复杂地层中盾构施工渣土改良技术研究

宋立平

摘要： 在进行隧道开挖过程中，为了保证施工质量，经常使用盾构法，盾构施工中需要根据实际的施工进度，对渣土状态进行及时调整和改良，从而实现施工过程的稳定发展，保证施工安全。但是针对复杂地层，施工单位需要根据施工现场的地质情况，分析并充分的了解渣土特点，选择最佳的渣土改良剂，保证实际改良的效果。因此，本文针对复杂地层中盾构施工中渣土改良技术展开论述，为隧道工程建设提供可视化的参考依据。

Abstract： In the process of tunnel excavation， in order to ensure the construction quality， the shield method is often used. In the shield construction， it is necessary to timely adjust and improve the status of the muck according to the actual construction progress so as to achieve the stable development of the construction process and ensure construction safety. However， for complex formation， the construction unit needs to analyze and fully understand the characteristics of the muck according to the geological conditions at the construction site， and select the best muck improver to ensure the actual improvement effect. Therefore， this article discusses the muck improvement in shield tunnel construction in complex formation， to provide a visual reference for tunnel construction.

关键词： 复杂地层；盾构施工；渣土改良

Key words： complex formation；shield construction；improvement of muck

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）06-0156-02

0 引言

随着盾构技术水平的不断提升，渣土改良受到了施工单位的广泛关注。但是盾构施工过程中，会产生大量各种形式的渣土，其中渣土的吸水性和流塑性会对盾构掘进速度和效率产生非常明显的影响，一旦处理不当，不仅可能造成施工事故，还可能会减少盾构机的使用寿命。因此，施工单位在盾构机掘进过程中，需要采取有效措施对渣土性能进行改良，防止出现泥饼，解决实际遇到的堵塞和喷涌问题，重点提升渣土改良的效果，控制好盾构机掘进速度，采用合理掘进模式，降低掘进成本，保证工程施工质量。因此，本文主要针对在复杂地层中，盾构施工渣土改良技术进行分析，并且提出相应的解决措施和建议。

1 渣土改良剂应用分析

根据当前行业发展现状，国内外盾构机采用的土质改良剂，主要利用刀盘、土仓以及螺旋输送机注入膨润土泥浆或者发泡剂，从而对渣土进行有效的改良。第一，膨润土泥浆，这种改良剂能够提升渣土的粘滞性和不透水性，优化掘进工作环境，提升螺旋输送机的性能，为渣土运输提供便利。第二，发泡剂。主要利用土仓和螺旋输送机，对渣土进行改良，为渣土运输创造良好的条件。在进行盾构掘进过程中，遇到沙土以及少量粘土或者具有较强透水性的花岗岩地层时，采用发泡剂可以获得良好的效果。第三，水。在盾构机实际掘进过程中，遇到坚硬围岩时，产生的渣土比较干，流动性较差，如果单纯的注入泡沫剂或者膨润土泥浆，就很难获得良好的效果。因此，施工人员可以注入适量的水，从而提升渣土改良的效果，需要控制好渣土的物理状态，防止出现污染的情况。第四，高分子聚合物。在实际应用过程中，高分子聚合物属于均质的液体泡沫剂，在进行管道运输过程中，会产生泡沫，提升渣土的粘滞性，优化实际工作环境，提升土仓的密封性，为渣土运输提供便利。并且渣土中的泡沫会自动分解，一旦泡沫消失，已经注入泡沫的渣土就会恢复到原来的状态。

2 某工程复杂地层中盾构施工渣土改良技术分析

2.1 工程地层情况

在本标段隧道工程施工过程中，地质主要以人工填土为主，掘进需要经过粗砂、沙砾以及圆砾层。根据实际岩土性质，自上而下主要包括杂土层、粉质粘土、细砂、中砂、泥质粉砂岩等。

在本区间内，地下水类型多样，具体包括孔隙水、上層滞水以及裂隙水等，其中孔隙水主要分布在砂卵石层中，水位埋深大致为8米左右，并且在河道底部，具有很厚的粘土层，但是河水与地下水没有直接联系。经过人工整治以后，为了保证施工安全，在河床底部，施工单位采取了相应的预防措施。由此可知，降水通过渗透的方式，补给地下水。

在本次区间工程施工过程中，盾构机需要穿越多个土层，主要包括细砂、中砂、粗砂以及砾砂等，并且根据实际勘探的情况，整个隧道结构富水情况严重，并且在砂质地层中，渣土缺乏颗粒物质，并且颗粒的间隙很大，在压力的作用，砂质地层具有很高的渗透性。在盾构机的盾构过程中，产生的渣土流塑性比较差，在土仓内，水与渣土出现分离的情况，一旦没有得到有效处理，螺旋机在运行过程中，就会喷射出高压泥渣，导致地面出现塌陷事故。所以在进行盾构机掘进过程中，需要做好渣土的改良工作，保证工程施工质量。在进行本次共工程渣土改良过程中，需要注意以下几个方面：第一，需要对刀盘前的土体进行连续的改良。第二，针对刀盘切削下来的土体，要对其流动性进行改良，保证土仓内外压力平衡，保证土地稳定。第三，在盾构机掘进过程中，施工操作人员需要及时排出刀盘切削进入土仓的土体，防止出现泥饼。endprint

