復雜地層中盾構施工渣土改良技術研究

宋立平

摘要： 在進行隧道開挖過程中，為了保證施工質量，經常使用盾構法，盾構施工中需要根據實際的施工進度，對渣土狀態進行及時調整和改良，從而實現施工過程的穩定發展，保證施工安全。但是針對復雜地層，施工單位需要根據施工現場的地質情況，分析并充分的了解渣土特點，選擇最佳的渣土改良劑，保證實際改良的效果。因此，本文針對復雜地層中盾構施工中渣土改良技術展開論述，為隧道工程建設提供可視化的參考依據。

Abstract： In the process of tunnel excavation， in order to ensure the construction quality， the shield method is often used. In the shield construction， it is necessary to timely adjust and improve the status of the muck according to the actual construction progress so as to achieve the stable development of the construction process and ensure construction safety. However， for complex formation， the construction unit needs to analyze and fully understand the characteristics of the muck according to the geological conditions at the construction site， and select the best muck improver to ensure the actual improvement effect. Therefore， this article discusses the muck improvement in shield tunnel construction in complex formation， to provide a visual reference for tunnel construction.

關鍵詞： 復雜地層；盾構施工；渣土改良

Key words： complex formation；shield construction；improvement of muck

中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0156-02

0 引言

隨著盾構技術水平的不斷提升，渣土改良受到了施工單位的廣泛關注。但是盾構施工過程中，會產生大量各種形式的渣土，其中渣土的吸水性和流塑性會對盾構掘進速度和效率產生非常明顯的影響，一旦處理不當，不僅可能造成施工事故，還可能會減少盾構機的使用壽命。因此，施工單位在盾構機掘進過程中，需要采取有效措施對渣土性能進行改良，防止出現泥餅，解決實際遇到的堵塞和噴涌問題，重點提升渣土改良的效果，控制好盾構機掘進速度，采用合理掘進模式，降低掘進成本，保證工程施工質量。因此，本文主要針對在復雜地層中，盾構施工渣土改良技術進行分析，并且提出相應的解決措施和建議。

1 渣土改良劑應用分析

根據當前行業發展現狀，國內外盾構機采用的土質改良劑，主要利用刀盤、土倉以及螺旋輸送機注入膨潤土泥漿或者發泡劑，從而對渣土進行有效的改良。第一，膨潤土泥漿，這種改良劑能夠提升渣土的粘滯性和不透水性，優化掘進工作環境，提升螺旋輸送機的性能，為渣土運輸提供便利。第二，發泡劑。主要利用土倉和螺旋輸送機，對渣土進行改良，為渣土運輸創造良好的條件。在進行盾構掘進過程中，遇到沙土以及少量粘土或者具有較強透水性的花崗巖地層時，采用發泡劑可以獲得良好的效果。第三，水。在盾構機實際掘進過程中，遇到堅硬圍巖時，產生的渣土比較干，流動性較差，如果單純的注入泡沫劑或者膨潤土泥漿，就很難獲得良好的效果。因此，施工人員可以注入適量的水，從而提升渣土改良的效果，需要控制好渣土的物理狀態，防止出現污染的情況。第四，高分子聚合物。在實際應用過程中，高分子聚合物屬于均質的液體泡沫劑，在進行管道運輸過程中，會產生泡沫，提升渣土的粘滯性，優化實際工作環境，提升土倉的密封性，為渣土運輸提供便利。并且渣土中的泡沫會自動分解，一旦泡沫消失，已經注入泡沫的渣土就會恢復到原來的狀態。

2 某工程復雜地層中盾構施工渣土改良技術分析

2.1 工程地層情況

在本標段隧道工程施工過程中，地質主要以人工填土為主，掘進需要經過粗砂、沙礫以及圓礫層。根據實際巖土性質，自上而下主要包括雜土層、粉質粘土、細砂、中砂、泥質粉砂巖等。

在本區間內，地下水類型多樣，具體包括孔隙水、上層滯水以及裂隙水等，其中孔隙水主要分布在砂卵石層中，水位埋深大致為8米左右，并且在河道底部，具有很厚的粘土層，但是河水與地下水沒有直接聯系。經過人工整治以后，為了保證施工安全，在河床底部，施工單位采取了相應的預防措施。由此可知，降水通過滲透的方式，補給地下水。

在本次區間工程施工過程中，盾構機需要穿越多個土層，主要包括細砂、中砂、粗砂以及礫砂等，并且根據實際勘探的情況，整個隧道結構富水情況嚴重，并且在砂質地層中，渣土缺乏顆粒物質，并且顆粒的間隙很大，在壓力的作用，砂質地層具有很高的滲透性。在盾構機的盾構過程中，產生的渣土流塑性比較差，在土倉內，水與渣土出現分離的情況，一旦沒有得到有效處理，螺旋機在運行過程中，就會噴射出高壓泥渣，導致地面出現塌陷事故。所以在進行盾構機掘進過程中，需要做好渣土的改良工作，保證工程施工質量。在進行本次共工程渣土改良過程中，需要注意以下幾個方面：第一，需要對刀盤前的土體進行連續的改良。第二，針對刀盤切削下來的土體，要對其流動性進行改良，保證土倉內外壓力平衡，保證土地穩定。第三，在盾構機掘進過程中，施工操作人員需要及時排出刀盤切削進入土倉的土體，防止出現泥餅。endprint

