大直径盾构隧道施工渣土改良技术

1 戴尊勇 2 陈瑞

摘要：目前国内各台盾构机的使用工况，不难发现土质改良技术应用的好坏，对降低工程造价、提高工程施工进度都有着决定性的作用，通过在长株潭城际铁路Ⅱ标树木岭隧道树香区间S660盾构施工标段进行了一系列现场测试试验，验证了本文所配制的盾构泡沫剂的性能满足现场施工的需要。

关键词：盾构 渣土改良 总推力 土压 推进速度

目前我国所应用的盾构机类型主要为土压平衡式盾构，其特点是用开挖出的土砂作为支撑开挖面稳定的介质，因此要求作为支撑介质的土砂具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等特点^[1]。由于一般土壤不能完全满足这些特性，所以要进行改良，其技术要点是在刀盘前部和泥土仓中注入水、膨润土泥浆、粘土、聚合物或泡沫等混合添加材料，经强力搅拌，改善开挖的土砂塑性和流动性，降低渣土的透水性。渣土改良系统已成为盾构法施工的一个重要组成部分，对盾构法隧道施工的发展有着深远的影响^[2]。

长株潭城际铁路Ⅱ标树木岭隧道树香区间S660盾构施工区域地质资料及其现场勘察表明，包括粉土、粉质粘土和泥质粉砂岩等地层，主要地层为中风化、弱风化泥质粉砂岩，本项目采用的是土压平衡盾构机。

因本工程采用土压平衡盾构施工，穿越段地质为泥质粉砂岩，为使进入土仓的渣土具有较好的流动性，降低渣土的粘度和土仓内的温度，选择泡沫剂对渣土改良是不二之选，通过及时向土仓内注入一定量的水和泡沫，具有防止刀盘前部形成泥饼和刀具磨损，确保盾构正常掘进从而降低铁路沉降风险的作用。

图1 泡沫发生原理图

在盾构机推进过程中，其泡沫注入系统可以根据地质条件的需要对泡沫剂溶液的浓度、发泡倍率和气泡掺入比进行控制，以达到改善不同开挖土层的目的^[3]。其中盾构推力、推进速度、总扭矩变化分析如图2、3和4所示。

图2 盾构总推力变化图

通过图2分析可得知：与试验前的几米相比较还是处于相对较小的值，然后盾构推力呈现出逐渐减小的趋势。根据盾构推力变化的曲线可以发现新型泡沫还是能适当的改善盾构机推力的。

图3 盾构机推进速度变化图

通过图3分析可得知：盾构机的推进速度呈现出逐渐增长的趋势，其后虽有降低，但根据盾构推进速度变化的趋势线，可以发现新型泡沫可以有效提高盾构机的推进速度。

图4 刀盘马达总扭矩变化图

通过图4分析可得知：在里程YDK1+808.53加入新型泡沫后，盾构机刀盘马达总扭矩的波动幅度基本趋于平稳，总体呈现略微减小的趋势，可见新型泡沫对盾构机刀盘马达总扭矩的影响是有利的。

结论：

本文在室内研究的基础上，进行了现场土体改良测试试验，以此来评价本文所配制的新型盾构泡沫剂的性能以及对土体的改良效果。通过在长株潭城际铁路Ⅱ标树木岭隧道树香区间S660盾构施工标段进行了一系列现场测试试验，验证了本文所配制的盾构泡沫剂的性能满足现场施工的需要，泡沫剂的改良效果是可以满足盾构施工的。

参考文献：

[1]罗云峰.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[J].建筑施工,2020,42(03):407-409.

[2]王树英,胡钦鑫,王海波,黄硕,叶飞,刘朋飞.盾构泡沫改良砂性渣土渗透性及其受流塑性和水压力影响特征研究[J].中国公路学报,2020,33(02):94-102.

[3]刘国栋,鞠义成,何普鑫.渣土保压泵送技术在富水复合地层土压盾构施工防喷涌控变形中的应用[J].城市轨道交通研究,2019,22(11):32-36.