一種富水板巖與砂卵石復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)用渣土改良方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及盾構(gòu)渣土改良技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種富水板巖與砂卵石復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)用渣土改良方法。
【背景技術(shù)】
[0002]渣土改良是指為了使盾構(gòu)刀盤切削形成的渣土具有良好的流塑性、合適的稠度、較低的透水性和較小的摩阻力，通過盾構(gòu)專用的添加裝置向刀盤前方、土倉及螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入添加劑，利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌及螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌，使添加劑與渣土充分混合，以達(dá)到改善渣土性狀，利于土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)控制的作用。
[0003]渣土改良的主要目的:
[0004](I)使渣土具有良好的流塑性，利于土壓平衡效果的實(shí)現(xiàn)，利于控制土壓、穩(wěn)定開挖面，控制地層沉降；
[0005](2)使渣土具有良好的止水性，利于減低渣土的透水性，減少地層水土流失，降低渣土離析或螺旋機(jī)噴涌現(xiàn)象。
[0006](3)使渣土具有良好的流動(dòng)性、和易性和可排性，利于螺旋輸送機(jī)排渣，減少渣土沉積固結(jié)，減少泥餅的形成。
[0007](4)使渣土具有較低的摩租力和粘著力，利于有效降低刀盤和螺旋輸送機(jī)扭矩，降低對(duì)刀具和螺旋的磨損，改善盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，提高掘進(jìn)效率。
[0008]盾構(gòu)隧道開挖范圍及拱頂上覆地層為富水板巖與砂卵石交互地層時(shí)，該地層的主要地層特征為:拱部與拱頂上覆地層為砂卵石，下伏地層為強(qiáng)、中風(fēng)化板巖。卵石層侵入開挖斷面的厚度不均，兩類地層呈復(fù)合地層性狀。
[0009]上覆砂卵石地層中卵石含量高，石英巖卵石粒徑20 - 80mm左右，含量50 - 70%,余為圓礫和中粗砂，飽和。卵石單軸抗壓強(qiáng)度高，對(duì)盾構(gòu)刀具磨損大；砂卵石層松散、穩(wěn)定性差，掘進(jìn)期間易受擾動(dòng)，沉降不易控制，易松動(dòng)坍塌；砂卵石層滲透系數(shù)高，呈飽和狀態(tài)，透水性好、賦存水量大；砂卵石內(nèi)摩擦角大，和易性和流動(dòng)性差，摩阻力大，刀盤扭矩易增大。
[0010]下伏強(qiáng)風(fēng)化板巖地層為開挖范圍主要構(gòu)成，底部局部為中風(fēng)化板巖。強(qiáng)風(fēng)化板巖為碎裂結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖芯呈碎片狀、碎塊狀，浸水易軟化崩解。中風(fēng)化板巖薄層狀結(jié)構(gòu)，層理和節(jié)理裂隙較發(fā)育，礦物主要為云母、石英，局部夾石英巖脈，巖芯呈餅狀、短柱狀。由于板巖遇水易軟化變形、崩解，強(qiáng)度和承載能力驟減，且該層節(jié)理裂隙發(fā)育，透水性較強(qiáng)，巖層孔隙水豐富，在刀盤開挖和攪動(dòng)狀態(tài)下，掌子面易崩解坍塌，出現(xiàn)脫空，在反復(fù)攪動(dòng)下，遇水軟化成泥漿狀，粘著力強(qiáng)，刀盤扭矩大，刀盤和土倉易結(jié)泥餅，渣土流動(dòng)性差，皮帶排渣困難，易粘結(jié)，掉泥，掘進(jìn)效率低，施工環(huán)境差。
[0011]在兩類地層復(fù)合性狀下，加之地下水豐富，該地層掘進(jìn)的總體特征為:地層界面不穩(wěn)定，臨界面穩(wěn)定性差，掌子面自穩(wěn)能力差，易崩塌、脫空，以致地面沉降較大；刀盤和螺旋機(jī)扭矩大，排渣困難，易結(jié)泥餅；刀具磨損嚴(yán)重，開倉換刀條件差；總體掘進(jìn)效率低，沉降控制難度大。
