淺談泥質(zhì)粉砂巖地層中土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)渣土改良技術(shù)

董宇

中鐵六局集團(tuán)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(shù)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，獲得了一些成果。但是，在室內(nèi)所展開的渣土改良技術(shù)因?yàn)橐恍┎豢煽氐囊蛩囟鴮?dǎo)致其結(jié)果未能達(dá)到預(yù)期效果。在開展現(xiàn)場試驗(yàn)時，因操作人員較多情況下都是依靠經(jīng)驗(yàn)行事，因此使得施工參數(shù)的控制與標(biāo)準(zhǔn)間可能存在著問題，使得操作過程較為粗糙，導(dǎo)致渣土改良問題嚴(yán)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(yīng)用渣土改良室內(nèi)試驗(yàn)，雖然所采用的這一案例是土壤為中風(fēng)化粉砂巖盾構(gòu)渣土，但是對其所應(yīng)用的渣土改良技術(shù)配合參數(shù)控制，對整個工程的實(shí)施有著非常重要的意義。

1.渣土改良技術(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)

在對渣土級配對時，可能會受外界不可控因素對渣土狀態(tài)產(chǎn)生較大的影響，因此在本次研究中則主要采用了現(xiàn)場調(diào)研確定試驗(yàn)渣土的級配。盾構(gòu)施工時，其渣土?xí)尸F(xiàn)出明顯的含水率的變化，并且在試驗(yàn)過程中，為了能夠進(jìn)一步了解到渣土每一環(huán)節(jié)含水量及改良的參數(shù)值，可通過將三組含水率渣土的進(jìn)行分組試驗(yàn)。渣土含水率與注水量的關(guān)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(gòu)開挖走私；L表示管片的寬度；除此之外，泥質(zhì)粉砂巖干密度則以Pd來表示。對含水率的巖石進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)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(jì)算下，可對巖石含水率進(jìn)行渣土改良室內(nèi)試驗(yàn)的實(shí)施。

2.泡沫改良劑及其改良渣土試驗(yàn)

針對泥質(zhì)粉砂巖地層的盾構(gòu)中可能出現(xiàn)的泥餅問題時，可通過泡沫劑方法來實(shí)現(xiàn)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(fā)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(jìn)行渣土改良操作。

在本次實(shí)驗(yàn)中，雖然對改良渣土的應(yīng)用評價指標(biāo)多為“坍落度”，但是這種方法既容易操作，還能夠快速實(shí)現(xiàn)操作要求，費(fèi)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(xiàng)指標(biāo)，例如，和易性、稠度等。在最終的渣土改良技術(shù)實(shí)施時，其最佳坍落度值出現(xiàn)了不同的現(xiàn)象。在此過程中，可減少試樣坍塌、析水對渣土狀態(tài)評價存在不客觀的情況。

3.試驗(yàn)結(jié)果及參數(shù)范圍選定

3.1 渣土改良試驗(yàn)結(jié)果

在進(jìn)行坍落度試驗(yàn)時，需要對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)地記錄，以便后續(xù)查詢使用。并且在所有數(shù)據(jù)中篩選出坍落度在10-20cm的試樣來進(jìn)行以下試驗(yàn)檢查，并通過對其流動性的調(diào)整來確保整個研究實(shí)施的有效性，然后將每一個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的流動性變化進(jìn)行記錄。

3.2 渣土改良參數(shù)現(xiàn)場驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上一實(shí)驗(yàn)步驟中渣土改良精細(xì)化控制措施的有效性以及其可行性，可通過對其進(jìn)行局部應(yīng)用，然后從始發(fā)端680m范圍內(nèi)所有涉及到的改良數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，將參數(shù)控制前后渣土改良參數(shù)以及掘進(jìn)參數(shù)的變化進(jìn)行比較分析。其中，對施工時的渣土改良參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如下。

注水量為盾構(gòu)在泥質(zhì)粉砂巖地層中每掘進(jìn)一環(huán)的注水量曲線注水量變化曲線可以看出注水量在盾構(gòu)掘進(jìn)初期(前90環(huán))由于注水速率未與掘進(jìn)速度匹配，導(dǎo)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(wěn)定，每環(huán)注水量主要控制在8.5m3左右。相比采取參數(shù)控制措施前，注水量穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，每環(huán)注水量的平均值為8.7m3。

結(jié)束語

從上述的內(nèi)容總結(jié)可以得知，渣土改良技術(shù)作為對泥質(zhì)粉砂巖地層中土壓平衡盾構(gòu)有著重要作用的技術(shù)，其能夠緩解鐵路工程實(shí)施過程中可能存在的問題。與此同時，要提前考慮盾構(gòu)施工時改良參數(shù)相互影響，并找到其互相影響的因素所在。并根據(jù)影響因素提出渣土改良精細(xì)化控制措施。通過現(xiàn)場實(shí)施驗(yàn)證，不僅渣土改良參數(shù)得以穩(wěn)定控制，改良劑用量減小了22.0%，而且掘進(jìn)參數(shù)也明顯降低，渣土改良精細(xì)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(yàn)得到泥質(zhì)粉砂巖渣土來計(jì)算出了最佳坍落度為17～20cm，并對渣土改良進(jìn)行分析及數(shù)學(xué)公式擬合，得到坍落度與含水率和泡沫比的函數(shù)關(guān)系式。依據(jù)黏度指數(shù)的要求，確定渣土改良參數(shù)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(shù)據(jù)明確的基礎(chǔ)上，保障工程中渣土改良技術(shù)的有效實(shí)施。