土压平衡盾构的渣土改良
浅谈泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良试验
浅谈泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良试验摘要：泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良试验对于实践具有重要的作用，通过试验能够把握泥质粉砂岩土的最佳坍落度，以此推算出坍落度，并且最终还能够得出包括了含水率以及泡沫比在内的函数关系，充分考虑盾构施工的因素具有重要意义。
利用泥质粉砂岩地层涂鸦平衡盾构渣土改良试验能够为渣土改良提供具体的方法，而且控制效果更好，本文对此试验作了详细介绍。
关键词：泥质粉砂岩地层；土压平衡盾构；渣土改良；试验；实施；实践引言土压平衡盾构属于地铁施工中非常常见的工具，由于它具有施工速度快的特点，所以应用价值较高，而且从其影响来看，对于环境的影响相较于其他方法来讲更小，这也是其近年来比较火的原因。
土压平衡盾构施工需要被满足相关要求。
国内外对渣土改良作了许多的试验，研究确定了物理力学指标测定对渣土改良具有重要意义。
一、泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良试验1、渣土级配以及渣土的含水率结合相关研究发现，影响渣土状态的因素很多，其中渣土级配最明显。
因此实践中对于渣土的级配需要把握准确，可以通过现场调研的方式获得。
调研结果显示当渣土粒径大于20㎜的时候不影响其结泥饼。
结合统计的结果选择粒径不同但是性质相同的泥质粉砂岩渣土作为试验对象。
通过实践数据可以知道，当盾构结构应用到施工中的时候，渣土的含水率仍然处于变化的状态。
本文试验的时候选择了三组渣土作为对象，分别对他们的含水率进行了测验。
2、泡沫改良剂以及渣土改良的具体试验渣土改良中常见的有泡沫改良剂，本次试验同样选其作为对象，并对比了国内外流行的改良泡沫剂。
为了更好地记录数据和参数，针对渣土改良之后的状态设定了明确的评价指标，即坍落度。
由于这种方法比较常用而且成本较低，所以应用价值较高。
坍落度这一评价指标其实包括了多个内容，其中又以渣土的和易性以及稠度为主要内容。
最佳坍落度值的确定要根据具体的情况进行。
二、泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良试验结果1、试验结果试验的过程中详细记录试验泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良的结果，并且对于渣土的状态也作了详细的分析，并通过描述确定了样本。
土压盾构在粘土层中的渣土改良施工工法(2)
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在地下开挖的隧道工法，它采用高压土压力推进机械，利用土壤的承载力来支持和稳定隧道施工过程。
在粘土层中进行渣土改良是土压盾构施工的重要环节之一。
本文将分别从前言、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进行介绍。
一、前言随着城市化进程的加快，地下空间的需求越来越大，土压盾构在建设地铁、地下管廊等项目中起着重要作用。
而粘土层是隧道施工中常见的地质条件之一，对于土压盾构施工来说，如何在粘土层中实现渣土改良是一个重要的研究课题。
二、工法特点土压盾构在粘土层中的渣土改良施工工法具有以下特点：1. 以渣土为基础材料进行改良，无需添加额外的辅助材料，降低了成本；2. 通过渣土的填充和固结作用，提高了粘土的稳定性和承载力，减少了盾构施工中的沉降和地表破坏；3. 渣土改良可以有效地改善粘土的工程性质，提高施工效率和施工质量。
三、适应范围土压盾构在粘土层中的渣土改良适用于以下情况：1. 粘土层地质条件较差，土体稳定性低，需要增强地基承载力；2. 盾构施工过程中需要保持地表沉降和地面破坏控制在一定范围内；3. 地下隧道工程对地表变形要求较高，需要增加隧道施工的稳定性和安全性。
四、工艺原理土压盾构在粘土层中的渣土改良施工工法的基本原理是通过盾构推进机械将渣土注入粘土层中，实现对粘土的填充和固结。
