土压平衡盾构法施工渣土改良试验方案
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。
土压平衡盾构在复合地层中渣土性质试验与改良技术研究
大直径盾构隧道施工渣土改良技术
大直径盾构隧道施工渣土改良技术摘要：目前国内各台盾构机的使用工况，不难发现土质改良技术应用的好坏，对降低工程造价、提高工程施工进度都有着决定性的作用，通过在长株潭城际铁路Ⅱ标树木岭隧道树香区间S660盾构施工标段进行了一系列现场测试试验，验证了本文所配制的盾构泡沫剂的性能满足现场施工的需要。
关键词：盾构渣土改良总推力土压推进速度目前我国所应用的盾构机类型主要为土压平衡式盾构，其特点是用开挖出的土砂作为支撑开挖面稳定的介质，因此要求作为支撑介质的土砂具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等特点[1]。
由于一般土壤不能完全满足这些特性，所以要进行改良，其技术要点是在刀盘前部和泥土仓中注入水、膨润土泥浆、粘土、聚合物或泡沫等混合添加材料，经强力搅拌，改善开挖的土砂塑性和流动性，降低渣土的透水性。
渣土改良系统已成为盾构法施工的一个重要组成部分，对盾构法隧道施工的发展有着深远的影响[2]。
长株潭城际铁路Ⅱ标树木岭隧道树香区间S660盾构施工区域地质资料及其现场勘察表明，包括粉土、粉质粘土和泥质粉砂岩等地层，主要地层为中风化、弱风化泥质粉砂岩，本项目采用的是土压平衡盾构机。
因本工程采用土压平衡盾构施工，穿越段地质为泥质粉砂岩，为使进入土仓的渣土具有较好的流动性，降低渣土的粘度和土仓内的温度，选择泡沫剂对渣土改良是不二之选，通过及时向土仓内注入一定量的水和泡沫，具有防止刀盘前部形成泥饼和刀具磨损，确保盾构正常掘进从而降低铁路沉降风险的作用。
图1 泡沫发生原理图在盾构机推进过程中，其泡沫注入系统可以根据地质条件的需要对泡沫剂溶液的浓度、发泡倍率和气泡掺入比进行控制，以达到改善不同开挖土层的目的[3]。
其中盾构推力、推进速度、总扭矩变化分析如图2、3和4所示。
图2 盾构总推力变化图通过图2分析可得知：与试验前的几米相比较还是处于相对较小的值，然后盾构推力呈现出逐渐减小的趋势。
根据盾构推力变化的曲线可以发现新型泡沫还是能适当的改善盾构机推力的。
土压盾构在粘土层中的渣土改良施工工法
土压盾构在粘土层中的渣土改良施工工法土压盾构是一种应用广泛的隧道施工工法，可以有效地克服地层不稳定、水压较高等问题。
在特定的施工环境下，土压盾构也可以用于在粘土层中进行渣土改良施工工法。
本文将从前言、工法特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例等方面全面介绍土压盾构在粘土层中的渣土改良施工工法。
一、前言引入土压盾构在粘土层中的渣土改良施工工法的背景和意义。
二、工法特点介绍土压盾构在粘土层中渣土改良的特点，包括渣土改良的效果、施工速度快、施工安全性高等。
三、适应范围详细阐述土压盾构渣土改良施工工法适用的地质条件和范围，如粘土层的稳定性要求、水压情况等。
四、工艺原理通过对施工工法与实际工程之间的联系、采取的技术措施进行具体的分析和解释，让读者了解该工法的理论依据和实际应用。
包括土压盾构的结构和工作原理，以及渣土改良的基本原理和方法。
五、施工工艺对土压盾构在粘土层中渣土改良施工工法的各个施工阶段进行详细的描述，包括前期准备工作、渣土挖掘与处理、渣土改良、土压盾构推进等。
六、劳动组织介绍土压盾构渣土改良施工工法的劳动组织方式，包括施工人员的分工与配备、施工流程的安排等。
七、机具设备详细介绍土压盾构渣土改良施工工法所需的机具设备，包括土压盾构机、渣土处理设备等，介绍其特点、性能和使用方法。
八、质量控制对土压盾构渣土改良施工工法的质量控制方法和措施进行详细介绍，包括材料的选择与监控、施工质量的检验等，以确保施工过程中的质量达到设计要求。
九、安全措施介绍施工中需要注意的安全事项，特别是对施工工法的安全要求，包括人员安全、设备运行安全等，让读者清楚地了解施工中的危险因素和安全措施。
十、经济技术分析对土压盾构渣土改良施工工法的施工周期、施工成本和使用寿命进行分析，以便读者进行评估和比较。
十一、工程实例列举具体的工程实例，介绍该工法在实际工程中的应用和效果。
土压平衡盾构施工穿越砂层渣土改良试验研究
基金项 目： 陕 西 省 科 技 攻 关 计 划 项 目（ ２ ０ １ １ ｋ ｌ ０ —２ ０ ） ； 包 头 市 科 技 计 划 项 目（ ２ ０ １ １ ｘ １ ０ ０ ６ ； ２ ０ １ ２ ｘ １ ０ ０ ２ ） 作者 简介： 胡长 明（ １ ９ ６ ３ 一 ） ， 男， 教授 ， 博 士研 究 生导 师 ， 博 士， 从 事 土 木工 程 施 工 与 管 理 研 究 ．
