富水粗中砂及淤泥質(zhì)地層盾構(gòu)施工渣土改良試驗(yàn)及應(yīng)用

黃春來(lái)　張合海

(中交三航(廈門(mén))工程有限公司，福建 廈門(mén)　361006)

0　引言

福州地鐵二號(hào)線沙堤站—上街站區(qū)間盾構(gòu)穿越地層以粗中砂為主，底部伴隨淤泥質(zhì)土。粗中砂地層富水，滲透系數(shù)大，導(dǎo)致刀盤(pán)扭矩和推力大，渣土析水，掘進(jìn)過(guò)程中淤泥質(zhì)難以分散，影響施工。通過(guò)分別采用分散劑、高分子聚合物和膨潤(rùn)土技術(shù)開(kāi)展針對(duì)性實(shí)驗(yàn)，為現(xiàn)場(chǎng)淤泥分散和渣土析水問(wèn)題解決提供借鑒。

1　工程概況

沙堤站—上街站區(qū)間長(zhǎng)1 600 m，采用復(fù)合型土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工。盾構(gòu)隧道前600 m主要穿越地層為粗中砂、淤泥質(zhì)土。其中粗中砂地層滲透系數(shù)40 m/d,占比約80%；淤泥質(zhì)土滲透系數(shù)0.001 mm/d,占比約20%。

由于周邊水系聯(lián)通，粗中砂地層含水量較為豐富，盾構(gòu)施工過(guò)程中刀盤(pán)扭矩較大，局部地段存在噴涌，渣土離析泌水，造成棄渣困難。同時(shí)，砂層中夾雜的淤泥質(zhì)土經(jīng)攪拌成團(tuán)，難以分散，螺旋機(jī)出土不暢。

2　渣土改良試驗(yàn)

針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣渣土進(jìn)行針對(duì)性改良試驗(yàn)。試驗(yàn)的主要材料有泡沫、分散劑、高分子聚合物和膨潤(rùn)土。

2.1　試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1)解決粗中砂地層中淤泥質(zhì)土的分散問(wèn)題；

2)解決富水粗中砂地層中渣土析水(泌水)的問(wèn)題。

2.2　試驗(yàn)過(guò)程

采用工地上取回的粗中砂和淤泥質(zhì)土按照質(zhì)量比4∶1混合，并按照質(zhì)量比加入10%的水調(diào)節(jié)土樣的狀態(tài)(如圖1所示)，使土樣含水達(dá)到飽和。本試驗(yàn)均以此為準(zhǔn)作為渣土改良的對(duì)象。

2.2.1淤泥質(zhì)土分散試驗(yàn)

1)添加泡沫劑。

取上述飽和土樣，按體積比20%加入濃度5%泡沫劑并慢速攪拌均勻，觀察其狀態(tài)，如圖2所示。

由圖2可知，泡沫的加入可以改善土樣的流塑性，但是不能使得淤泥質(zhì)土塊分散開(kāi)來(lái)，采用單純的泡沫劑手段難以解決淤泥的分散問(wèn)題。

2)添加泡沫劑+分散劑。

盾構(gòu)泥漿分散劑主要由一種特殊分子結(jié)構(gòu)的高分子聚合物組成。該產(chǎn)品與粘土顆粒接觸后吸附于粘土顆粒表面，通過(guò)靜電斥力和空間位阻發(fā)揮發(fā)散作用，可以有效分散粘土顆粒。按照體積比10%加入稀釋10倍后的分散劑并注入15%的泡沫(濃度5%)，攪拌后觀察渣土的狀態(tài)。

由圖3可知，泡沫復(fù)合分散劑的加入將大塊淤泥分散成小塊的，即該方案可以對(duì)淤泥產(chǎn)生分散作用，因此推薦在泡沫劑改良手段基礎(chǔ)上，增加分散劑技術(shù)手段解決現(xiàn)場(chǎng)粗中砂地層中的淤泥分散問(wèn)題。

2.2.2富水粗中砂渣土析水(泌水)改良試驗(yàn)

分別采用REGAL-200P盾構(gòu)防透水聚合物和膨潤(rùn)土來(lái)改善地層透水的問(wèn)題。配制0.5%聚合物溶液和濃度10%的膨潤(rùn)土漿液。分別向經(jīng)過(guò)泡沫劑和分散劑改良分散后的渣土中加入聚合物溶液和膨潤(rùn)土漿液，慢速攪拌均勻后觀察改良渣土的狀態(tài)[1]，如圖4所示。

由圖4可見(jiàn)，聚合物溶液用量為1%時(shí)，土體的透水性得到明顯改善，增大聚合物用量，改善效果更佳，推薦REGAL-200P盾構(gòu)防透水聚合物溶液用量為2%～5%，折算成固體用量為0.01%～0.025%。

由圖5可見(jiàn)，濃度10%膨潤(rùn)土漿液用量為5%(體積比)時(shí)，渣土析水狀態(tài)得到一定改善，用量增大至10%時(shí)，改善效果較為明顯，濃度10%的膨潤(rùn)土液改善土體的透水性推薦用量應(yīng)大于10%，折算成固體推薦用量為1%。

2.2.3試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況來(lái)看，盾構(gòu)在富水粗中砂及淤泥質(zhì)地層中掘進(jìn)時(shí)，采用體積比10%加入稀釋10倍后的分散劑并注入15%的泡沫(濃度5%)可有效改善淤泥質(zhì)土結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，摻入2%～5%防透水聚合物溶液(溶液濃度為0.5%)或者摻入10%的膨潤(rùn)土漿液(濃度10%)，能有效改善粗中砂層渣土泌水現(xiàn)象。

3　實(shí)施效果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)情況，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)渣土進(jìn)行了改良，螺旋機(jī)出渣較為順暢，且棄置渣土流塑性良好，無(wú)離析現(xiàn)象。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)刀盤(pán)扭矩從前期的2 400 kN·m以上下降至1 600 kN·m～2 000 kN·m,掘進(jìn)日進(jìn)尺最大達(dá)15環(huán)/d,平均月進(jìn)尺260環(huán)/月，盾構(gòu)施工工效得到了極大的提高。

4　結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)富水粗中砂層及淤泥質(zhì)土地層盾構(gòu)渣土試樣分析，通過(guò)進(jìn)行不同配比渣土改良材料的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、對(duì)比分析，提出了合理的解決方案，有效的解決了施工現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題，提高了盾構(gòu)施工作業(yè)效率，為類(lèi)似工程提供了較好的解決思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳章.盾構(gòu)施工中渣土改良劑的快速配置[J].建筑機(jī)械化，2016，37(5):49-50.