聶艷青

摘 要：本文通過(guò)洛陽(yáng)富水砂卵石層盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及案例分析，得出泡沫劑可作為砂卵石地層抑制噴涌常態(tài)措施，在大粒徑卵石集中地質(zhì)條件下，可選取高分子聚合物做改良劑，解決砂礫石地層中渣土流動(dòng)性差、防噴涌等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：砂卵石層;渣土改良;泡沫劑;高分子聚合物

富水砂卵石地層中進(jìn)行土壓平衡盾構(gòu)施工時(shí)，由于地層卵石含量高、強(qiáng)度大、無(wú)黏聚力等特點(diǎn)，掘進(jìn)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致刀盤刀具磨損嚴(yán)重、渣土流動(dòng)性較差、進(jìn)渣困難、土倉(cāng)壓力難以保持等狀況出現(xiàn) [1-5]。針對(duì)上述問(wèn)題，一般是在盾構(gòu)選型階段進(jìn)行改進(jìn)與參數(shù)優(yōu)化，同時(shí)在實(shí)際施工時(shí)對(duì)渣土進(jìn)行改良，使其具有良好的流塑性、較低的內(nèi)摩擦力和較低的滲透性，從而保證施工順利進(jìn)行。

本文以洛陽(yáng)富水砂卵石地層盾構(gòu)施工為研究對(duì)象，對(duì)渣土改良進(jìn)行了研究。本研究獲得的洛陽(yáng)砂卵石地層渣土改良經(jīng)驗(yàn)，對(duì)減少刀盤刀具磨損、防止結(jié)泥餅及噴涌等異常施工狀況具有重要意義。

1 工程概況

洛陽(yáng)市軌道交通1號(hào)線土建02標(biāo)段周王城廣場(chǎng)站～應(yīng)天門站區(qū)間（以下簡(jiǎn)稱周～應(yīng)區(qū)間）沿中州中路敷設(shè)，左右線起終點(diǎn)里程均為DK14+301.472～DK15+520.664，右線長(zhǎng)度為1219.215m，左線長(zhǎng)度為1219.192m。本區(qū)間隧道埋深9.9-24.2m共812環(huán)，其中1-210環(huán)及660-812環(huán)之間地層為上部粘土、下部卵石層，且水位位于隧道頂部以下; 210環(huán)-660環(huán)之間為富水全斷面卵石地層，且最低點(diǎn)處水位位于隧道頂部以上約5.3米。

周～應(yīng)區(qū)間場(chǎng)地地下潛水穩(wěn)定水位埋深17.60m-20.50m之間，相應(yīng)高程為125.20m-127.54m。地下水類型為孔隙潛水，含水層為卵石層和砂層。

2 砂卵石土的基本特性

砂卵石地層隨機(jī)分布著大粒徑卵石顆粒，組成該地層的粗顆粒大小變化較大，密實(shí)程度也存在一定的差異。地層顆粒的組成對(duì)于盾構(gòu)施工影響很大。圖1為周～應(yīng)區(qū)間砂卵石地層顆分曲線。

由圖1可以看出，洛陽(yáng)砂卵石地層主要的特征便是含砂率很低，低含砂率對(duì)于土壓平衡盾構(gòu)施工渣土改良有較大影響，另外，富水條件下低含砂率帶來(lái)的強(qiáng)滲透性也是影響盾構(gòu)施工及安全的一個(gè)重要因素。

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中一些大顆粒粒徑的卵石被滾刀碾碎，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)要求，去除大粒徑的卵石，最大控制粒徑為8 cm^[6]。根據(jù)巖土工程勘察規(guī)范^[7]，經(jīng)計(jì)算，天然狀態(tài)下砂卵石土的不均勻系數(shù)Cu =58.85>5，曲率系數(shù)Cc =4.06>1，該砂卵石土樣級(jí)配良好。盾構(gòu)掘進(jìn)地層分布：1-210環(huán)及660-812環(huán)之間地層為上部粘土、下部卵石層; 210環(huán)-660環(huán)之間為富水全斷面卵石地層。

3 渣土改良方案實(shí)施

3.1 渣土改良的目的

在砂卵石地層中盾構(gòu)施工時(shí)，渣土改良的一般辦法就是向開(kāi)挖面及土艙內(nèi)注入一定比例的土體改良劑來(lái)改變土體的狀態(tài)，使其達(dá)到盾構(gòu)正常掘進(jìn)的要求^[3]。土壓平衡盾構(gòu)施工的土體改良材料常用的主要有泡沫劑、膨潤(rùn)土以及高分子聚合物，其各自優(yōu)點(diǎn)及適用土層條件見(jiàn)表1^[8]。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)渣土改良應(yīng)用分析

