富水砂卵石地层盾构施工渣土改良技术创新与应用

在富水砂砾、砂卵石地层盾构施工中,一般采用添加泡沫剂及膨润土浆液的方法进行渣土流塑化改良。特别在细颗粒含量极少的砂卵石地层,所需要添加的一定粘稠度的泥浆的量比较大,泥浆搅拌制作、储浆发酵、高粘度泥浆的运输等造成的成本高、对环境的污染也比较大、质量控制要求高、质量控制不好容易导致推进困难。本文基于沈阳及北京等富水砂卵石地层渣土改良机理及效果的研究和探索,通过采用高分子聚合物溶液替代膨润土浆液,研究分析出一种操作简便、成本低、效率高、对场地要求低且相对环保的富水砂卵石地层改良技术,并依托于沈阳南运河综合管廊盾构隧道施工项目的实践,形成一套严谨完整的富水砂卵石地层盾构施工渣土改良新技术,实现了更高的社会及经济效益。     

富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验研究

为得到3种不同富水砂层土中最佳膨润土泥浆体积的注入比，通过膨润土泥浆优化试验、坍落度试验、渗透试验研究了膨润土泥浆对不同种类富水砂土的改良作用。结果表明：钠基膨润土更有利于渣土改良。在细砂层、中砂、粗砂地层，钠基膨润土泥浆体积注入比差别较大。将试验结果应用于盾构施工，发现经改良优化后盾构掘进参数明显改善，渣土流塑性良好，渗透系数呈数量级降低，有效防止了喷涌现象的发生。     

富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验与应用

依托南昌市轨道交通4号线一期工程,针对土压平衡盾构穿越富水砂层时遇到排渣不畅、喷涌等工程技术难题,展开渣土改良试验研究。介绍了砂性地层中常用的三种改良剂泡沫剂、膨润土和高分子聚合物,并针对此工程中的富水砂性地层,选取泡沫剂+聚合物的复合改良方式。开展改良后渣土的坍落度和渗透性试验,测试其流动性和渗透性,通过试验可以得到最优改良方案。对改良后盾构机掘进参数进行监测,如掘进推力、刀盘扭矩、推进速度、刀盘转速,数据表明该富水砂层盾构掘进采用"泡沫剂+聚合物"的渣土改良手段效果很好,降低了该地层的渗透性及内摩擦角,提高了粘聚力,解决了盾构在富水砂性地层开挖的技术难题,达到了土压平衡盾构掘进的要求,保证了盾构施工的高效、安全掘进。     

盾构泡沫膨润土系统的优化设计

用于南昌地铁1号线6标盾构施工的土压平衡盾构为例,对土压平衡盾构的渣土改良系统进行了介绍,针对富水砂层的地质结构对原设计的泡沫膨润土系统进行了优化,提出了富水地层渣土改良的设计解决方法。     

富水砂层渣土改良技术的应用

福州地铁1号线采用土压平衡式盾构掘进施工,该方法要求开挖的土体应具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等特性,而某区间隧道需穿越的富水砂层,却具有黏聚力小、外摩擦角大、渗透系数高等地质特性,很难满足土压平衡式盾构的掘进要求。因此对此段渣土层进行了改良,通过添加高分子聚合物,与高浓度膨润土浆液等改良材料共同作用,极大地改善了富水砂层渣土的土质特性,使盾构在掘进砂层时保持高效、稳定。     

浅埋富水全断面砂层盾构施工渣土改良初步研究

在隧道工程施工过程中,对于富水全断面砂层一般使用盾构进行施工。在施工的过程中,对渣土进行改良是施工中的重点和难点。本文以实际工程为例,对富水全断面砂层盾构施工渣土改良技术进行研究。     

土压平衡盾构穿越富水砂土层的渣土改良泥浆配合比研究与应用

针对土压平衡盾构穿越富水砂土层时遇到的技术难题,以福州轨交1号线盾构下穿闽江段为背景,开展了室内和现场的渣土改良泥浆试验。通过对比分析研究,确定了采用膨润土+羧甲基纤维素钠(CMC)作为渣土改良泥浆的方案,并确定了相应的配合比,在实际施工中取得了明显效果,确保了背景工程的顺利实施,亦为以后类似工程提供了参考。     