具体的工艺原理分为以下几个步骤：1. 与施工工法联系：根据具体施工工程的要求，合理选择渣土注入的位置和注入量，保证施工效果；2. 采取的技术措施：通过渣土的填充和固结，提高粘土的强度和稳定性，减少施工过程中的地表沉降和地面破坏。
五、施工工艺在具体的施工过程中，土压盾构在粘土层中的渣土改良施工工艺包括以下几个施工阶段：1. 盾构机的准备和调试；2. 注浆管的安装和定位；3. 渣土的调配和输送；4. 注浆和固结；5. 地表处理和修复。
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。
土压平衡盾构渣土改良技术总结
价值工程1概述南京某城际轨道交通工程为一站两区间，盾构区间隧道穿越地层主要有黏土、粉质黏土、粉土、含砾粉质黏土、全/强/中风化泥质粉砂岩、中风化砂砾岩，中风化岩岩石饱和单轴抗压强度最大值为9.74MPa ，最小值为1.89MPa ，平均值为4.39MPa ；区间地下水水位最高为地下1.8m ，以潜水和裂隙水为主，不具有承压性。
本工程区间隧道采用复合式土压平衡盾构掘进施工，其中渣土改良技术是非常重要的步骤，结合地质情况对渣土改良进行分析研究，根据实验室配合比调节提出改进方案，可以减少盾构机的磨损、降低渣土对盾构机的附着性，同时降低能耗，可以为同类型盾构施工提供参考及借鉴。
2渣土改良的材料在沙砾土层中，如果仅采用泡沫进行渣土改良，改善切削土体的流动性能力有限，加入量太少达不到改良的作用，加入量过大反而会造成土体的严重离析，可能出现渣土无法运输和压送的情况，造成盾构无法正常掘进。
因此，在加泡沫的基础上通过增加膨润土改善土体粒状构造，吸附在土体上的气泡和膨润土可以减少土体与刀盘的直接摩擦，改善土体的塑流性，增加切削下来的土体的黏聚力，同时又能降低土体的渗透性。
渣土改良剂能较好解决以上问题，在盾构机掘进时，向开挖面、土仓等处加注改良添加剂。
目前常用的渣土改良剂包括膨润土、泡沫剂、高分子聚合物、增粘剂等，不同种类改良剂的使用范围和改良效果有很大差别。
3影响盾构出渣的原因3.1地质原因盾构区间一穿越地层以强、中风化泥质粉砂岩、粉质黏土为主。
所涉及岩层均为软岩，遇水易软化，局部软岩和粉质黏土具有较高的黏粒含量，盾构掘进中有固结泥饼的风险。
盾构区间二穿越地层以沙砾岩、强风化闪长玢岩、粉砂岩为主。
产生的松散砂土易产生渣土离析、堵塞刀盘，盾构掘进中造成运渣困难的现象。
3.2掘进土体状态土体之间的相对运动决定了土体的流动性。
在盾构施工中，土体为流态时，螺旋输送机将无法运输，会发生土体管涌的风险；土体为固态时，易发生渣土堵塞现象。
盾构施工——粘土中的渣土改良方案
盾构施工——粘土中的渣土改良方案一说到盾构施工，脑海中便浮现出那深深的地下通道，犹如一条巨大的蟒蛇，在泥土中缓缓前行。
而粘土，这种看似普通的土壤，却给盾构施工带来了不小的麻烦。
今天，就让我来为大家详细讲解一下如何在粘土中进行渣土改良，让盾构施工变得更加顺畅。
我们要了解粘土的特性。
粘土颗粒细腻，粘性强，水分含量高，这使得它在盾构施工过程中容易造成刀盘堵塞、土仓压力不稳定等问题。
为了解决这些问题，我们需要对渣土进行改良。
1.渣土改良材料的选择（3）水泥：可以增加渣土的强度，提高其稳定性。
2.渣土改良方法（1）直接添加法：将改良材料直接添加到渣土中，搅拌均匀。
（2）预混合法：将改良材料与水预混合，形成悬浮液，再与渣土混合。
（3）泡沫法：将改良材料与泡沫混合，形成泡沫悬浮液，再与渣土混合。
3.渣土改良工艺（1）对施工区域进行地质调查，了解粘土的性质和分布情况。
（2）根据地质调查结果，选择合适的渣土改良材料和方法。
（3）在施工过程中，实时监测渣土的性能，调整改良材料和方法的用量。
（4）加强渣土的排放管理，确保施工环境的安全。
我们来谈谈渣土改良在盾构施工中的应用。
1.刀盘堵塞的预防通过渣土改良，可以提高渣土的流动性，减少刀盘堵塞现象。
在施工过程中，要密切关注刀盘的运行情况，一旦发现堵塞迹象，及时调整渣土改良材料和方法的用量。
2.土仓压力的稳定渣土改良可以降低土仓压力的波动，提高施工效率。
在施工过程中，要实时监测土仓压力，根据压力变化调整渣土改良材料和方法的用量。
3.土体位移的控制渣土改良可以提高土体的稳定性，减少土体位移。
在施工过程中，要加强对土体位移的监测，发现异常情况及时采取措施。
4.施工安全渣土改良可以降低施工过程中的风险，提高施工安全性。
