泡沫劑原液比例對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的影響

賀雄飛

(中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，471009，洛陽(yáng)//高級(jí)工程師)

0 引言

近年來(lái)，在各大城市地鐵建設(shè)力度的不斷加大，跨江越海隧道工程不斷增加的大背景下，土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用[1]。土壓平衡盾構(gòu)主要掘進(jìn)參數(shù)有掘進(jìn)速度、盾構(gòu)推力、刀盤扭矩和轉(zhuǎn)速、螺旋輸送機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速及土艙壓力。土壓平衡盾構(gòu)施工的核心是土艙中的被動(dòng)水土壓力與掘削面上的水土壓力基本平衡。土體改良是影響盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。

碴土改良是在施工中不易形成塑性流動(dòng)狀態(tài)的土體中，通過(guò)向壓力艙內(nèi)、刀盤前方和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入一定的泡沫劑進(jìn)行改良[2]。相關(guān)試驗(yàn)證明，加入適量濃度泡沫劑進(jìn)行土體改良，能大幅提高盾構(gòu)掘進(jìn)速度，降低刀盤扭矩和盾構(gòu)推力，減少刀具損耗[3]，提高掘進(jìn)效率和安全水平。

我國(guó)在土壓平衡盾構(gòu)泡沫劑相關(guān)研究中，現(xiàn)有研究多使用理論分析及統(tǒng)計(jì)優(yōu)化等手段來(lái)對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，而對(duì)泡沫劑使用參數(shù)的研究較少，且局限于碴土改良試驗(yàn)，并未真正深入到盾構(gòu)掘進(jìn)控制層面。本文以成都地鐵3號(hào)線和7號(hào)線部分區(qū)間為研究對(duì)象，通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)情況，分析泡沫原液比例對(duì)掘進(jìn)參數(shù)的影響。

1 工程地質(zhì)概況

本文研究區(qū)間之一為成都地鐵7號(hào)線成都理工大學(xué)站—成華大道站—崔家店站區(qū)間。該區(qū)間內(nèi),上覆第四系人工填筑土、黏性土及卵石土夾砂層透鏡體，下伏基巖為白堊系上統(tǒng)灌口組泥巖。該區(qū)間掘進(jìn)斷面主要以粉質(zhì)黏土和砂土為主，部分區(qū)段含有卵石和少量泥巖。現(xiàn)場(chǎng)使用A、B兩種泡沫劑。

另一個(gè)研究區(qū)間為成都地鐵3號(hào)線龍橋路—雙鳳橋區(qū)間。該區(qū)間表層多為第四系全新統(tǒng)人工填土覆蓋，表層下有沖積層黏性土、粉質(zhì)黏土、砂土及卵石土，下伏基巖為白堊系上統(tǒng)灌口組泥巖、泥質(zhì)砂巖。區(qū)間掘進(jìn)斷面主要以卵石層(中密)為主，局部夾有密實(shí)粉細(xì)砂，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，黏聚力低。現(xiàn)場(chǎng)使用C、D兩種泡沫劑。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)記錄，統(tǒng)計(jì)2個(gè)區(qū)間正常穩(wěn)定連續(xù)掘進(jìn)時(shí)的盾構(gòu)機(jī)泡沫參數(shù)及掘進(jìn)參數(shù)。首先，對(duì)不同的原液比例、泡沫流量及膨脹率等泡沫參數(shù)作單因素方差分析。經(jīng)計(jì)算，在各影響因素檢驗(yàn)水平ɑ=0.05條件下，均方比Fα值如表1所示。

表1 不同泡沫參數(shù)對(duì)掘進(jìn)參數(shù)的顯著性判斷

由表1可見，泡沫參數(shù)對(duì)盾構(gòu)推力和刀盤扭矩具有顯著差異性，且原液比例對(duì)掘進(jìn)參數(shù)的影響最大。即提高原液比例大小，能夠明顯降低盾構(gòu)推力和刀盤扭矩。依照不同泡沫劑原液比例水平，進(jìn)行平均值計(jì)算處理。處理結(jié)果見表2。

表2 不同泡沫原液比例的盾構(gòu)推力及刀盤扭矩

2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)顯著性判斷，原液比例對(duì)掘進(jìn)參數(shù)影響最大，且在泡沫參數(shù)一定范圍內(nèi)，原液比例與掘進(jìn)參數(shù)具有高度線性相關(guān)性。依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)回歸計(jì)算得到使用不同泡沫劑時(shí)原液比例與掘進(jìn)參數(shù)間的線性關(guān)系(見圖1～2)。

注:R為相關(guān)性系數(shù)

圖2 刀盤扭矩與原液比例線性關(guān)系

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步計(jì)算分析，在不考慮泡沫劑種類情況下，原液比例每提高1%，盾構(gòu)推力平均減小1 709.6 kN，刀盤扭矩平均減小316.5 kN·m。在粉質(zhì)黏土地層中，原液比例每提高1%，盾構(gòu)推力平均減小1 828.9 kN，刀盤扭矩平均減小422.4 kN·m;在砂卵石地層中，原液比例每提高1%，盾構(gòu)推力平均減小1 590.3 kN，刀盤扭矩平均減小210.5 kN·m。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)成都地鐵3號(hào)線及7號(hào)線部分區(qū)間的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：盾構(gòu)推力和刀盤扭矩是盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程控制中最為重要的掘進(jìn)參數(shù)；在泡沫參數(shù)中，原液比例對(duì)掘進(jìn)參數(shù)的影響最大；經(jīng)分析盾構(gòu)推力、刀盤扭矩與原液比例具有高度線性相關(guān)性。