盾构施工 - 粘土中的渣土改良方案

粘土中的渣土改良方案

一、基本情况

近段时间源天盾构项目部在珠江新城旅游观光线的盾构施工过程中，出现掘进缓慢，刀盘结泥饼等现象，影响了施工进度。其中先后试用了ELCO，东莞明洁和巴斯夫的麦斯特等三种品牌发泡剂，效果均不是很明显，没有解决根本问题。经同相关人员沟通和现场了解情况，在盾构机始发阶段，有约十多环砂层，喷涌厉害，采用日本TAC高分子材料和ELCO发泡剂搭配改良渣土，解决了喷涌问题。随后进入8号粘土层，渣土粘度大，推进困难。在第19环（约10月12号）项目部撤下ELCO发泡剂，换上另一品牌泡沫剂，在16号晚我司接到项目部电话，告之结泥饼厉害，掘进不顺利。17号上午我方派人到现场了解情况，盾构机已经开仓清理过泥饼，当天已经掘进到23环，25日再到现场了解情况，已经掘进到40环，平均每天2环左右，其间一直在试用另两种发泡剂，但没有根本解决问题。 二、原因分析

在此过程中项目部采取各种措施来解决问题，但由于地层条件恶劣等因素，目前未能根本解决此难题。经过多年的工程实践，我方认为如下因素会导致这种不利情况出现：

1.盾构通过地层条件差，广州这种典型的复合地层对盾构施工是个极大的考验。在这种粘土层中，经过改良剂和水的浸润，在刀盘的搅拌下，土体粘度增大，很容易粘附在刀盘上，同时由于相互之间的摩擦

产生瞬间高热，使土体结焦附着在刀盘上不易除掉。

2.泡沫剂等外加剂使用不当，在不同的盾构条件下，泡沫剂的使用参数应做相应调整，包括注入率，发泡倍率，稀释倍率，流量等。正确使用泡沫剂有利于防止结泥饼，降低扭矩，提高工作效率。 3.使用工艺不恰当，在恶劣地质条件下，刀盘转速，推进速度，螺旋剂排土速度，外加剂的配合使用都会影响施工质量。 三、产品介绍

针对项目部目前出现的问题和对其影响因素的分析，我们建议采取ELCO高分子材料和发泡剂配合使用来预防和解决盾构机在粘土层中的掘进问题。

ELCO STP 401A是一种长链分子的有机化合物,可以单独使用，也可与膨润土及泡沫配合使用。当高分子材料与渣土混合时，这种长链分子就会附着在渣土颗粒的表面形成高分子膜，当这些颗粒相互碰到一起时，聚合物分子就将颗粒粘结在一起形成网络结构，防止水分渗透，改良渣土的和易性。ELCO高分子材料的水溶液注入到砂层中，在地层中发生交联反应，形成凝胶体系，迅速锁住水分，以此降低高含水地层的渗透率，防止喷涌。ELCO高分子材料的稀溶液亦可使用在粘性土中，它能够在渣土的表面形成一层韧性的高分子膜，具有极好的润滑性能，防止土仓内结泥饼，使其粘土成塑性流动，减少刀具和皮带的磨损。在实际使用时，在沙砾层中建议按2～5‰的比例稀释，注入率为10～20％；在粘性土中建议按0.3～1‰的比例稀释，注入率为25～40％。当与其他外加剂配合使用时，请酌量增减。具

体使用参数参考下表。

表1：高分子材料应用实例

指标 盾构机外径R，m 横截面积S，m2 推进速度v，mm/min 单位长度渣土体积，m3/m 改良剂注入率 改良剂注入量，m3/m 改良剂稀释倍数 原液注入量，L/m 稀释液注入流量，L/min 原液注入流量，L/min

砂层 6.25 30.7 40 30.7 10% 3.07 2‰ 6.14 122.8 0.25 粘土层 6.25 30.7 40 30.7 30% 9.21 0.5‰ 4.61 368.4 0.18 四、解决方案

基于以上介绍，我司推荐使用发泡剂＋高分子材料两种外加剂来预防和解决这种情况。这种方案不仅在理论上上文有所阐述并且可行，在实际操作上也可以实施。因为在此项目始发阶段就是采用这种方法来对付砂层的，并且经过我方考察，在盾构机的后配套台车上已经安装的泡沫桶和高分子材料桶的管路装置都在，实施这个项目不再需要继续改动。

但是，是否我们就能够安装前段对付砂层的工艺，在粘土层也加入相同比例和剂量的发泡剂和高分子材料呢？这里我方必须强调一点，在砂层中和粘土层中高分子改良剂的添加方法和比例是不相同的，否则会起不到相关作用或引起反作用。这是因为我们ELCO高分

子材料是一种分子量很大的长链化合物，具有很强的吸水能力，在砂层中稀释浓度较高（2～5‰），使它能够吸收水分，聚集沙粒。而在粘土层中要以很低的稀释浓度（0.3～0.5‰）来使用，否则它会吸收粘土中的水分，使渣土更干，更易结块，这是因为在粘土中主要是靠高分子的分散性和润滑性在作用于渣土的，这不同于其他的分散剂等改良剂（往往需要添加百分之十甚至更多的量）。据此我方提供一组参数供使用参考：

表2：添加剂的使用参数

指标 盾构机外径R，m 横截面积S，m2 推进速度v，mm/min 单位长度渣土体积，m3/m 改良剂注入率 改良剂注入量，m3/m 发泡倍率 改良剂稀释倍数 原液注入量，L/m 稀释液注入流量，L/min 原液注入流量，L/min 发泡剂 6.25 30.7 40 30.7 20% 6.14 8 3％ 23.02 30.7 0.92 高分子 6.25 30.7 40 30.7 10% 3.07 0.5‰ 1.54 122.8 0.061

注：以上仅供参考，应根据实际情况调整发泡剂和高分子材料的比例，分别选择注入管路数目。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/otgh.html