在施工过程中，要严格执行安全规程，确保施工人员的安全。
我们来谈谈渣土改良的成本和效益。
1.成本渣土改良的成本主要包括改良材料费、设备折旧费、人工费等。
在选择改良材料和方法时，要充分考虑成本因素，力求在保证施工质量的前提下降低成本。
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。
成都盾构施工渣土改良探讨
成都盾构施工渣土改良探讨1．渣土改良盾构机通过刀盘开挖下来的渣土，经输送设备输送出来，由于各个项目地质情况的不同，导致渣土不能顺利排出，为了能够正常排出开挖的渣土、降低磨损，必须要在开挖过程中通过添加剂对渣土进行改良。
1.1 土压平衡盾构机渣土改良目的A、提高开挖土体的塑流性，保证了土料能不断地流送到螺旋输送机，防止渣土卡住刀盘及大块卵石沉入土仓底部，造成出渣困难，渣土阻塞；B、开挖室内土料具有的软稠度和良好的塑性变形，使支撑压力能规则地作用于开挖面，保证开挖面平衡稳定，控制地表沉降；C、提高渣土的抗渗性，在螺旋输送机形成土塞效应，防止发生喷涌；D、降低刀盘和螺旋输送机的负荷，减少电力消耗；E、减小刀盘、刀具及螺旋输送机的磨损与破坏，控制工程成本；1.2 改良后理想的渣土(如右图)颗粒以粉砂及粉质粘土为主具有一定的c值较小的内摩擦角及摩擦系数具有一定的流塑性饱水性，并具有较高的抗渗性2．成都地质情况成都地铁1号线一期工程盾构2标(人民北路站至天府广场站)区间段隧道主要穿越砂卵石土层，卵、砾石成分以灰岩、砂岩、石英岩等为主，呈圆形～亚圆形，粒径大小不一，分选性差。
卵石含量约68%，粒径以30～100mm为主，初探揭示最大粒径180mm，根据试验段探井和天府广场基坑揭示最大粒径达530～550mm，圆砾含量约10％，兼夹漂石，漂石最大粒径270mm。
卵石硬，最大强度可达200MPa。
卵、砾石以中等风化为主。
充填物主要为中细砂、及少量粘性土。
卵石土层顶板埋深8.2～22.0m。
表区间隧道围岩分布统计表岩层左线(m) 所占比重(%) 右线(m) 所占比重(%)<2-8>卵石土581 24.3% 614 25.5%所做的饼状图。
量。
3． 成都地质分析成都地质下进行盾构施工在世界范围内也是没有太多的实例，根据现有的资源找到了几个类似项目，如西班牙巴塞罗那、法国里昂、意大利都灵地铁等都是土压平衡机，对地质进行对比，以及该些项目如何进行渣土改良。
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
习题答案网
北京工业大学
渣土改良的目的
习题答案网
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
习题答案网
北京工业大学
矿物类添加剂
高分子聚合物的作用原理
习题答案网
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
习题答案网
北京工业大学
添加剂种类
习题答案网
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
习题答案网
北京工业大学
表面活性材料
习题答案网
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
习题答案网
北京工业大学
泡沫的作用原理
习题答案网
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
渣土改良
渣土改良
小松TM632PMX属于复合式刀盘土压平衡盾构机，土体在盾构施工中具有非常重要的作用。
第一，利用开挖出来的土料作为支撑掌子面的稳定介质；第二，土体要便易运输，促进施工顺利进行。
要满足以上两点的土料特点要求，渣土就要具有以下要求：具有良好的塑性变形，软稠度，内摩擦角小，渗透系数小。
但在具体的实际施工过程中，由于地质条件的复杂性，渣土几乎不可能同时满足这样的要求，因此为了保证施工，就需要对渣土进行改良。
小松TM632PMX盾构机对渣土的改良主要通过泡沫系统和膨润土系统进行的。
一、泡沫系统。