２ ． １ ４ 粉质粘土
工 的优化泡沫掺入比． 然而 ， 采用发泡剂作为改 良剂 虽然效果较 为理想 ， 但容 易造成 污染 ， 高效无 污染 发泡剂 又不能节 约成本． 同时对于细粒含量少 的土体 ， 透水性 高 的土 体发泡 剂改 良效 果 并不理想． 膨润土泥浆作为 另外一种 常用 的改 良剂 能够较好 的 节约成本 ， 但又没有合理的掺入比规定． 本文 针对 土压 平衡 盾 构 穿 越 砂 性 土 层 时 遇 到 的技 术 难 题， 采 用膨 润 土作 为 改 良剂 ， 进 行 室 内渣 土 改 良试 验 ，得 出
土压平衡 盾构 主要 适用于粘性 土地层开挖 ， 在穿越砂 土地层 时 ， 由于砂层 渣 土流塑性 差 ， 摩擦 系数 大 ，
强度高 ， 盾构 机推力大 大增加 ， 出土不 易 ， 刀盘 扭矩 、 螺旋输送 机扭 矩增 大 ， 降低 掘进速 度甚 至无法 推进． 同 时在砂层 中， 盾 构机 刀盘升温快 ， 刀盘及螺旋磨 损较大 ， 这些 问题导致 土压平衡盾构 在砂层 中掘进 困难． 针对以上 问题 国内外应用较多的是掺入改 良剂 ， 改善砂层特性． 朱 伟口 等对盾 构用气泡 的性 能及对开挖 土体改 良效果影响进行研究 ， 得 出 了气 泡改 良开挖土体 的主要 影 响因素 ； 宋克志［ ２ 等对泡沫技术进行 了试 验研究 ， 并进行 了现
土压平衡盾构法施工渣土改良试验方案
土压平衡盾构法施工渣土改良试验方案1、试验目的(1)按照泡沫的要求(如半衰期、发泡倍率等)发出合适的泡沫，并评价泡沫的性质。
研究气泡性能与发泡液浓度和气体流量、气体压强及液体流量的关系，为土压平衡盾构渣土改良提供合适的泡沫。
(2)根据改良土体的需求配制合适的泥浆，并试验泥浆的性能。
对试验结果与数据处理，研究泥浆漏斗粘度、比重、PH值与纯碱、CMC、膨润土添加量的关系，为土压平衡盾构渣土改良提供合适的泥浆。
(3)在几类典型地层的盾构施工中，总结满足盾构施工土体性能所要求的土体含水量、泡沫注入率、泡沫浓度、泥浆注入率、泥浆浓度等参数指标。
(4)通过坍落度试验、搅拌试验、LCPC磨擦试验、盾构模型试验综合评价土样经过不同添加剂改良后的性能，最终得到土压平衡盾构施工优化添加剂配比方案。
(5)根据地区地层的土层特性，采用合适的添加剂（如泥浆和泡沫等添加剂）进行渣土改良，并明确以下容：泡沫稳定性及注入率对改良土流动性的影响；不同浓度的泥浆和不同泥浆注入量对改良土体流塑性的影响；泡沫和泥浆共同改良土体各自发挥的作用以及交互作用的影响。
2、试验装置及试验步骤(1)泡沫试验[1] [2]本次试验装置如图1、2所示，本试验使用的盾构用泡沫的发生装置及衰落度测试仪器是由龚秋明课题组设计制造。
使用该套试验装置能快捷的制造出发泡倍率及稳定性不同的泡沫，该仪器设备经测试参数定位精确、性能稳定、试验操作方便。
试验步骤如下：①.启动空气压缩机，关闭气体开关和发泡液容器的出口开关，按照发泡溶液浓度称取一定的水和发泡原液，将水和发泡原液注入发泡液容器并搅拌均匀；②.打开溶液罐的出口开关和液体开关，启动增压泵（保证液体充满增压泵部），调整液体开关使得液体流量和压强到设定值；③.待空气压缩机储气罐中气体达到8bar时，打开气体开关，调整开关使得气体流量和压强为设定值，收集生产的泡沫；④.将衰落筒壁用水湿润，然后放到电子天平上，置零；⑤.将生产出来的泡沫注入衰落筒，注满后开动秒表，关闭液体增压泵和气体开关；⑥.将装满泡沫的衰落筒放在电子天平上，读取泡沫的质量mf；⑦.把衰落桶迅速放到三角架上，然后把量筒放到三角架下方的电子天平上，置零，使衰落筒液体流出口对准量筒的中心（第6、7步为测量泡沫半衰期的关键步骤，为了提高试验的准确性，这两个步骤尽量在30秒完成）；⑧.记录量筒液体每增加5g时所用的时间，直至量筒液体接近泡沫质量为止，整理数据求得泡沫的半衰期t1/2；⑨.清洗衰落桶，以备下次试验；⑩.至少进行三次平行试验，取泡沫发泡倍率和半衰期的平均值作为最终试验值。
土压平衡盾构施工中渣土改良技术的应用
土压平衡盾构施工中渣土改良技术的应用摘要：近年来，我国的工程建设越来越多，土压平衡盾构施工越来越多，在土压平衡盾构施工中，渣土改良技术的应用越来越广泛。
渣土改良效果的优劣是土压平衡盾构能否正常掘进的重要影响因素之一，不同的渣土改良方法对盾构推力、扭矩、地表沉降控制等产生不同结果。
为了进一步提高土压平衡盾构机施工的适应性，可对其渣土改良技术开展相应的研究，本文首先分析了常用渣土改良剂及特性，其次探讨了盾构机在砂卵石地层中掘进时可能出现的不利情况，最后就土压平衡盾构渣土改良精细化控制进行研究，以供参考。
关键词：土压平衡盾构；渣土改良；试验引言土仓内渣土改良是土压平衡盾构隧道工法的重要技术环节，渣土的改良效果直接影响着开挖面的稳定性和土仓内渣土的运输状态。
