淺談泥質粉砂巖地層中土壓平衡盾構掘進渣土改良技術

董宇

中鐵六局集團有限公司交通工程分公司 北京 100070

正文：

前言

雖然近年來我國對渣土改良技術進行了大量的試驗，獲得了一些成果。但是，在室內所展開的渣土改良技術因為一些不可控的因素而導致其結果未能達到預期效果。在開展現場試驗時，因操作人員較多情況下都是依靠經驗行事，因此使得施工參數的控制與標準間可能存在著問題，使得操作過程較為粗糙，導致渣土改良問題嚴重。因此，在本次研究中則是以某一地鐵工程為例，并且對其應用渣土改良室內試驗，雖然所采用的這一案例是土壤為中風化粉砂巖盾構渣土，但是對其所應用的渣土改良技術配合參數控制，對整個工程的實施有著非常重要的意義。

1.渣土改良技術的室內試驗

在對渣土級配對時，可能會受外界不可控因素對渣土狀態產生較大的影響，因此在本次研究中則主要采用了現場調研確定試驗渣土的級配。盾構施工時，其渣土會呈現出明顯的含水率的變化，并且在試驗過程中，為了能夠進一步了解到渣土每一環節含水量及改良的參數值，可通過將三組含水率渣土的進行分組試驗。渣土含水率與注水量的關系如以下公式所示：

其中，渣土含水率為W，Wn則指原頭巖石含水率；含水率以Vi來表示，P為水的密度，D為盾構開挖走私；L表示管片的寬度；除此之外，泥質粉砂巖干密度則以Pd來表示。對含水率的巖石進行測量，發現原狀巖石含水率保持在11%左右，其開挖直徑控制在6米左右，管片寬度為1.2米左右。在這一公式的計算下，可對巖石含水率進行渣土改良室內試驗的實施。

2.泡沫改良劑及其改良渣土試驗

針對泥質粉砂巖地層的盾構中可能出現的泥餅問題時，可通過泡沫劑方法來實現渣土改良目的。在本次研究中，選取了三種泡沫劑，然后選擇其中發泡率為20倍的泡沫劑，然后將其半衰期保持在13.5分鐘的泡沫劑進行渣土改良操作。

在本次實驗中，雖然對改良渣土的應用評價指標多為“坍落度”，但是這種方法既容易操作，還能夠快速實現操作要求，費用低廉且完成效果好。除此之外，坍落度也能用于評價渣土的各項指標，例如，和易性、稠度等。在最終的渣土改良技術實施時，其最佳坍落度值出現了不同的現象。在此過程中，可減少試樣坍塌、析水對渣土狀態評價存在不客觀的情況。

3.試驗結果及參數范圍選定

3.1 渣土改良試驗結果

在進行坍落度試驗時，需要對所有數據進行詳細地記錄，以便后續查詢使用。并且在所有數據中篩選出坍落度在10-20cm的試樣來進行以下試驗檢查，并通過對其流動性的調整來確保整個研究實施的有效性，然后將每一個環節可能出現的流動性變化進行記錄。

3.2 渣土改良參數現場驗證

為了驗證上一實驗步驟中渣土改良精細化控制措施的有效性以及其可行性，可通過對其進行局部應用，然后從始發端680m范圍內所有涉及到的改良數據進行詳細計算，將參數控制前后渣土改良參數以及掘進參數的變化進行比較分析。其中，對施工時的渣土改良參數進行統計如下。

注水量為盾構在泥質粉砂巖地層中每掘進一環的注水量曲線注水量變化曲線可以看出注水量在盾構掘進初期(前90環)由于注水速率未與掘進速度匹配，導致注水量浮動較大，而在采取控制措施后注水量明顯趨于穩定，每環注水量主要控制在8.5m3左右。相比采取參數控制措施前，注水量穩定性顯著增強，每環注水量的平均值為8.7m3。

結束語

從上述的內容總結可以得知，渣土改良技術作為對泥質粉砂巖地層中土壓平衡盾構有著重要作用的技術，其能夠緩解鐵路工程實施過程中可能存在的問題。與此同時，要提前考慮盾構施工時改良參數相互影響，并找到其互相影響的因素所在。并根據影響因素提出渣土改良精細化控制措施。通過現場實施驗證，不僅渣土改良參數得以穩定控制，改良劑用量減小了22.0%，而且掘進參數也明顯降低，渣土改良精細化控制效果顯著。除此之外，在本次研究中，還利用了坍落度試驗得到泥質粉砂巖渣土來計算出了最佳坍落度為17～20cm，并對渣土改良進行分析及數學公式擬合，得到坍落度與含水率和泡沫比的函數關系式。依據黏度指數的要求，確定渣土改良參數的取值范圍：含水率范圍為19.2%～23.2%，泡沫比范圍為14.2%～36.6%。在所有數據明確的基礎上，保障工程中渣土改良技術的有效實施。