[0012]因此希望有一種富水板巖與砂卵石復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)用渣土改良方法來克服或至少減輕上述的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種富水板巖與砂卵石復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)用渣土改良方法來克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種富水板巖與砂卵石復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)用渣土改良方法，通過刀盤面板加注通道和刀盤前方各輻臂上的注入孔，采用泡沫拌合發(fā)生系統(tǒng)向渣土加注高濃度泡沫。
[0015]優(yōu)選地，所述高濃度泡沫的添加劑由表面活性劑、穩(wěn)定劑、強(qiáng)化劑和滲透劑復(fù)配而成，且載體為水。
[0016]優(yōu)選地，所述高濃度泡沫的泡沫濃度:4 - 5% ;地層注入率(FIR):50 一 60% ;泡沫膨脹率(FER):1:14 -1:16o
[0017]優(yōu)選地，所述刀盤面板加注通道的數(shù)量是3 — 5路。
[0018]優(yōu)選地，所述注入孔的數(shù)量和位置，根據(jù)盾構(gòu)開挖半徑軌跡的遠(yuǎn)近和刀盤輻臂的角度均勻選擇。
[0019]本發(fā)明提供了一種富水板巖與砂卵石復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)用渣土改良方法，該方法具有以下有益效果:1.封閉開挖面和拱部地層，減少脫空坍塌，控制沉降；提高渣土的止水性，降低開挖面透水性，減少地下水對(duì)開挖面和拱部地層的沖蝕影響，保持開挖面自穩(wěn)性；
2.增加渣土可排性，減少粘附，防止結(jié)泥餅，降低刀盤開挖扭矩和螺旋輸送機(jī)扭矩；3.實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具、螺旋的潤(rùn)滑和冷卻，減少砂卵石對(duì)刀具和螺旋的磨。該方法改善了盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，提高了掘進(jìn)效率，并且改善了渣土的不良狀態(tài)，提高其流動(dòng)性，以利于建立土壓平衡效果。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在本發(fā)明一寬泛實(shí)施例中，一種富水板巖與砂卵石復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)用渣土改良方法，通過刀盤面板加注通道和刀盤前方各輻臂上的注入孔，采用泡沫拌合發(fā)生系統(tǒng)向渣土加注高濃度泡沫。
[0021 ] 渣土改良材料一般有表面活性劑類(如泡沫劑)、礦物類(如粘土或膨潤(rùn)土)、高分子類(如聚合物)和其他復(fù)合添加材料。其加注位置一般為分布在刀盤面板、土倉隔板和螺旋機(jī)筒體上的注入孔，其材料選取和加注方法應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)地層的特征和盾構(gòu)設(shè)備能力和配置特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，一般對(duì)于復(fù)雜地層宜采取復(fù)合添加，多途徑注入的原則，即選取兩種以上添加劑材料，在刀盤、土倉和螺旋機(jī)處選擇合適的孔位，按照合理的分配路徑，依照各自添加系統(tǒng)和途徑，同時(shí)組合注入，以取得較好的改良效果。
[0022]高濃度泡沫是由多種表面活性劑、穩(wěn)定劑、強(qiáng)化劑和滲透劑等復(fù)配而成的，載體為水。作為發(fā)泡液主要成分的表面活性劑，是由聚合而成的長(zhǎng)鏈分子構(gòu)成的，含有憎水基和親水基，可以起到滲透、乳化、發(fā)泡、減摩等作用效果。在工作過程中與水混合，通過壓縮空氣，經(jīng)泡沫發(fā)生裝置，使液體膨脹產(chǎn)生泡沫，注入到盾構(gòu)刀盤、土倉和螺旋輸送機(jī)內(nèi)，以進(jìn)一步改善開挖面土體的物理和力