和易性是改良渣土的重要特性之一，反映了渣土自身的流动特征，改良渣土和易性差极易诱发刀盘扭矩大且磨损严重、千斤顶推力大、土体饼化堵仓、喷涌等问题，进而导致掌子面支护压力不足、甚至塌方等一系列事故。
因此，有必要针对改良渣土的和易特性及其评价指标进行深入研究。
1常用渣土改良剂及特性土压平衡盾构渣土改良所用改良剂多为泡沫、膨润土、聚合物等一种或几种材料的组合，并通过使用量的调整使盾构切削下来的渣土具有良好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩擦力。
如一般黏土地层中多使用泡沫剂、分散剂、水组合作为改良剂，砂卵石地层多使用膨润土作为改良剂，岩石地层多使用泡沫剂、水作为改良剂，富水砂、砂砾地层多使用膨润土、聚合物为改良剂。
2盾构机在砂卵石地层中掘进时可能出现的不利情况(1)当砂卵石地层处于无水状态时，由于沙粒相互咬，内部摩擦就会发生，土壤流动性差，土仓填土时，随着渣土量的增加刀盘扭矩随即增大，导致仓土排出不良，严重情况下，刀盘泥饼现象，直接影响盾构掘进。
(2)无水砂卵石地层中未改良渣土的流动塑性较差，造成掘进过程中刀盘扭矩增大，盾构机的推力也随及增大，刀盘刀具因摩擦阻力增大而产生较多的热量，从而加剧刀具的磨损，同时其磨损加剧影响着盾构机的工作性能和传动效率。
盾构在富水含砂层中掘进施工的渣土改良技术措施
盾构在富水含砂层中掘进施工的渣土改良技术措施摘要：土压平衡盾构法施工因其良好的适应性和安全性等优点，在地铁隧道、大型地下通道等基础设施建设中得到了广泛的应用。
然而，在富水砂层中，土压平衡盾构机掘进施工普遍存在螺旋机喷涌、摩阻力大、推力波动大等难点，影响施工质量并带来较大安全风险。
为解决这个问题，本文过项目实例中上海地区砂性土地质特点，通过合理使用适当比例的高分子聚合物对渣土进行改良，改善盾构施工参数、有效控制喷涌，使盾构法在富水砂性土层中掘进顺利实施。
关键词：盾构法、富水砂层、渣土改良0、引言土压平衡盾构机在富水含砂地层中施工有较大的风险，如处理不当，不仅会出现螺旋机喷涌造成涌水、涌砂工程事故，破坏既有隧道结构，同时，将大大缩减盾构机的使用寿命。
在该地层中掘进须对渣土性能进行改良，控制渣土流塑性满足出土要求。
随着盾构法施工配套技术的逐渐完善，渣土的管理和改良对改善盾构机在不良地层（特别是富水砂层）中推进性能的作用，越来越引起工程建设者们的重视。
1工程概况1.1、项目概况硬X射线自由电子激光装置项目主要由长约3.2km地下隧道、5个竖井及竖井附近的地面设施组成。
其中，一号井至二号井区间隧道里程范围SK0+000.000~SK1+430.000，长度1430m，隧道内径φ6300mm、外径φ7000mm。
采用一台直径φ7200土压平衡盾构机掘进施工，隧道最大纵坡为0.02％，顶覆土厚度26.0~32.4m。
图1项目平面布置图1.2、工程地质情况区间隧道主要位于⑦1草黄色砂质粉土，该土层主要力学性能参数为：含水量27.5%、重度19.0KN/m3、孔隙比0.778、地基承载力特征值418kPa、渗透系数Kv=4.21E-04cm/s。
⑦1草黄色砂质粉土为上海第一承压含水层，透水性强，在一定动水压力作用下易产生流砂现象。
图2盾构穿越富水含砂层地层图1.3、难点分析⑦1草黄色砂质粉土为承压水层，在水动力作用下，易产生流砂、管涌、坍塌等现象。
土压平衡盾构的渣土改良
第三
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渣土改良的目的
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第四
防止开挖的渣土黏结刀盘而产生泥饼
防止螺旋输送机排土时出现喷涌现象
第五
第六
降低刀盘扭矩和螺旋输送机的扭矩，同时 减少对刀具和螺旋输送机的磨损，提高盾 构的掘进效率
矿物类添加剂（也称泥材），主要包括膨润土、 粘土、陶土等天然矿物。目的是补充土体的微、 细粒组分，使土体的内摩擦角变小，提高土体的 流动性和止水性。矿物类添加剂主要是泥浆的形 式，其浓度和注入量根据开挖土的级配、不均匀 系数等确定
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矿物类添加剂
高分子聚合物的作用原理
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当可溶聚合物或部分可溶聚合物加入混合土体 中，聚合物因吸水而膨胀，使得混合土体变得 “干燥”，防止发生喷涌。
流塑状态可保证土 体受到挤压时向螺 旋输送机内发生塑 性流动，而顺利完 成排土，就是所谓 的“挤牙膏”效应
只有压力舱的土体 具有足够的不透水 性，才能保证维持 开挖面上的水压力 ，同时也能防止排 土口发生“喷涌”现 象