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，并明确以下内容：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.将衰落筒内壁用水湿润，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；- zj.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秒内完成）；⑧.记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。
砂卵石地层土压平衡盾构施工渣土改良分析
砂卵石地层土压平衡盾构施工渣土改良分析摘要：盾构在卵石含量高、粒径大的砂卵石地层中掘进时，由于土体流塑性差，土体在土仓内无法及时排出，时常出现盾构推力、刀盘扭矩增大，推进速度极其缓慢等现象；由于土仓内土体颗粒间的传力是点对点，使支护压力不能有效施加到开挖面上，极易出现地表沉降超限、塌方等事故。
通过试验表明，采用泡沫+膨润土作为土体改良剂对砂卵石地层进行改良是可行的，能够显著降低盾构的推力和扭矩以及渣土的温度。
膨润土和泡沫混合注入后在掌子面形成泥膜具有良好的保压性，能有效提高盾构机停机状态下的安全性。
关键词：盾构隧道；渣土改良；砂卵石地层1引言土压平衡盾构施工过程中，如何防止渣土在刀盘上形成泥饼、在土仓内积压、堵仓，在螺旋输送机口产生堵塞、喷涌、刀盘和刀具磨损，仍是隧道施工面临的主要难题。
在砂卵砾石地层施工，地层力学性质不稳定，砂卵石含量高，颗粒之间空隙大，无黏聚力，使得开挖土体塑流性差，盾构推力及扭矩大，刀盘。
刀具及螺栓输送机磨损严重，推进速度极其缓慢，且地层在盾构施工中稳定性较差，给施工造成困难。
如何进行有效的渣土改良，至关重要。
渣土改良的好坏，将直接影响到盾构掘进速度、开挖成本，甚至工程成败。
目前关于渣土改良性能评价主要是以室内试验研究为主的塌落度试验、搅拌试验、渗透试验、压缩试验、稠度试验、剪切试验、安定性试验等等。
2土体改良剂的选择在砂卵石地层中施工时，为避免土体的塑流性不佳而发生一系列施工问题，通常的办法就是向开挖面及土仓内注入一定比例的土体改良剂来改变土体的状态，使其达到盾构正常掘进的要求。
土体改良常用类型泡沫和膨润土最为常见。
（1）泡沫与土体的匹配关系；土压平衡盾构施工用的泡沫一般由发泡剂、稳泡剂和助剂组成。
目前盾构使用的泡沫剂绝大部分是由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配构成主发泡剂，再配以稳泡剂，所有成分按照一定比例，采取合理的混合方式形成泡沫剂产品。
适用于泡沫剂进行土体改良的地层主要有，颗粒级配相对良好的土体、平均粒径较大的土体、水量较高的土体。
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。
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。
粘土含有大量的粘性物资，粘附性强，容易在刀盘上结泥饼，严重时会糊住刀具和刀盘开口时盾构难以掘进。
盾构在土压平衡模式下掘进上述地质时须进行渣土改良。
土压平衡盾构掘进渣土改良方案--任(已修改20161007)
土压平衡盾构掘进渣土改良方案--任(已修改20161007)目录1 编制依据 (3)2 工程概况 (3)2.1 工程范围 (3)2.2 工程地质 (6)2.2.1 地形、地貌 (6)2.2.2 地层描述 (6)2.2.3 隧道洞身穿越地层 (11)2.3 水文地质 (14)2.4 周边环境 (14)3 渣土改良 (16)3.1 渣土改良的原因 (16)3.2 渣土改良的方法 (16)3.3 渣土改良在盾构施工中的重要性 (16)4 渣土改良试验 (17)4.1 试验目的 (17)4.2 改良剂的确定 (17)4.3试验 (19)4.3.1 圆砾地层改良试验 (19)4.3.2 泥岩地层改良试验 (23)4.4 试验结果 (27)5 安全质量控制措施 (28)5.1 防喷涌控制措施 (28)5.1.1 喷涌原因分析 (28)5.1.2 控制措施 (28)5.2 防刀盘结泥饼措施 (29)5.2.1 刀盘结泥饼原因分析 (29)5.2.2 控制措施 (29)1 