盾构施工中土体改良的方法及应用

盾构施工当中土体改良方法及应用（李懂懂）土体改良目的：通过盾构自身的管路系统向开挖面注入土体改良剂，以达到润滑效果降低刀具的磨损、改良土质以防治结饼等施工问题，使盾构掘进顺畅、高效。土体改良要求：(1).对刀盘前方的土体需预先及持续不断地改良(2).将刀盘切削下来的土体改良成流动性好、能够及时建立起土仓内的土体和刀盘外土体之间的压力平衡、维持盾构掘进过程中盾构切口上方的土体稳定；(3).增加土体的流动性，刀盘切削进入土仓的土体能及时排出，减少土仓内泥饼的形成，不会形成颗粒的骨架拱效应。土体改良方法：一、泡沫剂改良一般土压平衔盾构机适应于内摩擦角小，渗透系数在10-6m/s以下的易塑流的粘性土层。在颗粒粒径较大的砂层、砾石层中，由于摩擦力大，透水性高，在这种土层中施工难以保持开挖面稳定。为解决砂性土的塑流性，可在开挖土仓中注入泡沫并充分搅拌，改变土的成分，以保证土的流动性和减少土的透水性，使开挖面保持稳定；减少刀盘与土体的摩擦，降低扭矩，减少壳体与刀盘上粘土的粘着力有利于排土机构出土，在盾构机泡沫改良系统中，泡沫剂溶液浓度控制为2％~5%的情况下，针对主要地层建议采用以下泡沫注入及膨润土添加参数：（1）．2-5粉细砂层、2-63-54-2中砂层，泡沫发泡倍率15～25倍，泡沫注入率35％～45％（泡沫体积与渣土的体积比）。（2）．2-83-74-4卵石层、5-2强风化泥岩，泡沫发泡倍率25~35倍，泡沫注入比45％～60％。不同地层中泡沫剂的用量二、膨润土改良由于膨润土具有吸湿膨胀性、低渗性、高吸附性及良好的自封闭性能，所以向土舱内注入钠基膨润土溶液时，可以起到的主要作用为：增加土舱内土体的流动性，在刀盘转动切削土体的过程中在掌子面形成泥膜，起到护壁作用，有利于保持土舱内土压平衡，从而避免开挖面的土体坍塌，保持掘进的持续顺利进行。以膨润土：工业碱：水=1：0.01：10～1：0.01：11（重量比）配制浆液，浸泡至膨化反应，膨化时间最少保持在12小时以上，最佳为20小时使其充分溶解。为了减少膨润土的用量，可考虑采用一部分老黄土代替，其配制比例为：用比重1.06g/cm3的膨润土浆液与比重1.3g/cm3老黄土浆液搅拌，用浆液粘度测定仪测定粘度为20″左右，老黄土与膨润土浆液比例用1：4拌制成比重为1.15g/cm3的混合浆液（注：下料前4分钟时注入老黄土浆液）.在施工过程中，根据膨润土的使用情况，实时调整配比。三、加水改良(1).一定压力的水与润滑剂的混合液，通过刀盘前泡沫剂发生管路注射到土体内，将冲刷下来的、流动性好的土体能及时通过进入土仓，减少了刀具的磨损；(2).冷却刀盘面板上的各种刀具，特别是刀具的硬质合金部分；(3).水与润滑剂的混合液具有降低摩擦力的作用，降低刀盘扭矩，延长刀具使用寿命；(4).加在刀盘前方的水随土体进入土仓内，在刀盘后方搅拌捧的搅拌下，土体流动性加大，有利于顺利出土，减少卵石对螺旋机和叶片的磨损。四、聚合物改良聚合物的注入可采用盾构自身的膨润土系统。聚合物粉剂需配置成溶液进行加注。配置方法为一公斤的粉剂通过加水的方式配制成一吨的溶液。（1）．2-5粉细砂层、2-63-54-2中砂层，聚合物溶液的注入率10％～15％（聚合物溶液体积与渣土的体积比，5~7吨每环）。（2）．2-83-74-4卵石层、5-2强风化泥岩，聚合物溶液的注入比15％～25％（7~12吨每环）当隧道开挖面所处地层为多种类型时，应根据不同地层所占比例对相应泡沫掺入参数进行换算得出泡沫掺入参数施工建议值。