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添加剂种类
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此材料是粘稠性的高分子类水溶性聚合物，此类 添加剂可以把砂颗粒间隙中的自由水挤走。负离 子类乳胶添加剂可在砂颗粒与水之间形成絮状凝 聚物，使其发生粘结，可以减小内摩擦角，提高 流动性
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表面活性材料
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润滑作用 表面张力的减小增加了润滑作用，由于结合水的 流动使得原先被结合水束缚的土颗粒可以自由流 动，如图所示
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泡沫的作用原理
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静电排斥作用，使得由静电力结合的土粒分开 表面活性剂吸附在土体内的微小裂缝的表面，增 加裂缝的深度，减弱微小裂缝愈合的能力，增强 扩散能力，并使得土颗粒带有相同的电荷而相互 排斥
盾构施工渣土改良专项方案
编制依据（1）隧道施工图（2）铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008）（3）公司《质量管理体系-要求》（GB/T19001-2000）一、工程概况本工程盾构区间总长度3566.5m，附属工程包括7个联络通道、2个防淹门、12个洞门。
盾构区间采用德国进口的两台直径8.84米的海瑞克土压平衡盾构机进行施工。
二、工程地质条件和水文地质条件2.1地形地貌本线地处广东省中部，沿线经过珠江三角洲海陆交互沉积平原区，地形平坦，地面高程多为0～10m，仅佛山西站附近有零星剥蚀残丘分布，高程10～20m。
区内道路纵横，水网发达，河流纵多，主要河流有汾江、东平水道、吉利涌、潭洲水道、陈村水道等，均为通航河道。
2.2工程地质条件（1）洞身地层本标段区间盾构隧道范围地层岩性按成因和时代分类主要有：第四系人工填土层<1-1>；第四系全新统海陆交互沉积层<2-1>、<2-2>、<3-1>、<3-2>、<3-3>、<3-4>、<4-1>；第四系全新统残积层<5>；白垩系下统基岩<7-1>、<7-2>、<7-3>。
在里程DK31+439~DK32+260洞身范围地层主要为上软下硬，上部为砂层或全风化或强风化砂质泥岩、砂岩W4、W3（821m）；里程DK32+260~DK34+500洞身范围地层主要为弱风化砂质泥岩、砂岩W2（2240m）；里程DK34+500~DK35+005.5洞身范围地层主要为上软下硬，上部为强风化砂质泥岩、砂岩W3，下部为弱风化砂质泥岩、砂岩W2（500.5m）。
（2）洞身地层分布统计根据目前提供的地质断面图，隧道洞身地层统计如下表所示：全风化砂质泥岩、砂岩W4：灰色，棕红色，原岩结构已经破坏，岩芯呈土状，水浸易软化崩解。
强风化砂质泥岩、砂岩W3：棕红色、深灰色，泥质、铁质胶结，裂隙很发育，岩芯呈碎块状、局部短柱状，锤击易碎。
盾构施工渣土改良专项方案
盾构施工渣土改良专项方案一、目的1.环保要求：盾构施工是一种地下工程施工方法，会产生大量的渣土，如果随意丢弃或不加以处理，会对周边环境造成严重的污染，影响生态平衡和人类健康。
因此，盾构渣土改良的首要目的是保护环境，达到环保要求。
2.资源再利用：通过对盾构渣土进行改良处理，可以使其具备再利用的条件，降低资源消耗和对原材料的需求，实现资源的高效利用。
二、方法1.分类处理：根据盾构渣土的性质和成分不同，可以采用不同的处理方法。
常见的渣土处理方法有填埋、固化、浸泡、焚烧等。
对于含有有机物的渣土，可以采用填埋的方法处理；对于有害物质含量较高的渣土，可以通过固化的方法进行处理，使其达到无害化要求；对于具有再利用价值的渣土，可以通过浸泡和焚烧的方法进行处理。
2.改良处理：对于无法直接处理的盾构渣土，可以通过改良处理的方式，将其转化为可利用的资源。
改良处理的方法有物理改良和化学改良两种。
物理改良主要是通过筛分、过滤、磁选等物理过程，将渣土中的杂质和有害物质去除，提高渣土的质量；化学改良则是通过添加化学药剂，改变渣土的结构和性质，提高其工程性能。
三、技术1.筛分技术：通过筛分设备对渣土进行分级处理，去除其中的大颗粒杂质，并按照粒径大小进行分级，以便于后续的改良处理和再利用。
2.固化技术：通过添加固化剂，将盾构渣土中的有害物质固化成无毒、无害的块状物质，以达到无害化的目的。
常用的固化剂有水泥、石灰等。