3.2.1 周～應(yīng)區(qū)間右線

洛陽(yáng)地鐵周～應(yīng)區(qū)間右線盾構(gòu)在掘進(jìn)1環(huán)～347環(huán)時(shí)，僅使用泡沫劑進(jìn)行渣土改良，各種參數(shù)均正常，如圖2所示。

從第347環(huán)開(kāi)始掘進(jìn)過(guò)程采用膨潤(rùn)土+泡沫劑進(jìn)行渣土改良，如圖3所示?？梢钥闯龆軜?gòu)掘進(jìn)至第378環(huán)時(shí)出現(xiàn)刀盤扭矩突然增大，此階段大粒徑卵石無(wú)法通過(guò)螺機(jī)帶出現(xiàn)象;掘進(jìn)第387環(huán)時(shí)出現(xiàn)螺機(jī)被大直徑卵石卡死情況（大量卵石粒徑在35cm左右），如圖4所示;在第406環(huán)時(shí)伴隨有螺機(jī)噴涌現(xiàn)象，導(dǎo)致跳閘停機(jī);在之后的掘進(jìn)中，頻繁出現(xiàn)刀盤扭矩突然增大、螺機(jī)噴涌等現(xiàn)象，且渣土和易性較差，渣土較為松散，小粒徑卵石隨水回流進(jìn)螺機(jī)內(nèi)，導(dǎo)致出土不暢。推進(jìn)過(guò)程中刀盤扭矩忽大忽小，刀盤前無(wú)法建立土壓，直至掘進(jìn)至430環(huán)停機(jī)。

采用膨潤(rùn)土+泡沫劑進(jìn)行渣土改良，在富水全斷面卵石層中改良效果不佳。經(jīng)分析決定從430環(huán)開(kāi)始采用新型高分子聚合物進(jìn)行渣土改良，如圖5所示。通過(guò)使用高分子聚合物進(jìn)行渣土改良后，刀盤扭矩有明顯改善（見(jiàn)圖6），且螺機(jī)噴涌現(xiàn)象幾乎很少發(fā)生，盾構(gòu)掘進(jìn)慢慢回歸正常，最終順利完成區(qū)間掘進(jìn)。

3.2.2 周～應(yīng)區(qū)間左線

洛陽(yáng)地鐵周～應(yīng)區(qū)間左線全區(qū)間盾構(gòu)使用泡沫劑進(jìn)行渣土改良，掘進(jìn)過(guò)程刀盤扭矩變化情況如圖8所示。從圖7可以看出，土壓平衡盾構(gòu)在砂卵石地層掘進(jìn)時(shí)刀盤扭矩總體控制值波動(dòng)較大，總體變化趨勢(shì)總體匹配區(qū)間穿越地質(zhì)情況，全斷面富水砂卵石段落刀盤扭矩較大。對(duì)區(qū)間刀盤扭矩值進(jìn)行歸納分析，如圖8所示，可以看出正常掘進(jìn)階段土平衡盾構(gòu)刀盤扭矩近似服從正態(tài)分布，浮動(dòng)范圍為1600-5400kN*m，波動(dòng)范圍較大。盾構(gòu)設(shè)備負(fù)荷較大，對(duì)掘進(jìn)效能控制不太有利。

4 結(jié)語(yǔ)

渣土改良技術(shù)是土壓平衡式盾構(gòu)在復(fù)雜地層中掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)手段。洛陽(yáng)地鐵1號(hào)線周～應(yīng)區(qū)間隧道土壓平衡盾構(gòu)穿越富水砂卵石層掘進(jìn)施工，在大粒徑卵石不集中段落僅使用泡沫劑進(jìn)行渣土改良可以滿足現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)條件，如遇大粒徑卵石集中段落可以通過(guò)采用高分子聚合物改良渣土，有效解決了土壓平衡式盾構(gòu)在富水砂卵石層中掘進(jìn)時(shí)，由于大粒徑卵石卡住刀盤而導(dǎo)致的無(wú)法連續(xù)出渣等問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)土壓平衡推進(jìn)，極大地減小了刀盤扭矩、推進(jìn)速度的波動(dòng)范圍，為合理控制地層損失率提供了強(qiáng)有力的保障，從而保證了盾構(gòu)安全、高效地掘進(jìn)施工，可以為國(guó)內(nèi)類似工程的盾構(gòu)法施工提供一點(diǎn)借鑒及參考，共同推動(dòng)我國(guó)盾構(gòu)法施工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

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