2.2 选择合理的添加剂

根据当前国内外工程施工现状，主要利用刀盘、土仓等注入相应的膨润土或者泡沫剂，然后改良渣土。第一，在注入膨润土泥浆过程中，能够有效提升渣土的粘滞性，优化施工现场环境，改善渣土性能，为渣土运输提供便利的条件。第二，泡沫剂主要利用土仓和螺栓输送机，做好渣土改良工作，在进行盾构掘进过程中，遇到具有很强透水性的砂土，需要利用泡沫剂对渣土进行改良。第三，高吸水聚合物。在应用高吸水性树脂过程中，能够吸收大量的地下水，让渣土保持胶凝状态，防止由于地基喷涌情况，保证工程是施工安全。

在进行实际渣土改良过程中，由于渣土改良剂具有不同的性能，并且应用在不同的地层，具有各自的优势和特点。其中膨润土具有流动性和不透水性的优点，比较适用于砂卵石层，但是存在的缺点就是需要制泥设备。防粘附能力较差。泡沫剂也具有良好的不透水性和流动性，适用范围比较广。高吸水聚合物呈现出良好的凝胶状态，能够防止喷涌情况，适用于高水位和含水量高的土层，但是存在的缺点就是容易与土层中的酸碱物质发生化学反应。因此，在盾构掘进工程施工开始前，施工单位需要重点分析工程地质的特点，选择最佳的改良剂。

2.3 盾构施工渣土改良方案分析

施工单位在制定渣土改良过程中，需要做好施工现场水文地质勘探工作，需要根据实际沙砾级配，控制好泡沫剂和膨润土的用量。在原材料选择过程中，施工单位要根据设计标准，选择优质的改良剂，在原材料进场以后，需要做好二次检验，保证满足施工现场技术要求。

在进行设备选型控制过程中，需要结合施工情况做好管路试喷工作，保证管道的可行性。在本次项目工程施工过程中，主要采用土压平衡式盾构机，其中刀盘直径为6.28米，并且配有泡沫注入系统和膨润土系统。泡沫系统主要包括六路单独管道，然后在刀盘对应的六个注入口，并且安装4根搅拌棒，然后一起搅拌渣土，提升渣土的和易性，防止渣土出现离析问题。同时在实际应用过程中，可以有效防止喷涌问题，采取的具体措施主要指在泡沫发生装置安装隔膜泵和铁皮水桶，然后在水桶里注入高分子聚合物和水，然后通过管路进入刀盘，发挥防止喷涌的作用。在螺旋机的下部和上部，主要安装三个主入口，可以根据实际掘进情况，注入不同的改良剂，为了保证实际改良的效果，需要配备相应的保压泵，然后设置保压泵借口，可以有效防止喷涌作用。

为了控制好渣土改良的效果，在实际改良过程中，需要不断严格原材料进场工序，对进入施工现场的原材料进行严格的检查；控制好膨润土的配比，分析实际的沉淀发酵效果；结合实际的膨化时间，控制好实际的膨化质量；在每环掘进过程中，需要根据施工現场情况，控制好膨润土和泡沫液的数量，根据异常的出土情况，对改良剂的注入率进行及时有效的调整；在实际施工过程中，一旦出现膨润土堵管的情况，施工操作人员要采取有效的措施进行疏通，防止影响到二次开机，产生局部沉降过大的问题。同时根据盾构机实际掘进情况，进行定期的检查，并且做好相应的记录，重点做好管路维护管理工作，防止出现堵塞的情况。在进行出土量控制过程中，需要分析出土的性质，然后根据渣土的出土情况，调整改良剂的注入量，保证工程施工顺利进行。在本次盾构工程施工过程中，在端头加固段，主要采用三轴搅拌桩和高压旋喷桩结合的形式，提升施工现场取芯的效果，控制好分段掘进的除渣情况，保证渣土具有良好的粘度。同时，为了有效防止刀盘出现泥饼的情况，最大限度地降低刀盘的温度，根据现场水文地质情况，施工单位主要采用泡沫改良的技术，在刀盘六个主入口中，全部为泡沫改良剂，其中浓度为2～4.5%。施工单位需要根据实际加固区的距离延长，有效控制泡沫的浓度。在加固区以外，区段主要位于始发的掘进降水井降水范围之间，在刀盘掌子面渣上，具有较小的含水量。因此，为了保证土体和易性，需要重点做好掌子面渣土改良工作，施工单位需要把渣土改良和膨润土改良混合在一起，从而提升实际改良的效果。下面针对实际配对的比例进行分析。在进行膨润土配比过程中，泡沫的浓度为2.5%，在每环需要注入70升水，膨润土浆3-5m3，经过多方论证以后，浓度最终控制在3%，其中在每环注入量为60升，膨润土注入量为3m3，采用这种方式，可以提升渣土的和易性，控制好盾构掘进速度，改良渣土质量。

通过分析以上盾构施工过程中，需要结合工程施工的具体情况，选择合理的添加剂，严格控制好施工过程中，对既定的施工技术方案进行科学合理的修正。针对复杂地层盾构掘进施工过程中，为了满足实际施工的效果，可以选择泡沫剂；针对渣土含水率较低的渣土，可以选择适量的膨润土，优化实际施工方案，选择性质良好的施工材料，引进先进的施工技术，做好施工现场试验工作，控制好改良剂的比例，施工单位要根据实际的效果，做好反馈工作，优化实际的添加比例，保证施工效率。

3 结语

综上所述，在进行复杂地层盾构施工过程中，为了保证工程施工安全和施工质量，需要根据施工现场的地质水文条件，分析地层特点，做好试验分析工作，优化的实际试验结果，选择合理的渣土改良剂，保证实际的改良效果，为以后工程进行渣土改良提供重要的参考依据。

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