3.浸泡技术：将盾构渣土浸泡在适当的溶液中，通过浸泡溶液的化学反应，将渣土中的有害物质溶解或转化成无害物质，提高渣土的环境适应性和工程性能。
4.焚烧技术：将盾构渣土进行热处理，利用高温炉将渣土中的有机物燃烧，将有害物质转化成无害的气体和灰渣，以实现无害化处理。
盾构施工渣土改良是保护环境、实现资源再利用的重要手段。
通过合理选择和运用不同的改良方法和技术，可以有效地处理和利用盾构渣土，降低对环境的影响，实现可持续发展。
近年来，随着环保意识的增强和技术的发展，盾构施工渣土改良得到了广泛应用和推广，对推动地下工程可持续发展发挥了积极作用。
盾构施工渣土改良方法
在广州和成都的强风化 泥岩，西安的粘土地质 发生较多；
在广州的复合地质，成 都等砂卵石地质，南昌 的中粗砂地质发生较多
四、渣土改良方法
石块（除强中风化 以外的泥岩）、砂、 卵石、砾石等用 聚合型泡沫剂 强中风化以外 渣土没有粘性 的泥岩、粘土
膨润土
1、正确 选用渣土 改良材料
渣土有粘性的
分散型泡沫
聚合型泡沫剂 透水性强的地质Biblioteka 膨润土高分子聚合物
最常用的 渣土改良 材料 泡沫剂原液 2、泡沫 的使用 水
四、渣土改良方法
泡沫剂质 量 泡沫 关 键
压缩空气
合理调 配 单个泡沫的直 径为3～5mm 巴斯夫 康达特 国际知名 品牌
泡沫的合 理配比
混合液浓度
混合液中泡沫剂的百分比，通 常混合液浓度调整在3%～5%
不加 泡沫 剂
[(刀盘驱动945KW*85%)+推进75KW+螺旋输送机200KW+同步注浆 25KW+皮带机25KW+空压机55KW]*(80分钟/60) *1元/度=1577.67 元 200环换整盘刀约150万元，消耗7500.00元/环
五、经济效益
结论
土压盾构掘进针对不同地质合理地进行渣 土改良有利于地面沉降控制、减少刀具刀 盘磨损、提高掘进速度、节能增效；复杂 地质长距离掘进良好的渣土改良可避免刀 盘严重磨损后耗时几个月进行刀盘维修的 情况发生；盾构下穿建筑物时因采取了良 好的渣土改良使得螺旋输送机排土顺畅土 仓压力控制精准可避免建筑物损坏。良好 的渣土改良对于土压平衡盾构掘进的经济 效益和社会效益都是非常有益的。
盾构施工渣土改良方法
一、渣土改良的概念
改良剂 刀盘上 的喷口 刀盘 面上 减轻刀具和刀盘磨损以及 防止刀盘结泥饼
土压平衡模式盾构掘进渣土改良
土压平衡模式盾构掘进渣土改良发表时间：2017-09-12T10:06:04.927Z 来源：《基层建设》2017年第13期作者：游光文[导读] 摘要：渣土改良是盾构掘进的重要措施，在不良地质条件下通过良好的渣土改良能有效改善渣土的流塑性、增加渣土的阻水性中交天和机械设备制造有限公司江苏常熟 215500 摘要：渣土改良是盾构掘进的重要措施，在不良地质条件下通过良好的渣土改良能有效改善渣土的流塑性、增加渣土的阻水性、减小渣土摩擦性，从而减小掘进扭矩、延长刀具和刀盘使用寿命、使螺旋输送机出土顺畅降低喷涌的发生及有利于控制地面沉降，对于土压平衡模式盾构掘进非常重要。
关键词：流塑性；阻水性；摩擦性引言不良地质土压平衡模式盾构掘进时，易出现刀具和刀盘磨损严重、刀盘结泥饼、土仓压力控制困难造成地面沉降超标、螺旋输送机出土口喷涌的问题，影响盾构掘进进度，严重时造成地面塌陷建筑物损坏。
良好的渣土改良可有效地保护盾构设备，避免盾构掘进中非正常情况的发生，使盾构掘进安全可控，从而加快施工进度，提高经济效益。
正文土压平衡盾构掘进的平衡原理是以土仓内渣土的土压力来平衡刀盘前方的土体压力以实现刀盘前方地面沉降的控制，因此土仓内充满了渣土。
不同地质渣土的流塑性、粘性、摩擦性各不相同，在盾构施工中表现出来的问题也不相同，现将具有代表性地质在盾构掘进中的问题归纳如下：石英岩、花岗岩、玄武岩、砂岩等具有高石英含量，被盾构滚刀碾压破碎为棱角的石块，这些石块在刀盘前方对刀具和刀盘产生磨损，在土仓内对滚刀产生二次磨损以及对土仓隔板产生磨损，并且土仓内石块间的内摩擦角很大使得刀盘转动的扭矩很大。
如果岩层具有裂隙水，土仓内易产生水压造成螺旋输送机出口喷涌。
泥岩泥岩中含有大量的粘性物资，被盾构滚刀碾压成块和细小颗粒，细小颗粒中的粘性物资容易粘附在刀盘上逐渐在刀盘上产生泥饼，使刀盘的挖掘功能大大降低。
砂卵石具有高石英含量，在刀盘前方对刀具和刀盘产生磨损，在土仓内对滚刀产生二次磨损以及对土仓隔板产生磨损，并且土仓内石块间的内摩擦性很大使得刀盘转动的扭矩很大。
盾构施工渣土改良专项方案
编制依据（1）隧道施工图（2）铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008）（3）公司《质量管理体系-要求》（GB/T19001-2000）一、工程概况本工程盾构区间总长度3566.5m ，附属工程包括7个联络通道、2 个防淹门、12 个洞门。
