚合物優(yōu)缺點(diǎn)分類Table 3 Comparison and contrast between solid highmolecular polymer and liquid highmolecular polymer

對(duì)全斷面礫砂層以膨潤(rùn)土為主要改良劑；在上軟下硬地層以泡沫劑改良為主，膨潤(rùn)土、水改良為輔；在全斷面泥質(zhì)粉砂巖中以泡沫劑及水改良為主；對(duì)突發(fā)性噴涌，即從螺旋排土器的出口處發(fā)生噴水、噴砂、噴泥的現(xiàn)象［10］，以高分子聚合物進(jìn)行抑制。

5　渣土改良方案實(shí)施

5.1中子區(qū)間下行線

代表地層為富水礫砂層、淤泥質(zhì)黏土、上軟下硬及全斷面泥質(zhì)粉砂巖。

5.1.1渣土改良參數(shù)

5.1.1.1全斷面泥質(zhì)粉砂巖地層

對(duì)泥質(zhì)粉砂巖進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為：當(dāng)不添加泡沫時(shí)，渣土的坍落度很小，幾乎為零，隨著泡沫的添加量增大，坍落度也逐漸增加，泡沫添加比為30%～35%時(shí)達(dá)到較好的流動(dòng)性，這時(shí)渣土的改良效果最好。

5.1.1.2砂礫石與泥質(zhì)粉砂巖復(fù)合地層

應(yīng)收賬款證券化的確認(rèn)一般有兩種方法：其一，“風(fēng)險(xiǎn)與報(bào)酬”分析法；其二，“金融構(gòu)成”分析法。第一個(gè)方法中，它使得資產(chǎn)證券化會(huì)計(jì)反應(yīng)過(guò)于簡(jiǎn)單。但隨著金融技術(shù)的飛速發(fā)展，高明的設(shè)計(jì)者利用金融工程技術(shù)設(shè)計(jì)出復(fù)雜的金融合約結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)改善資產(chǎn)負(fù)債比率的目標(biāo)。因此，SFASNO.125《金融資產(chǎn)轉(zhuǎn)讓和服務(wù)及金融負(fù)債清償?shù)臅?huì)計(jì)》突破傳統(tǒng)，決定采用“金融構(gòu)成”分析法。同時(shí)，SFASNO.77明確給出了三條標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確認(rèn)應(yīng)收賬款：第一，轉(zhuǎn)讓人無(wú)條件地將應(yīng)收款未來(lái)經(jīng)濟(jì)利益的控制權(quán)轉(zhuǎn)讓給受讓人；第二，轉(zhuǎn)讓人對(duì)受讓人的責(zé)任必須在轉(zhuǎn)讓日期合理地估計(jì)出；第三，轉(zhuǎn)讓人只能根據(jù)追索權(quán)條款購(gòu)回應(yīng)收款。

1）泡沫劑改良。根據(jù)不同的砂礫石與泥質(zhì)粉砂巖配比得到不同的泡沫添加比。砂礫層體積與總體積比值小于等于1／3時(shí)，泡沫添加比為15%～20%；砂礫層體積與總體積比值大于1／3而小于2／3時(shí)，泡沫添加比為25%～30%；砂礫層體積與總體積比值大于等于2／3時(shí)，泡沫添加比為30%～35%。砂礫石含量越少泡沫添加比越多。

2）泡沫和膨潤(rùn)土同時(shí)改良。對(duì)于2種添加劑同時(shí)改良的情況，試驗(yàn)中先確定膨潤(rùn)土的水土比為8∶1，對(duì)渣土的添加比為5%。再對(duì)此渣土進(jìn)行泡沫的添加改良，改良結(jié)果為：砂礫層體積與總體積比值大于等于2／3時(shí)，泡沫添加比在5%左右；在砂礫層體積與總體積比值大于1／3而小于2／3時(shí)，泡沫添加比為5%～10%。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)于復(fù)合地層，當(dāng)膨潤(rùn)土添加量一定時(shí)，坍落度具有只添加泡沫劑渣土改良類似的效果，砂礫石越少，泡沫添加量也越多。