生石灰膨润土泥浆土压盾构渣土改良试验研究

土压平衡盾构在砂性地层施工中,常出现盾构刀盘磨损严重、扭矩过大、土压舱土体难形成塑流状态等问题,施工中常使用膨润土泥浆作为土体改良剂对切削渣土进行改良来解决上述问题。本文以膨润土和生石灰为原料配制土体改良剂,通过采用泥浆粘度和相对密度为参考指标优选出合适的泥浆作为土体改良剂对渣土进行改良,并对改良渣土开展坍落度试验和剪切试验来综合评价生石灰含量对渣土改良效果的影响。试验结果表明:对于生石灰掺量为0%~2.8%的膨润土泥浆,随着生石灰含量的增加,泥浆的粘度和相对密度有所增加,改良后渣土的抗剪强度有所降低,在生石灰含量为1.4%时坍落度能较好的满足施工要求。     

泡沫性能测试及其在富水砂层渣土改良中应用

南昌典型富水砂层由于其高渗透性、低粘聚力和高摩擦角以及高含水量特性,在盾构开挖时常面临喷涌、土拱效应引起掌子面压力不均以及刀具磨损等难题。本文针对南昌地铁4号线七里站至民园路西站区间富水砂层隧道,通过一系列室内试验测试发泡剂溶液、泡沫性能及室内渣土改良试验,确定合理发泡剂和盾构泡沫性能参数以及富水砂层改良方案。结果表明:(1)采用铂金环法可准确测定发泡剂溶液的表面张力以及临界胶束浓度。本文所采用发泡剂的临界胶束浓度为0.05%,对应的表面张力约为32 mN/m;(2)采用罗氏泡沫仪方法可合理测定发泡剂的起泡能力和产生泡沫的稳定性。采用罗氏泡沫仪进行的滴液管试验和半衰期试验均得出最佳发泡剂浓度为3%;(3)对上述最佳发泡剂浓度,当泡沫注入比为20%-30%、膨润土泥浆注入比为10%时,改良后的渣土具有很好的流塑性,可以有效降低刀盘和螺旋杆的扭矩及减少刀具磨损。现场渣土改良结果也表明,采用上述渣土改良方案,可使掌子面切削下来的渣土达到一种"流塑性状态",具有较小的渗透性和内摩擦角,能施加均匀的掌子面压力,无喷涌发生。     

富水粗中砂及淤泥质地层盾构施工渣土改良试验及应用

随着盾构法隧道建设的蓬勃发展,盾构渣土改良技术也不断提高。通过泡沫、分散剂、高分子聚合物和膨润土等常用渣土改良材料在富水粗中砂及淤泥质地层的添加试验,分析判断渣土改良效果,为富水粗中砂地层渣土析水问题和淤泥质土分散提供解决思路。     

全断面富水砂层土压平衡盾构喷涌控制技术研究

以西安地铁十四号线盾构下穿灞河工程为依托,通过对盾构下穿高水压全断面砂层过程中喷涌问题进行原因分析,并针对性地提出多种喷涌控制手段,有效地抑制了喷涌的再次发生.研究表明:对于全断面富水砂层盾构喷涌的控制,采用泡沫剂+钠基膨润土等常规材料进行渣土改良是可行的;盾构掘进参数优化、降低开挖面水头、盾尾水流通路封堵及停机保压是...     

浅谈土压平衡盾构机在富水砂层下穿风险源的施工技术

在富水砂层中采用土压平衡盾构下穿河流及既有建筑物施工,具有较大的风险和难点。结合北京地铁6号线工程土压平衡盾构施工的成功实例,从盾构机设备的性能配置、施工工艺参数(掘进参数)、辅助措施(渣土改良)等方面,分析、论证了在富水砂层中采用土压平衡盾构机掘进施工的关键技术。     

基于响应面法的盾构施工膨润土改良参数优化

为确定福州地铁4号线金牛山—工业路盾构区间强风化花岗岩地层中的膨润土改良最优参数,分别选择膨润土泥浆浓度、掺入比和盾构推进速度3个影响因素,以渣土塌落度、渗透系数和改良成本为响应值.采用中心复合试验设计方法进行了20组试验,分别构建了各响应值的响应面函数.试验结果表明,膨润土泥浆浓度、掺入比和盾构推进速度对渣土改良效果...     

基于响应面法的盾构施工膨润土改良参数优化

为确定福州地铁4号线金牛山—工业路盾构区间强风化花岗岩地层中的膨润土改良最优参数,分别选择膨润土泥浆浓度、掺入比和盾构推进速度3个影响因素,以渣土塌落度、渗透系数和改良成本为响应值。采用中心复合试验设计方法进行了20组试验,分别构建了各响应值的响应面函数。试验结果表明,膨润土泥浆浓度、掺入比和盾构推进速度对渣土改良效果均有较大影响,且各因素之间存在显著交互作用。利用响应面–满意度函数,将渣土改良的3个响应值优化问题转化为单一响应值优化,获得强风化花岗岩地层在不同盾构推进速度下的最优改良参数。该方法科学合理,为金牛山—工业路盾构区间在强风化花岗岩内的高效施工提供了技术保障。     