盾构区间采用德国进口的两台直径8.84 米的海瑞克土压平衡盾构机进行施工。
二、工程地质条件和水文地质条件2.1地形地貌本线地处广东省中部，沿线经过珠江三角洲海陆交互沉积平原区，地形平坦，地面高程多为0～10m，仅佛山西站附近有零星剥蚀残丘分布，高程10～20m。
区内道路纵横，水网发达，河流纵多，主要河流有汾江、东平水道、吉利涌、潭洲水道、陈村水道等，均为通航河道。
2.2工程地质条件（1）洞身地层本标段区间盾构隧道范围地层岩性按成因和时代分类主要有：第四系人工填土层＜1-1＞；第四系全新统海陆交互沉积层＜2-1＞、＜2-2＞、＜3-1＞、＜3-2＞、＜3-3＞、＜3-4＞、＜4-1＞；第四系全新统残积层＜5＞；白垩系下统基岩＜7-1＞、＜7-2＞、＜7-3＞。
在里程DK31+439~DK32+260洞身范围地层主要为上软下硬，上部为砂层或全风化或强风化砂质泥岩、砂岩W4、W3（821m）；里程DK32+260~DK34+50洞0 身范围地层主要为弱风化砂质泥岩、砂岩W2（2240m）；里程DK34+500~DK35+005.5洞身范围地层主要为上软下硬，上部为强风化砂质泥岩、砂岩W3，下部为弱风化砂质泥岩、砂岩W2（500.5m）。
（2）洞身地层分布统计根据目前提供的地质断面图，隧道洞身地层统计如下表所示：表隧道地层统计（3）岩层特性全风化砂质泥岩、砂岩W4：灰色，棕红色，原岩结构已经破坏，岩芯呈土状，水浸易软化崩解。
强风化砂质泥岩、砂岩W3：棕红色、深灰色，泥质、铁质胶结，裂隙很发育，岩芯呈碎块状、局部短柱状，锤击易碎。
弱风化砂质泥岩、砂岩W2：棕红色、深灰色，泥质、铁质胶结，中厚层状构造，裂隙稍发育，岩芯呈短柱状、柱状。
土压平衡盾构渣土环保处理施工工法
土压平衡盾构渣土环保处理施工工法一、前言土压平衡盾构渣土环保处理施工工法旨在解决盾构施工中产生的大量渣土的处理和处置问题。
随着城市地下空间的建设和发展，盾构施工作为一种高效的隧道开挖技术，得到了广泛应用。
然而，盾构施工中产生的大量渣土的处理和处置却成为了一个亟待解决的问题。
为了保护环境和节约资源，研发了土压平衡盾构渣土环保处理施工工法，该工法在处理大量渣土的同时，能够保证施工过程的安全和质量。
二、工法特点土压平衡盾构渣土环保处理施工工法的主要特点有：1. 高效减量：该工法通过对渣土进行处理和分类，将可重新利用的渣土进行回收，极大地减少了渣土的产生量，实现了对资源的高效利用。
2. 环保低碳：采用土压平衡盾构技术，施工过程中不会产生明显的噪音和震动，减少了对周边环境的影响，保护了生态环境。
3. 安全可控：工法中采取了严格的施工控制措施和安全保护措施，确保了施工过程的安全可控性，降低了施工风险。
4. 质量可靠：工法中对施工质量进行详细控制和检测，确保了施工过程的质量可靠性，保证了项目的建设质量。
三、适应范围土压平衡盾构渣土环保处理施工工法适用于各类隧道和管道工程的盾构施工中，特别适用于那些渣土输出难度较大、渣土资源潜力较大的地区。
例如在城市中心地区、河流和湖泊旁边等环境敏感区域的隧道和管道工程。
四、工艺原理该工法采取了一系列技术措施来处理和处置渣土。
主要包括渣土的分类、回收和利用。
在施工过程中，将渣土进行合理的分级和分拣，将可回收的渣土进行回收和再利用，从而减少了对原生地下土壤的破坏和对自然生态环境的影响。
五、施工工艺1. 渣土分类：将产生的渣土按照粒径和性质进行分类和分拣，并对可回收的渣土进行标识和保护。
2. 渣土回收：对可回收的渣土进行回收和再利用，例如作为填料材料、地基改良材料等方面的应用。
3. 渣土处理：对不可回收的渣土进行处理和处置，采取合适的方式进行填埋、堆场处理等。
六、劳动组织在施工过程中，需要组织专业的施工队伍，并进行合理的岗位分工和人员配备，以确保施工过程的顺利进行。
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土压平衡盾构法施工渣土改良试验方案1、试验目的(1)依据泡沫的要求(如半衰期、发泡倍率等)发出合适的泡沫，并评价泡沫的性质。
讨论气泡性能与发泡液浓度和气体流量、气体压强及液体流量的关系，为土压平衡盾构渣土改良供应合适的泡沫。
(2)依据改良土体的需求配制合适的泥浆，并试验泥浆的性能。
对试验结果与数据处理，讨论泥浆漏斗粘度、比重、PH值与纯碱、CMC、膨润土添加量的关系，为土压平衡盾构渣土改良供应合适的泥浆。
(3)在几类典型地层的盾构施工中，总结满意盾构施工土体性能所要求的土体含水量、泡沫注入率、泡沫浓度、泥浆注入率、泥浆浓度等参数指标。
(4)通过坍落度试验、搅拌试验、LCPC磨擦试验、盾构模型试验综合评价土样经过不同添加剂改良后的性能，最终得到土压平衡盾构施工优化添加剂配比方案。