5.1.2渣土改良分析

中子區(qū)間下行線試掘進(jìn)過(guò)程中，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，較難掌控單一地質(zhì)條件下的渣土改良配合比，前220環(huán)泡沫劑參數(shù)變化較大，渣土改良效果不一，但均在50～150 L波動(dòng)，刀盤(pán)噴水量為5～8 m3；220～470環(huán)主要地質(zhì)為泥質(zhì)粉砂巖，泡沫劑為25～75 L，刀盤(pán)注水量4～10 m3；470環(huán)～接收井泡沫劑平均用量100 L左右，刀盤(pán)注水量7.5 m3左右。

中子區(qū)間渣土改良主要采用泡沫劑與水進(jìn)行渣土改良，渣土改良統(tǒng)計(jì)參數(shù)如圖3和圖4。

中子區(qū)間下行線渣土改良效果統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

圖3　中子區(qū)間渣土改良泡沫劑用量示意圖Fig.3 Consumption of foam in ground conditioning in ZhongZi running tunnel

圖4　中子區(qū)間渣土改良刀盤(pán)注水量示意圖Fig.4 Quantity of water injected through cutterhead for ground conditioning in ZhongZi running tunnel

圖5　渣土改良效果圖Fig.5 Effect of ground conditoning

5.2八八區(qū)間下行線

代表地層為富水礫砂層、上軟下硬地層及全斷面泥質(zhì)粉砂巖。

5.2.1施工出現(xiàn)狀況

八八區(qū)間下行線始發(fā)段上部有40～50 cm的礫砂層，向下依次為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂

巖，且根據(jù)八一廣場(chǎng)站主體施工情況分析，該區(qū)段巖層裂隙較發(fā)育，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地下水水位較高（位于地面下6～8 m），水量補(bǔ)給充足，由于高地下水頭壓力的緣故，該段渣土改良難度極大。

始發(fā)初期出現(xiàn)降水水位無(wú)法達(dá)到巖面、14～15環(huán)突發(fā)性噴涌等情況，主要采取了以下措施：1）采取降水措施減少盾構(gòu)隧道區(qū)域內(nèi)水頭壓力；2）使用固態(tài)高分子聚合物作為常備渣土改良劑，并引進(jìn)液態(tài)高分子聚合物及配套的注入設(shè)備，在掘進(jìn)過(guò)程中利用配套設(shè)備直接注到螺旋輸送機(jī)進(jìn)土口位置，進(jìn)一步促進(jìn)螺機(jī)進(jìn)土口處形成土塞效應(yīng)［11］，形成第2道防線抑制噴涌；3）采用分散劑浸泡刀盤(pán)預(yù)防結(jié)泥餅。

通過(guò)以上措施恢復(fù)掘進(jìn)效果明顯，在第1環(huán)加入液態(tài)高分子聚合物后，未再出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象，其高分子聚合物實(shí)際使用方法如下：

1）固態(tài)高分子聚合物作為常備渣土改良劑，在車站中板設(shè)置高分子聚合攪拌罐，采用管路運(yùn)輸接入盾構(gòu)內(nèi)。高分子聚合物的配合比按照8‰～10‰的摻量進(jìn)行攪拌，每環(huán)暫定為4～6 m3，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地下水噴涌的情況可對(duì)高分子聚合物的摻量及注入量進(jìn)行適量調(diào)整。攪拌好的聚合物主要注入土倉(cāng)內(nèi)，與土倉(cāng)內(nèi)的地下水反應(yīng)，降低水壓，同時(shí)膠結(jié)土倉(cāng)內(nèi)粗顆粒形成土塞效應(yīng)抑制噴涌。

2）采用進(jìn)口液態(tài)高分子聚合物及配套的注入設(shè)備，在掘進(jìn)過(guò)程中利用配套設(shè)備直接注到螺旋輸送機(jī)進(jìn)土口位置，進(jìn)一步促進(jìn)螺機(jī)進(jìn)土口處形成土塞效應(yīng)，形成第2道防線抑制噴涌。液態(tài)高分子聚合物直接注入原液，每環(huán)暫定6～8 L，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地下水噴涌的情況進(jìn)行適量調(diào)整。

在第18環(huán)復(fù)推使用約15 L液態(tài)高分子聚合物后，現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)正常，效果明顯。