地铁盾构穿越富水砾砂地层渣土改良试验研究

富水砾砂地层具有内摩擦角大、渗透性强等特点,在盾构掘进时容易造成螺旋输送机堵塞或刀盘结泥饼等工程事故。通过改变含水率、泡沫剂浓度及膨润土泥浆浓度,测试砾砂渣土的坍落度得到其变化规律,同时观察土样的流塑状态,采用析因试验设计理论对多因素影响渣土改良试验效果的耦合作用进行显著性分析。研究结果表明:含水率是影响渣土改良试验的主要因素,最优坍落度范围为185～200 mm;当含水率为5%时,坍落度随着改良剂浓度的增高逐步降低;当含水率为16%时,坍落度随着改良剂浓度的增高而增大。对坍落度的显著性影响从大到小依次为含水率(A)、一级交互作用(A×C、A×B)、膨润土泥浆浓度(C)、一级交互作用(B×C)、泡沫剂浓度(B)、二级交互作用(A×B×C)。基于现场试验与等值关系图,得到最优坍落度对应的含水率、泡沫剂浓度、膨润土泥浆浓度范围分别为10.6%～14.2%、 2.5%～4%、11%～13%,研究结果对于提高富水砾砂地层的盾构掘进效率具有重要的指导意义。     

砂卵石地层盾构施工渣土改良试验和数值模拟分析

针对城市地铁盾构施工在穿越富水砂卵石地层时所表现出的非适应性问题,设计开展了不同含石量砂卵石和膨润土泥浆注入率下的渣土改良试验.试验结果表明:膨润土与水的最佳土水质量比为1:10,最佳膨化时间为20h;通过抗剪、坍落度和渗透试验,确定了20％、40％、60％和80％含石量砂卵石膨润土泥浆的最佳注入率,并将试验结果应用于...     

富水砂卵石地层渣土改良试验研究

针对成都富水砂卵石地层,采用泡沫剂和膨润土对盾构施工中的渣土进行改良,给出了渣土改良相应指标的控制标准。通过室内坍落度试验、渗透性试验以及研发的土体磨蚀试验,分析了不同添加剂掺入比下渣土坍落度、渗透系数以及土体磨蚀系数的变化规律。结果表明,采用泡沫剂浓度3%、体积注入率15%和膨润土质量比1∶6、体积注入率15%进行渣土改良,渣土坍落度和渗透系数满足控制指标要求且土体磨蚀系数最小。最后通过刀具的磨损量验证了刀具磨损值在控制范围内。     

土压平衡盾构水下隧道施工渣土塑流化改良研究

以北京地铁14号线盾构隧道在圆砾、黏土、粉土、粉质黏土、粉细砂等复杂地层中施工为例,在掘进试验段进行单加膨润土、单加泡沫以及添加膨润土和泡沫混合改良剂的渣土改良试验研究,通过对盾构机推力和扭矩与土仓压力变化等参数的对比分析,研究出适宜的渣土改良配比和参数。试验结果表明:采用膨润土和泡沫作为混合改良添加剂对渣土进行改良能够显著降低盾构的推力和扭矩以及渣土温度;膨润土和泡沫混合注人后在掌子面形成的泥膜具有良好的保压性,能有效提高盾构停机状态下的安全性。     

复合地层长距离土压平衡盾构施工关键技术

针对土压平衡盾构在包含全断面碎石的复合地层掘进施工时,刀盘和刀具磨损严重、推力和扭矩增大、易导致掘进困难以及沉降不易控制等问题,对渣土改良、刀盘和刀具的配置优化以及泡沫系统改造等关键技术进行工程实践,结果表明,膨润土泥浆和泡沫对砂层渣土改良效果及地表沉降控制效果显著;配合泡沫系统改造,盾构掘进过程中推力和扭矩减小,掘进速度提高;刀盘和刀具优化改造后,磨损程度明显降低,同时避免通常采用的预设加固区等开仓换刀,减少经济成本和人员作业风险,实现一种既能满足工程施工需要,同时控制施工成本的方法。     

复杂地层泥水盾构泥浆及渣土综合处理施工技术

为解决由于黏土或含泥量大的地层造浆能力强,泥水盾构掘进产生废弃泥浆量大及砂层或含砂率高的地层中渣土富含的砂石资源存在浪费,利用不充分的问题,本文以新白广城际白云机场隧道段工程为例,通过重点介绍工艺流程、材料设备投入及操作要点,分析"盾构弃浆代替膨润土用于同步注浆+压滤机泥浆处理+洗砂机筛分渣土"综合处理工艺在盾构泥浆零外运及盾构渣土资源利用上的处理效果.