(5)依据北京地区地层的土层特性，采纳合适的添加剂(如泥浆和泡沫等添加剂)进行渣土改良，并明确以下内容：泡沫稳定性及注入率对改良土流淌性的影响；不同浓度的泥浆和不同泥浆注入量对改良土体流塑性的影响；泡沫和泥浆共同改良土体各自发挥的作用以及交互作用的影响。
2、试验装置及试验步骤(1)泡沫试验川⑵本次试验装置如图1、2所示，本试验使用的盾构用泡沫的发生装置及衰落度测试仪器是由龚秋明课题组设计制造。
使用该套试验装置能快捷的制造动身泡倍率及稳定性不同的泡沫，该仪器设施经测试参数定位精确、性能稳定、试验操作便利。
试验步骤如下：①.启动空气压缩机，关闭气体开关和发泡液容器的出口开关，依据发泡溶液浓度称取肯定的水和发泡原液，将水和发泡原液注入发泡液容器并搅拌匀称；②.打开溶液罐的出口开关和液体开关，启动增压泵(保证液体布满增压泵内部)，调整液体开关使得液体流量和压强到设定值；③.待空气压缩机储气罐中气体达到8bar时，打开气体开关，调整开关使得气体流量和压强为设定值，收集生产的泡沫；④.J等衰落筒内壁用水潮湿，然后放到电子天平上，置零；⑤.招1生产出来的泡沫注入衰落筒，注满后开动秒表，关闭液体增压泵和气体开关；⑥.将装满泡沫的衰落筒放在电子天平上，读取泡沫的质量mf ;⑦.把衰落桶快速放到三角架上，然后把量筒放到三角架下方的电子天平上,置零，使衰落筒液体流出口对准量筒的中心(第6、7步为测量泡沫半衰期的关键步骤，为了提高试验的精确性，这两个步骤尽量在30秒内完成);⑧.纪录量筒内液体每增加5g时所用的时间，直至量筒内液体接近泡沫质量为止，整理数据求得泡沫的半衰期tl/2；⑨.清洗衰落桶，以备下次试验；⑩.至少进行三次平行试脸，取泡沫发泡倍率和半衰期的平均值作为最终试验值。
1-发泡液容器2-容器开关3-液体开关4.气体开关5-液体流量计6-气体流量计7-液体压力计8.气体压力计9-混合器10・增压泵11-发泡器12-空气压缩机图1盾构用泡沫的室内发泡装置1-衰落桶2・三角架3-量筒4-电子天平图2衰落度测试仪器(2)泥浆试验⑶泥浆制备及测试装置如图3、4、5所示，包括泥浆桶、电动机、推车、搅拌叶片等，泥浆桶固定在推车面板上，底部留有直径3cm的泥浆排出管。
本试验主要目的是制备适合改良土体的各种泥浆，以泥浆的漏斗粘度、比重和PH值为试脸指标通过正交试验制备合适的泥浆。
泥浆制备和试验步骤如下：①.按设定的泥浆浓度称取膨润土和水，放入泥浆桶内，启动电动机搅拌泥浆直到搅拌匀称。
为了更好发挥膨润土泥浆功效，静置24小时后使用；②.用乳胶吸水球吸取少量泥浆滴在PH试纸上，测试泥浆PH值，必要时可添加泥浆改良剂，如纯碱；③.先测试清水的漏斗粘度，用左手食指堵住泥浆粘度计漏斗管口，用量杯量取700mL清水倒入漏斗中，右手握秒表，在放开左手食指的同时按动秒表，使清水流入量杯500mL的一端，当清水流满时，马上停止秒表，并用食指堵住管口，读取秒表tw。
然后用同样的方法测试泥浆的漏斗粘度，读取秒表ts ;④.泥浆杯中注满清水，加盖后擦净溢出的水，将秤杆的刀口放在支架的刀□座里，将游码置于 1.0处，通过增减平衡重容器内的钢珠调平泥浆比重计，使水准气泡处于正中。
同样的方法向泥浆杯中注入泥浆，拨动游码，使秤杆水平（水准器气泡位于正中），纪录游码在秤杆上所指的刻度值，此值即为泥浆的比重Yn；⑤.清洗泥浆粘度计和比重计，以备下次试验；⑥.至少进行三次平行试验，分别取泥浆比重、泥浆漏斗粘度和PH值的平均值即为最终试验值。
1-推车2-泥浆桶3-电动机4-搅拌叶片5-电动机变速器图3泥浆制备装置1006型泥浆漏斗粘度计是常用的一种测量泥浆粘度的仪器，由漏斗、量杯、滤网等组成，如图4所示，泥浆粘度由漏斗中流出500ml泥浆所需的时间来表示。
1-漏斗2-滤网3-量杯4-水桶图4 1006型泥浆漏斗粘度计NB-1型泥浆比重计，由支架、泥浆杯、杆杆、游码、平衡重容器等组成,如图5所示，秤杆刻度范围为1.0~2.0,其测量精度为0.01。
1-泥浆杯2-杼杆3-游码4-平衡容器5-支架≡5NB-1型泥浆比重计（3）坍落度试验⑷卜⑹坍落度试验装置主要包括磅秆（量程50kg,精度1g）、坍落度筒、钢板（尺寸为600mmX600mm左右，表面平整）、直尺（量程500mm,最小刻度1mm）、铁铲和抹刀等。
为了适应不同颗粒大小的土样，采纳大、小两种坍落度筒（筒顶直径X筒高X筒底直径分别为：100mmX200mmX300mm和150mm×300mm×450mm）o当土体中最大颗粒直径小于40mm时，使用小坍落度筒，即标准坍落度筒；当土体中最大颗粒直径大于40mm小于60mm时，使用大坍落度筒，如图6所示。
坍落度试验操作简洁、便利快捷，广泛应用于现场盾构施工和试验室的渣土改良试验，能初步评价改良土体塑流性。