八八區(qū)間下行線在559環(huán)發(fā)生噴涌、超挖等現(xiàn)象。后在刀盤(pán)所處地面位置562～565環(huán)下方發(fā)現(xiàn)空洞，造成異常情況的原因主要有：1）盾構(gòu)在559環(huán)掘進(jìn)時(shí)，地層剛好處于全斷面巖層與上軟下硬地層（上部礫砂下部泥巖）的地質(zhì)突變界面，地下水量突變；2）隧道上方的中山路有一條直徑600 mm的雨污水管，年久失修常年滲漏，另外中山路段常年排水不暢，造成地下形成各種水囊及走水通路，盾構(gòu)下穿過(guò)程中的擾動(dòng)造成大量地層滯留水涌入土倉(cāng)。

正常施工過(guò)程中渣土改良措施有：

1）推進(jìn)過(guò)程中采取泡沫＋膨潤(rùn)土溶液進(jìn)行渣土改良。膨潤(rùn)土作為常規(guī)的渣土改良劑，推進(jìn)過(guò)程中持續(xù)地注入高濃度的膨潤(rùn)土，其黏度控制在90～120 Pa·s。上軟下硬段地層（未加固段）采用康納特泡沫劑。為了增加泡沫劑的效果，將泡沫原液比例調(diào)整至4%，流量根據(jù)實(shí)際渣土改良情況進(jìn)行調(diào)整，每環(huán)原液使用量控制在40～70 L。

2）高分子聚合物的使用。①液態(tài)高分子聚合物：開(kāi)始推進(jìn)或者推進(jìn)過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)螺旋機(jī)背部壓力達(dá)到0.05 MPa及以上，停機(jī)狀態(tài)下，必須往螺機(jī)口注入液態(tài)高分子聚合物，每環(huán)原液注入量為10～15 L，注入后低速轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)10 min可恢復(fù)掘進(jìn)。該項(xiàng)措施在上軟下硬未加固段一直作為常態(tài)措施，但實(shí)際施工中渣土偏干，出現(xiàn)過(guò)需注水改良或局部刀盤(pán)土體固結(jié)的情況。②固態(tài)高分子聚合物：若停機(jī)時(shí)間超過(guò)1.5 h，則應(yīng)該使用濃度較高的固態(tài)高分子聚合物注入土倉(cāng)，固態(tài)高分子聚合物溶液濃度為6‰～8‰，每環(huán)使用溶液量為4～6 m3，實(shí)際注入量根據(jù)土倉(cāng)壓力值來(lái)調(diào)整。

5.2.2渣土改良分析

始發(fā)初期由于地下水豐富，取消刀盤(pán)噴水以泡沫改良為主，經(jīng)過(guò)前期試掘進(jìn)，在進(jìn)入稅務(wù)局住宅樓及中山商住樓以后渣土改良參數(shù)逐步趨于平穩(wěn)，泡沫劑用量在50 L左右，刀盤(pán)噴水在15 m3左右，后530～630環(huán)為上軟下硬未加固富水區(qū)域，對(duì)出現(xiàn)的幾次較大噴涌均及時(shí)注入高分子聚合物處理，除559環(huán)發(fā)生噴涌造成空洞外，其余情況均正常，保證了地面交通及周邊建筑物的安全。渣土改變參數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖6和圖7所示。

圖6　八八區(qū)間下行線泡沫劑用量示意圖Fig.6 Consumption of foam in ground conditioning in BaBa running tunnel

圖7　八八區(qū)間下行線刀盤(pán)用水量示意圖Fig.7 Quantity of water injected through cutterhead for ground conditioning in BaBa running tunnel

6　結(jié)論與建議

6.1結(jié)論

南昌地鐵1號(hào)線土建五標(biāo)采用泡沫劑及水，適當(dāng)使用膨潤(rùn)土、高分子聚合物抑制噴涌施工，獲得了較好的渣土改良效果，主要研究結(jié)論總結(jié)如下：

1）基于泥質(zhì)粉砂巖及富水礫砂層地質(zhì)條件下，選取泡沫劑作為渣土改良添加劑，在砂礫石與泥質(zhì)粉砂巖的復(fù)合地層，可考慮添加一定量的膨潤(rùn)土或高分子聚合物。這樣既能解決砂礫石地層中渣土流動(dòng)性差、防噴涌等問(wèn)題，又能解決在粉質(zhì)泥沙巖中刀盤(pán)結(jié)“泥餅”的問(wèn)題。