编制依据《埌西站（原桂春路站）～青竹立交站（原竹溪大道站）区间设计图纸》；《南宁市轨道交通3号线工程（科园大道-平乐大道）埌西站（原桂春路站）～青竹立交站（原竹溪大道站）区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告》；《青竹立交站（原竹溪大道站）～青秀山站区间设计图纸》；《南宁市轨道交通3号线工程（科园大道-平乐大道）青竹立交站（原竹溪大道站）～青秀山站区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告》；《南宁市轨道交通3号线一期工程（科园大道-平乐大道）施工总承包02标土建8工区盾构区间建（构）筑物及管线调查报告》；《南宁市轨道交通3号线一期工程(科园大道-平乐大道)施工总承包02标土建8工区合同文件》；《土工试验方法标准》GB/T50123-1999；本企业在北京、广州、深圳、杭州、南京、成都、南宁等地铁施工中累积的经验及地铁施工的研究成果和技术储备。
2 工程概况2.1 工程范围南宁市轨道交通3号线一期工程施工总承包02标土建8工区盾构区间包含：金湖广场站～埌西站（原桂春路站）区间（以下简称：金～埌区间）、埌西站（原桂春路站）～青竹立交站（原竹溪大道站）区间（以下简称：埌～青区间）、青竹立交站（原竹溪大道站）～青秀山站区间（以下简称：青～青区间），区间设计为盾构隧道。
渣土改良工法
盾构施工中的的渣土改良工法一、前言碴土改良是保证盾构施工安全、顺利、快速的一项不可缺少的重要技术手段，其主要作用是使碴土具有较好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降；使碴土具有较好的止水性，以控制地下水流失；使切削下来的碴土具有良好的塑性流动性，能够顺利快速进入土仓，并利于螺旋输送机顺利排土；有效防止土碴粘结刀盘而产生泥饼；可防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象；可有效降低刀盘扭矩，降低对刀具和螺旋输送机的磨损。
二、工法特点1、可根据不同的地质情况以及不同的目的采取不同的技术措施来改善渣土的性质，以确保盾构安全快捷的掘进施工。
2、以信息化施工为手段，通过对通过地层的地质情况的及时、超前的预报来指导施工。
3、能有效地降低对刀具和螺旋输送机的磨损，具有良好的经济效益。
三、适用范围土压平衡盾构机，在采取土压平衡模式掘进的隧道。
四、施工工艺及流程1、总体流程2、超前地质预报a. 利用TSP202超前地质预报系统进行超前探测TSP202超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掌子面前方及周围临近区域的地质情况，其能够较准确地探测地层构造界面，同时也能准确探测到前方地层中的桩基等，其的预报距离为地质雷达的4～12倍。
隧道地震波超前地质预报原理图b. 在掌子面进行超前探测在地层复杂的地段，在采用TSP202系统进行超前地质预报的基础上，利用盾构机上自带的小型钻机进行超前钻探，依据相同压力下钻进速度的不同来判断前方地层的变化情况及位置，以进一步核实TSP202系统的超前预报结果，确认施工前方围岩物理特性，为盾构机选择正确的掘进模式及是否需要进行渣土改良提供科学的依据。
3、渣土改良方式的选择土压平衡盾构机的掘进模式（敞开式Open、半敞开式semi-open、土压平衡式EPB）根据围岩的情况进行选定，即控制土仓内的土压力。
土仓内的土压力受掘进速度和螺旋输送机的出土速度控制，为了保持开挖面的稳定性，必须控制此两个速度在适当的数值，同时确保开挖渣土的流动性和止水性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
膨润土泥浆作用原理
二
高分子类聚合物作用原理
三
习题答案网
北京工业大学
泡沫的作用原理
习题答案网
泡沫是发泡液（表面活性剂）和压缩空气经过发 泡装置产生的，作为发泡液的主要成分表面活性 剂是由聚合而成的长链分子构成的，含有憎水基 和亲水基.如图所示：
北京工业大学
黏性土层的开挖面稳定机理
习题答案网
如土室内土砂过多，黏性土会压密固化，需注入 外加剂并搅拌，提高土体流塑性，确保渣土顺利 排放
习题答案网
北京工业大学
砂性土层的开挖面稳定机理
习题答案网
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
习题答案网
北京工业大学
添加剂种类
