富水粗中砂及淤泥質地層盾構施工渣土改良試驗及應用

黃春來　張合海

(中交三航(廈門)工程有限公司，福建 廈門　361006)

0　引言

福州地鐵二號線沙堤站—上街站區間盾構穿越地層以粗中砂為主，底部伴隨淤泥質土。粗中砂地層富水，滲透系數大，導致刀盤扭矩和推力大，渣土析水，掘進過程中淤泥質難以分散，影響施工。通過分別采用分散劑、高分子聚合物和膨潤土技術開展針對性實驗，為現場淤泥分散和渣土析水問題解決提供借鑒。

1　工程概況

沙堤站—上街站區間長1 600 m，采用復合型土壓平衡盾構機施工。盾構隧道前600 m主要穿越地層為粗中砂、淤泥質土。其中粗中砂地層滲透系數40 m/d,占比約80%；淤泥質土滲透系數0.001 mm/d,占比約20%。

由于周邊水系聯通，粗中砂地層含水量較為豐富，盾構施工過程中刀盤扭矩較大，局部地段存在噴涌，渣土離析泌水，造成棄渣困難。同時，砂層中夾雜的淤泥質土經攪拌成團，難以分散，螺旋機出土不暢。

2　渣土改良試驗

針對上述問題，通過對現場取樣渣土進行針對性改良試驗。試驗的主要材料有泡沫、分散劑、高分子聚合物和膨潤土。

2.1　試驗目的

1)解決粗中砂地層中淤泥質土的分散問題；

2)解決富水粗中砂地層中渣土析水(泌水)的問題。

2.2　試驗過程

采用工地上取回的粗中砂和淤泥質土按照質量比4∶1混合，并按照質量比加入10%的水調節土樣的狀態(如圖1所示)，使土樣含水達到飽和。本試驗均以此為準作為渣土改良的對象。

2.2.1淤泥質土分散試驗

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，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土塊分散開來，采用單純的泡沫劑手段難以解決淤泥的分散問題。

2)添加泡沫劑+分散劑。

盾構泥漿分散劑主要由一種特殊分子結構的高分子聚合物組成。該產品與粘土顆粒接觸后吸附于粘土顆粒表面，通過靜電斥力和空間位阻發揮發散作用，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。

由圖3可知，泡沫復合分散劑的加入將大塊淤泥分散成小塊的，即該方案可以對淤泥產生分散作用，因此推薦在泡沫劑改良手段基礎上，增加分散劑技術手段解決現場粗中砂地層中的淤泥分散問題。

2.2.2富水粗中砂渣土析水(泌水)改良試驗

分別采用REGAL-200P盾構防透水聚合物和膨潤土來改善地層透水的問題。配制0.5%聚合物溶液和濃度10%的膨潤土漿液。分別向經過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土漿液，慢速攪拌均勻后觀察改良渣土的狀態[1]，如圖4所示。

由圖4可見，聚合物溶液用量為1%時，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，濃度10%膨潤土漿液用量為5%(體積比)時，渣土析水狀態得到一定改善，用量增大至10%時，改善效果較為明顯，濃度10%的膨潤土液改善土體的透水性推薦用量應大于10%，折算成固體推薦用量為1%。

2.2.3試驗結果

根據實驗情況來看，盾構在富水粗中砂及淤泥質地層中掘進時，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%)可有效改善淤泥質土結團現象，摻入2%～5%防透水聚合物溶液(溶液濃度為0.5%)或者摻入10%的膨潤土漿液(濃度10%)，能有效改善粗中砂層渣土泌水現象。

3　實施效果

根據實驗室試驗情況，現場對渣土進行了改良，螺旋機出渣較為順暢，且棄置渣土流塑性良好，無離析現象。盾構機掘進刀盤扭矩從前期的2 400 kN·m以上下降至1 600 kN·m～2 000 kN·m,掘進日進尺最大達15環/d,平均月進尺260環/月，盾構施工工效得到了極大的提高。

4　結語

本工程通過富水粗中砂層及淤泥質土地層盾構渣土試樣分析，通過進行不同配比渣土改良材料的實驗室試驗、對比分析，提出了合理的解決方案，有效的解決了施工現場存在的問題，提高了盾構施工作業效率，為類似工程提供了較好的解決思路。

參考文獻：

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