2）液態(tài)高分子聚合物作為常用抑制噴涌措施，在實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)關(guān)注渣土變化，避免對(duì)液態(tài)高分子聚合物注入量偏大導(dǎo)致渣土偏干、出現(xiàn)需注水改良或局部刀盤(pán)土體固結(jié)的情況。

3）通過(guò)項(xiàng)目渣土改良研究及實(shí)施效果分析，對(duì)盾構(gòu)掌子面為全斷面泥質(zhì)粉砂巖的區(qū)段，建議采用泡沫劑與分散劑溶液對(duì)渣土進(jìn)行改良。對(duì)盾構(gòu)掌子面為復(fù)合地層的區(qū)段，分3種情況考慮。①在砂礫層體積與渣土總體積之比小于等于1／3時(shí)，渣土改良方式采用泡沫劑與分散劑溶液；②在砂礫層體積與渣土總體積之比大于1／3而小于2／3時(shí)，改良方式采用膨潤(rùn)土與泡沫劑溶液；③在砂礫層體積與渣土總體積之比大于等于2／3時(shí)，改良方式采用膨潤(rùn)土與泡沫劑溶液，但膨潤(rùn)土用量應(yīng)增加，其中泡沫劑的濃度為3%，膨潤(rùn)土的水土比為8∶1。

6.2建議

現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)嚴(yán)格控制液態(tài)高分子聚合物注入量，若注入量過(guò)大易導(dǎo)致渣土偏干，甚至局部刀盤(pán)土體固結(jié)，對(duì)渣土偏干可用加水緩解，對(duì)局部刀盤(pán)土體固結(jié)使用分散劑進(jìn)行浸泡，但分散劑易引起地面坍塌，故在施工中必須注意高分子聚合物應(yīng)適量增加，嚴(yán)禁超注。后續(xù)可對(duì)不同含水量及不同地質(zhì)條件下的液態(tài)高分子聚合物注入后渣土改良的效果進(jìn)行試驗(yàn)研究，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供理論參數(shù)。

參考文獻(xiàn)（References）：

［1］ 魏康林.土壓平衡盾構(gòu)施工中泡沫和膨潤(rùn)土改良土體的微觀機(jī)理分析［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007，44（1）：73－77.（WEI Kanglin.Micromechanism analysis for the soil improvement by foam and bentonite in EPB shield tunneling ［J］.Modern Tunnelling Technology，2007，44（1）：73－77.（in Chinese））

［2］ 胡長(zhǎng)明，崔耀，王雪艷，等.土壓平衡盾構(gòu)施工穿越砂層渣土改良實(shí)驗(yàn)研究［J］.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，45（6）：761－766.（HU Changming，CUI Yao，WANG Xueyan，et al.Experimental study on earth pressure sand sediment improvement through the balance of shield construction［J］.Xi’an University of Arch.＆Tech：Natural Science Edition，2013，45（6）：761－766.（in Chinese））

［3］ 鄧彬，顧小芳.上軟下硬地層盾構(gòu)施工技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012，49（2）：59－63.（DENG Bin，GU Xiaofang.Study on construction technology of soft hard stratum shield［J］.Modern Tunnelling Technology，2012，49 （2）：59－63.（in Chinese））

［4］ 魏康林.土壓平衡式盾構(gòu)施工中“理想狀態(tài)土體”的探討［J］.城市軌道交通研究，2007，10（1）：67－70.（WEI Kanglin.On the“Ideal soil”in the earth pressure balanced shield tunnelling［J］.Urban Mass Transit，2007，10（1）：67－70.（in Chinese））

［5］ 賀斯進(jìn).黃土盾構(gòu)隧道膨潤(rùn)土泥漿渣土改良技術(shù)研究［J］.隧道建設(shè)，2012，32（4）：448－453.（HE Sijin.Loess shield tunnel of bentonite slurry residue soil improvement technology research［J］.Tunnel Construction，2012，32（4）：448－453.（in Chinese））