试验步骤如下：①.取大约12L 土样，称取土样质量外,烘干后放在干燥的室内冷却至室温,称量土样质量ms;②.称取重量为ml的清水，将烘干的土样和清水混合，测得含水率W1;③.依据添加剂配比方案，量取添加剂加入土样，人工拌合匀称；④.用水潮湿坍落度筒内壁，将筒放在已预备好的不吸水钢板上，用脚踩住脚踏板固定坍落度筒；⑤.将改良土体装入坍落度筒内，装满后轻压土体，用抹刀刮去多余土体并抹平，清除筒外渣土，保持坍落度筒静止一分钟；⑥.将坍落度筒缓缓垂直提起，轻放于试样旁边。
坍落度筒的提离过程应在5~10s内完成；⑦.用钢尺量出土样顶部中心与坍落度筒的高度之差，用捣棒轻小扣打坍落的土体测面测试其黏聚性，观看土样的析水状况，测量此时的含水量W2 ;⑧.清理试验后的渣土，清洗坍落度筒，以备下次试验；⑨.至少做两次平行试验，取坍落度平均值即为最终试验值。
1-把手2-脚踏板图6坍落桶(4)搅拌试验⑺⑻本试验装置如图7所示所示。
本试验可以依据不同土层选用不同直径的搅拌桶，试验过程中实时纪录搅拌过程中电动机电流随时间的变化规律，通过电流值计算搅拌叶片扭矩，讨论搅拌扭矩与不同添加剂改良土体之间的关系。
底座可以升降和水平滑动，便于试样的添加和清理，试验程序简洁、便利，具有良好的试验效果。
搅拌试验是采用搅拌装置模拟刀盘和搅拌翼板对渣土的搅拌过程，评价改良土体的搅拌性能和粘附性，为讨论刀盘扭矩、螺旋排土器扭矩的影响因素供应了一种直观有效的试验手段。
试验步骤如下：①.启动电脑，连接电流表数据采集线，打开数据采集系统；②.开动电动机，调整变速器设定适当的电动机转速力，纪录搅拌叶片空转时电流值Io,电流稳定后关闭电动机；③.预备好试脸土样，降低升降架使得底座落在底座轨道上，取出搅拌桶，放入足量土样(以土样没过搅拌叶片为宜)，然后将搅拌桶推到支架的中心位置，使得底座轮子与槽钢对齐，上升升降架，直到搅拌叶片和搅拌桶底部接触为止；④.启动电动机，纪录搅拌土样时电流I,直到电流值达到稳定后停止试验, 观看搅拌叶片上土体粘附状况，关闭电动机；⑤・降低升降架使得底座落在底座轨道上，取出搅拌桶，清理土样，以备下次试验。
1-也动机2-也流表3-也动机变速器4-传动轴5-搅拌叶片6-不锈钢搅拌桶7-底座8-升降架9-底座轨道10-槽钢框形支架图7搅拌装置（5） LCPC磨擦试验⑼磨擦试验机由电动机、传动轴、金属测试板、进料口、进料口盖、试样桶和掌握面板（包括启动开关和掌握开关）组成，如图8所示。
LCPC试验原用于岩石摩擦性测试，是常用的岩石磨损性的试验指标之一。
其试验原理接近刀具与土体及岩体作用的真实状况，可以用于土体及岩体的摩擦特性测试。
试验步骤如下：①.称取肯定量的土样，进行筛分试验，绘制颗粒继配曲线So;②.取一个金属测试板并编号，采用高精度天平（精度至少为0.01）称取重量Po,将金属测试板安装在试脸机的传动轴末端，安装好试样桶；③.将直径为10 mm以下土样筛选出来，取试样500g放入试样桶，盖好进料口盖；④.将掌握面板上的掌握开关置于5min档位，按下启动开关按钮，待试验机停止后卸下试样桶，清理测试板上残留的土样，取下测试板然后称取其质量P;⑤.清理试样桶，收集试验后土样并称取质量m,然后将土样再次进行筛分试验，绘制颗粒继配曲线Si;⑥.至少做三次磨擦试验，取磨擦性指数ABR平均值即为最终值。
⑦.对改良的土体按2、3、4至少做三次摩擦试脸，取摩擦性指数ABR平均值即为最终值。
⑧.清理试样筒内的土样，以备下次试验。
1-电动机2-掌握面板3-传动轴4-金属测试板5-试样桶6-进料口7-进料口盖图8 LCPC磨擦试脸机3、试验材料(1) 土样依据调查和统计已施工隧道的工程地质及水文地质条件，依据盾构施工的特点与差异，北京地区适合室内试验的地层可分为以下五类：粉质黏土，粉土，细砂粉、细砂，中粗砂、粗砂，圆砾、卵石。
试验所用土样由钻井取得。
(2)发泡剂发泡剂是盾构施工中应用最广泛的添加剂所购买的发泡剂应具有如下优点：①润滑效果优异。
②抗渗透性强。
③能显著降低粘土的粘性。
④可生物降解，对土壤环境无污染。
发泡剂选取标准”L①.发泡倍率高发泡剂的发泡率越高，相同发泡剂溶液发出的气泡体积多，泡沫体内存留的未发挥作用的发泡剂溶液越少，发泡剂采用越充分，同时发泡率越高，说明发泡剂溶液越易发泡，对盾构机发泡装置的性能要求越低，越有利于盾构施工中气泡状态的掌握，对土体的改良效果越好。
②.泡沫稳定性好土压平衡式盾构施工时，泡沫被发泡装置发出到与开挖土混合，对土体进行改良有一个间隔时间，依据盾构机的制造工艺，这一间隔时间约为2〜3min,开挖土体从被开挖进入压力舱到排土器排出有一个时间过程，这一过程依据施工的状况不同有肯定差别，因此，盾构用气泡必需有肯定必需稳定性，才能保证与开挖土体混合之前不至气泡过度衰变破灭，与开挖土混合后，对开挖土的改良效果必需能够维持一段时间，由此，盾构用气泡需要具有肯定的稳定性才能满意盾构施工的要求。