习题答案网
水是最普通的添加剂，向高粘性渣土中注水，可 在增加其流动性的同时，降低其粘着力，防止掘 削土附着于刀头或土舱内壁上形成泥饼。
习题答案网
北京工业大学
复合添加剂
习题答案网
根据添加剂的特性和掘削地层的性状，发展了两 种添加剂混合使用发挥其优势互补，近年来两种 添加剂的例子逐渐增加。 从现场施工中添加的添加剂来看，泡沫和膨润土 是最常见的两种，并得到了广泛的应用，并取得 了良好的效果。
习题答案网
北京工业大学
添加剂的分类
习题答案网
高吸水性树脂
纤维类多糖类负离子类
矿物类
添加剂
表面活性材料
复合添加剂
水
添加剂
习题答案网
习题答案网
北京工业大学
防泥饼措施
习题答案网
掘进速度下降，刀盘扭矩上升，开挖效率降低 掘进速度下降，刀盘扭矩上升，开挖效率降低
刀盘中心区部位产生泥饼
泥岩
泥质粉砂 岩
砂岩
黏土层
习题答案网
返回
习题答案网
北京工业大学
常用添加剂的比较
习题答案网
习题答案网
北京工业大学
常用添加剂的作用原理
习题答案网
一
泡沫的作用原理
习题答案网
土压平衡盾构的渣土改良
建筑工程学院 马超
习题答案网
目录
习题答案网
1 2 3 4
土压平衡盾构开挖面稳定
渣土改良的目的和方法
添加剂的分类
改良土体的微观机理
习题答案网
北京工业大学
泡沫的作用原理
习题答案网
加入泡沫的混合土体的密实度有较大的变化，泡 沫置换了渣土中的一部分土颗粒和水分，使得混 合土体密度减小，减小了颗粒之间的接触，气泡 起到一定的润滑作用，降低了接触面的粗糙度， 使摩擦系数降低 泡沫混合土具有一定的弹性，能维持土舱内必要 的土压，并使其均匀变化防止产生较大的起伏
北京工业大学
膨润土泥浆的作用原理
习题答案网
膨润土在水化时，钠离子连接各层薄片，同时挤 占与之接触的土颗粒之间的孔隙，积聚于土壤与 泥水的接触表面，形成不透水的可塑性胶体，从 而形成泥膜。
习题答案网
北京工业大学
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
习题答案网
北京工业大学
泡沫的作用原理
习题答案网
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
北京工业大学
防泥饼措施
习题答案网
首先
其次
再次
最后
加强盾构掘进 时地质预测和 泥土管理， 密切注意开挖 面的地质情况 和刀盘的工作 状态
增加刀盘前部 中心部位泡沫 注入量并选择 较大的泡沫注 入比例，减少 渣土的粘附性 降低泥饼产生 的几率
在螺旋输送机 内加入泡沫， 以增加渣土的 流动性，利于 渣土的排除
北京工业大学
膨润土泥浆的作用原理
习题答案网
颗粒的单位晶层中存在极弱的键，钠离子本身半 径小，离子价低，水很容易进入单位晶层间，引 起晶格膨胀，吸水后形成一道不透水的防渗层。 膨润土自身吸水结构发生变化的过程见图所示。
习题答案网
北京工业大学
黏性土层的开挖面稳定机理
习题答案网
粘土是由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成，有 些成岩作用也会产生粘土。黏性土层切下的土砂 比原地层强度低，具有塑性流动性，土仓内的土 砂具有一定压力，以便与开挖面的水压力和土压 力相抗衡
习题答案网
习题答案网
北京工业大学
膨润土泥浆的作用原理
习题答案网
膨润土是以蒙脱石为主要成分的非金属粘土类矿 物，蒙脱石含量占到30%~80 %。 膨润土由于具有吸湿膨胀性、低渗性、高吸附性 及良好的自封闭性能
习题答案网
高分子聚合物的作用原理
习题答案网
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。
泡沫的作用原理
习题答案网
吸附性 当表面活性剂加入液体中，他吸附在固体-液体、 液体-气体和不同液体分界面上，如图所示
习题答案网
北京工业大学
泡沫的作用原理
习题答案网
北京工业大学
膨润土泥浆的作用原理
习题答案网
蒙脱石是含水的层状铝硅酸盐，其晶体结构由两 个硅氧四面体晶片中夹一个铝（镁）氧（氢氧） 八面体晶片组成，属2:1型层状硅酸盐矿物，其 微观结构可以如图所示
习题答案网
习题答案网
北京工业大学
土压平衡盾构开挖面稳定机理
土压平衡盾构 稳定机理
习题答案网
因工程地质条 件不同而不同
黏性土层的开挖 面稳定机理.