2.2 選擇合理的添加劑

根據當前國內外工程施工現狀，主要利用刀盤、土倉等注入相應的膨潤土或者泡沫劑，然后改良渣土。第一，在注入膨潤土泥漿過程中，能夠有效提升渣土的粘滯性，優化施工現場環境，改善渣土性能，為渣土運輸提供便利的條件。第二，泡沫劑主要利用土倉和螺栓輸送機，做好渣土改良工作，在進行盾構掘進過程中，遇到具有很強透水性的砂土，需要利用泡沫劑對渣土進行改良。第三，高吸水聚合物。在應用高吸水性樹脂過程中，能夠吸收大量的地下水，讓渣土保持膠凝狀態，防止由于地基噴涌情況，保證工程是施工安全。

在進行實際渣土改良過程中，由于渣土改良劑具有不同的性能，并且應用在不同的地層，具有各自的優勢和特點。其中膨潤土具有流動性和不透水性的優點，比較適用于砂卵石層，但是存在的缺點就是需要制泥設備。防粘附能力較差。泡沫劑也具有良好的不透水性和流動性，適用范圍比較廣。高吸水聚合物呈現出良好的凝膠狀態，能夠防止噴涌情況，適用于高水位和含水量高的土層，但是存在的缺點就是容易與土層中的酸堿物質發生化學反應。因此，在盾構掘進工程施工開始前，施工單位需要重點分析工程地質的特點，選擇最佳的改良劑。

2.3 盾構施工渣土改良方案分析

施工單位在制定渣土改良過程中，需要做好施工現場水文地質勘探工作，需要根據實際沙礫級配，控制好泡沫劑和膨潤土的用量。在原材料選擇過程中，施工單位要根據設計標準，選擇優質的改良劑，在原材料進場以后，需要做好二次檢驗，保證滿足施工現場技術要求。

在進行設備選型控制過程中，需要結合施工情況做好管路試噴工作，保證管道的可行性。在本次項目工程施工過程中，主要采用土壓平衡式盾構機，其中刀盤直徑為6.28米，并且配有泡沫注入系統和膨潤土系統。泡沫系統主要包括六路單獨管道，然后在刀盤對應的六個注入口，并且安裝4根攪拌棒，然后一起攪拌渣土，提升渣土的和易性，防止渣土出現離析問題。同時在實際應用過程中，可以有效防止噴涌問題，采取的具體措施主要指在泡沫發生裝置安裝隔膜泵和鐵皮水桶，然后在水桶里注入高分子聚合物和水，然后通過管路進入刀盤，發揮防止噴涌的作用。在螺旋機的下部和上部，主要安裝三個主入口，可以根據實際掘進情況，注入不同的改良劑，為了保證實際改良的效果，需要配備相應的保壓泵，然后設置保壓泵借口，可以有效防止噴涌作用。

為了控制好渣土改良的效果，在實際改良過程中，需要不斷嚴格原材料進場工序，對進入施工現場的原材料進行嚴格的檢查；控制好膨潤土的配比，分析實際的沉淀發酵效果；結合實際的膨化時間，控制好實際的膨化質量；在每環掘進過程中，需要根據施工現場情況，控制好膨潤土和泡沫液的數量，根據異常的出土情況，對改良劑的注入率進行及時有效的調整；在實際施工過程中，一旦出現膨潤土堵管的情況，施工操作人員要采取有效的措施進行疏通，防止影響到二次開機，產生局部沉降過大的問題。同時根據盾構機實際掘進情況，進行定期的檢查，并且做好相應的記錄，重點做好管路維護管理工作，防止出現堵塞的情況。在進行出土量控制過程中，需要分析出土的性質，然后根據渣土的出土情況，調整改良劑的注入量，保證工程施工順利進行。在本次盾構工程施工過程中，在端頭加固段，主要采用三軸攪拌樁和高壓旋噴樁結合的形式，提升施工現場取芯的效果，控制好分段掘進的除渣情況，保證渣土具有良好的粘度。同時，為了有效防止刀盤出現泥餅的情況，最大限度地降低刀盤的溫度，根據現場水文地質情況，施工單位主要采用泡沫改良的技術，在刀盤六個主入口中，全部為泡沫改良劑，其中濃度為2～4.5%。施工單位需要根據實際加固區的距離延長，有效控制泡沫的濃度。在加固區以外，區段主要位于始發的掘進降水井降水范圍之間，在刀盤掌子面渣上，具有較小的含水量。因此，為了保證土體和易性，需要重點做好掌子面渣土改良工作，施工單位需要把渣土改良和膨潤土改良混合在一起，從而提升實際改良的效果。下面針對實際配對的比例進行分析。在進行膨潤土配比過程中，泡沫的濃度為2.5%，在每環需要注入70升水，膨潤土漿3-5m3，經過多方論證以后，濃度最終控制在3%，其中在每環注入量為60升，膨潤土注入量為3m3，采用這種方式，可以提升渣土的和易性，控制好盾構掘進速度，改良渣土質量。

通過分析以上盾構施工過程中，需要結合工程施工的具體情況，選擇合理的添加劑，嚴格控制好施工過程中，對既定的施工技術方案進行科學合理的修正。針對復雜地層盾構掘進施工過程中，為了滿足實際施工的效果，可以選擇泡沫劑；針對渣土含水率較低的渣土，可以選擇適量的膨潤土，優化實際施工方案，選擇性質良好的施工材料，引進先進的施工技術，做好施工現場試驗工作，控制好改良劑的比例，施工單位要根據實際的效果，做好反饋工作，優化實際的添加比例，保證施工效率。

3 結語

綜上所述，在進行復雜地層盾構施工過程中，為了保證工程施工安全和施工質量，需要根據施工現場的地質水文條件，分析地層特點，做好試驗分析工作，優化的實際試驗結果，選擇合理的渣土改良劑，保證實際的改良效果，為以后工程進行渣土改良提供重要的參考依據。

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