［6］ 劉波，陶龍光，嚴(yán)繼華，等.廣州地鐵復(fù)雜紅層巖土SEM微觀實(shí)驗(yàn)研究［C］／／中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第十屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.重慶：重慶大學(xué)出版社，2007：406－411.（LIU Bo，TAO Longguang，YAN Jihua，et al.Micro experiment research on red layer of rock and soil SEM complex in Guangzhou Metro［C］／／Chinese civil engineering society tenth soil mechanics and geotechnical engineering conference.Chongqing：Chongqing University Press，2007：406－411.（in Chinese））

［7］ 嚴(yán)輝.盾構(gòu)隧道施工中刀盤(pán)泥餅的形成機(jī)理和防治措施

［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007（4）：24－27.（YAN Hui.Mechanism of the formation and the prevention of clay cakes in shield tunneling［J］.Modern Tunnelling Technology，2007 （4）：24－27.（in Chinese））

［8］ 馬連叢.富水砂卵石地層盾構(gòu)施工渣土改良研究［J］.工程科技，2009，30（1）：57－63.（MA Liancong.Study on ground conditioning for EPB shield in waterrich cobble ground［J］.Engineering Science and Technology，2009，30 （1）：57－63.（in Chinese））

［9］ 魏康林.土壓平衡盾構(gòu)施工中泡沫和膨潤(rùn)土改良土體的微觀機(jī)理分析［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007，44（1）：73－77.（WEI Kanglin.Micromechanism analysis for the soil improvement by foam and bentonite in EPB shield tunneling［J］.Modern Tunnelling Technology，2007，44（1）：73－77.（in Chinese））

［10］ 朱偉，秦建設(shè)，魏康林.土壓平衡盾構(gòu)噴涌發(fā)生機(jī)理研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2004（5）：589－593.（ZHU Wei，QIN Jianshe，WEI Kanglin.Research on the mechanism of the spewing in the EPB shield tunnelling［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2004（5）：589－593.（in Chinese））

［11］ 張成.雙螺旋輸送器與噴涌的有效預(yù)防和處理［J］.都市快軌交通，2009，22（3）：58－61.（ZHANG Cheng.Double screw conveyor adopted for prevention and treatment of water gushing［J］.Urban Rapid Rail Transit，2009，22 （3）：58－61.（in Chinese））

Ground Conditioning Technology for Shield Tunneling in Composite Strata in Nangchang

LIU Wei
（Jiangxi Zhongchang Engineering Consultant Co.，Ltd.，Nanchang 330088，Jiangxi，China）

Abstract：During shield tunneling in the composite strata consisting waterrich sand and silty sandstone in Nanchang，difficulties such as water／muck gushing，muck blocking，poor muck plasticity，waterrich muck and highlypermeable muck may be faced.In the paper，the ground conditioning applied in the construction of ZhongZi running tunnel and BaBa running tunnel on Line 1 of Nanchang Metro is studied.Conclusions drawn are as follows：1）Liquid highmolecular polymer may be taken as the common measure to control the water／muck gushing；Foam may be taken as the ground conditioning agent in silty sandstone geology and waterrich gravel sand strata；2）In the composite ground consisting of sand gravel and silty sandstone，some bentonite or highmolecular polymer may be added so as to solve such problems as low fluidity of mucks，water／muck gushing and muck blocking；3）Where the volume of the sand gravel is not more than 1／3 of the total volume of the mucks，foam and dispersing solution may be used for grounding conditioning；Where the volume of the sand gravel ranges from 1／3 to 2／3 of the total volume of the mucks，bentonite and foam solution may be used for grounding conditioning；Where the volume of the sand gravel is equal to or larger than 2／3 of the total volume of the mucks，bentonite solution（with the waterbentonite ratio being 8∶1）and foam solution （with the foam concentration being 3%）may be used for grounding conditioning，and the consumption of bentonite shall be increased.

Key words：Nanchang Metro；earth pressure balanced（EPB）shield；waterrich gravel sand；silty sandstone；composite ground；foam；highmolecular polymer；ground conditioning

作者簡(jiǎn)介：劉衛(wèi)（1971—），女，江西南昌人，2003年畢業(yè)于南昌大學(xué)，結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事隧道工程技術(shù)工作。

收稿日期：2015－01－10；修回日期：2015－04－06

中圖分類號(hào)：U 455.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1672－741X（2015）05－0455－08

DOI：10.3973／j.issn.1672－741X.2015.05.011