砂性土层的开挖 面稳定机理
习题答案网
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
习题答案网
北京工业大学
矿物类添加剂
第三
习题答案网
北京工业大学
渣土改良的目的
习题答案网
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
表面活性材料是特殊气泡剂，也有在特殊气泡剂 中添加高分子类水溶性聚合物的气泡添加剂。这 种气泡添加剂是典型的气－液二相系，其90% 以上为空气，不足10%为发泡剂溶液；而发泡 剂溶液90%～99%为水，其余为发泡剂。
习题答案网
北京工业大学
水
习题答案网
采用人工处理 的方式清 除泥饼
返回
习题答案网
北京工业大学
压力仓内土体塑性流动状态
习题答案网
不透水性 塑流状态 不易固结排水
当推力通过隔板传 递到土舱内时，如 果土舱内土体迅速 排水固结，就会在 压力舱内形成固结“ 土饼”，土水分离会 影响压力舱内土体 的循环和排土
返回
习题答案网
北京工业大学
渣土改良的目的
习题答案网
第一
使渣土具有良好的土压平衡效果，利于稳 定开挖面，控制地表沉降
第二
提高渣土的不透水性，使渣土具有较好的 止水性，从而控制地下水流失
提高渣土的流动性，利于螺旋输送机排土
习题答案网
北京工业大学
泡沫的作用原理
习题答案网
表面张力减小 水的表面覆盖了一层表面活性剂，其憎水基与空 气接触，从而减小了水的表面张力 。如图所示
习题答案网
北京工业大学
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
习题答案网
北京工业大学
表面活性材料
习题答案网
习题答案网
北京工业大学
渣土改良的方法
习题答案网
渣土改良就是通过盾构配置的专用装置向刀盘 面，土仓内或螺旋输送机内注入水﹑泡沫﹑膨润 土﹑高分子聚合物等添加剂，利用刀盘的旋转搅 拌﹑土仓搅拌装置搅拌或者螺旋输送机旋转搅拌 使添加剂与土渣混合，使盾构切削下来的渣土具 有好的流塑性﹑合适的稠度﹑较低的透水性和较 小的摩阻力
习题答案网
膨润土又名膨土岩、斑脱岩，有时也称白泥，主 要是由蒙脱石类矿物组成的粘土。呈油脂光泽、 蜡状光泽或土状光泽，贝壳状或锯齿状断口
习题答案网
北京工业大学
高吸水性树脂
习题答案网
高吸水性树脂的用料是高分子类、不溶性聚合物 的高吸水性树脂，这种材料吸水而不溶于水，可 防止高水压地层的地下水喷出，树脂填充砂土的 颗粒空隙，提高土体的流动性
习题答案网
北京工业大学
纤维类多糖类负离子类
习题答案网
砂性土和砂砾土的内摩擦角大，土的摩擦阻力 大，难以获得好的流动性，地层渗透系数大，仅 靠土仓和螺旋输送机内的压缩效应不可能完全止 水
习题答案网
北京工业大学
砂性土层的开挖面稳定机理
习题答案网
在开挖面活土仓内注入外加剂和加装搅拌棒进行 强行搅拌，让开挖土具有流动性和止水性