成都砂卵石渣土改良技术介绍(王国义)

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Anti-clay additives & foam 使用泡沫剂和粘土分散剂
and their Reaction with Clay 与粘土颗粒之间的作用
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Change of soil behaviour 使用粘土分散剂的 效果 with Rheosoil anti-clay additives
Aviles (ESP)‘99 Mailano (I) ‘94 Lovat EPB, NFM EPB Ø=3.4m Ø=8.03m 2.5 bar seawater mainly above gw Foam + Foam + Polymer Polymer
Lyon (F) ‘96 NFM EPB, Ø=10.98m 1.5-3 bar water Foam + Polymer + Bent
Torino (I) ‘2004 Lovat EPB, Ø=7.7m mainly above water table Foam + Polymer
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Actual range of EPB use 使用EPB的土质范围
weak ground under groundwater pressure 地下水压下的软弱地层
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What is foam? 什么是泡沫？
technical detail 技术点
in use 应用
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Surfactant Types 表面活化剂类型
Ionic Classes离子 Structures结构
Anionic阴离子
Linear Alkyl线性烃基
+ Cationic阳离子
Amphoteric两性离子
粘土 淤泥质土 砂 砾石
敞开式盾构机 适用
含粗砂、级配不连续土层 泡沫剂+聚合物 淤泥质砂土
泡沫剂
含砾石、级配不连续土层
粘土黏附刀盘、结块
泡沫剂+粘土分散剂
泡沫剂、聚合物以及填充料
粒径[mm]
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Change of soil rheology
with MEYCO SLF foam
使用MEYCO SLF系列泡沫剂改变土体流变性
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EPB mode—total balance of soil pressure 土压平衡模式——土压平衡的建立
土压+水压 = 土仓中土压
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Earth pressure balance (EPB) TBM
where are the additives injected?
土压平衡式(EPB)TBM
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TBM choice by geology
in soft ground
软土地层中地质条件决定方案
粘土 细 中 粗 细 中
砂 粗 细
砾石 中
粗
Toulouse (F) ‘2003 HK EPB, Ø=7.72m mainly under water table Foam + Anti-Clay
Botlek (NL) ‘99 HK EPB, Ø=9,76m 3.6 bar water Foam + Polymer
出土不能成形，呈流砂状
解决方法：MEYCO SLF 34
+10% SLF P1 结果：扭矩降低
建立稳定的土仓压力 渣土呈现良好的流塑性
排土顺畅
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Guangzhou Metro Line 3 Use of MEYCO SLF P1 中交隧道广州地铁三号线使用MEYCO SLF P1
•出土顺畅
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Singapore Metro - Polymer P1 新加坡地铁－使用P1聚合物
仅使用泡沫剂 含水量过高
泡沫剂+5% SLF P1 聚合物掺量过高
泡沫剂+3.5% SLF P1
出土效果明显改善 2~3%聚合物掺量为佳
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大块出土
Aviles Collector, Spain EBP drive in running sand section 西班牙Aviles 工程， EBP在流砂层段掘进
渣土改良
Rheosoil® 211 standard anti-clay-polymer 标准型聚合物 Rheosoil® 212 improved version of 211 211的改进型 Rheosoil® 143 foaming anti-clay-polymer 发泡型聚合物
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clogging & adhesion on the cutterhead 刀盘的堵塞与粘附

Branched Alkyl分支烃基
~ 0 Non-Ionic非离子
Dual hydrophilic Groups 双亲水基型
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Creation of foam 泡沫的形成
air 空气 Air空气 Generator Foam泡沫发生器
Water水
Water水
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Tunnel Foam Appearance MEYCO SLF Group 系列
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Injection Points
at the TBM cutterhead
刀头注入点
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Highest Foam Quality 不同FER下的发泡质量
FER=V压缩空气/V泡沫剂水溶液
FER = 8 FER = 10 FER = 20
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Soil Conditioning II anti-clay additives 粘土分散剂
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Anti-clay additives 粘土分散剂
use in clay and clayey soils 用于粘土或粘性土体 Problem 问题 - adhesion on metal surfaces 粘附于金属表面 - agglomeration (cohesion) of soil chips to big blocks 土块结团 Consequence 结果 - clogging of the cutterhead 刀头堵塞 - clogging in the working chamber 土仓堵塞 Result 导致 - low TBM speed 掘进速率低 - high maintenance & revision costs 保养、维护成本高
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Soil Rheology Change with MEYCO SLF Foam 泡沫剂明显改善土体流变性
砂 砾
砂砾+泡沫剂
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Torque Reduction 降低扭距
with MEYCO SLF Foam in Clay Soil, Herrenknecht test rig 海瑞克测试， MEYCO SLF 泡沫剂用于粘性土层
添加剂添加部位
水/泡沫剂/聚ຫໍສະໝຸດ Baidu物
盾尾油脂
同步注浆
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Soil conditioning agents
土体改良产品的分类与作用
1.Foams 泡沫剂
Allow filling of the working chamber提高土仓充填性 Increase the TBM speed 增加TBM掘进速度 Decrease abrasion, torque 降低磨损、扭距
Aviles (ESP)‘99 Lovat EPB, Ø=3.4m
2.5 bar sea water Foam + Polymer
Lovat EPB设备，3.4m直径 2.5 bar 海水压力 泡沫剂＋聚合物
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Aviles Collector, Spain Use of MEYCO SLF P2 西班牙Aviles 工程，使用MEYCO SLF P2
2.5 bar海水压力
仅使用泡沫剂
2.5 bar海水压力 泡沫剂+聚合物P2
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Guangzhou Metro Line 3 Use of MEYCO SLF P1 中交隧道广州地铁三号线使用MEYCO SLF P1
地质情况：在以④7~ ④ 12为主的连续地层中掘进，以细砂、中砂、粗 砂和砾砂为主，且含水量高 问题：扭矩升高 土仓压力建立困难
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What can polymers do 聚合物的作用
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Characteristics of MEYCO SLF P1&P2 MEYCO SLF P1和P2机理
土体颗粒
聚合物的长链结构：
•提高泡沫稳定性 • 提高土体流变性 聚合物链 触变性提高
• 增强土体触变性
• 防止土体离析
• 提高土体抗渗性
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Soil conditioning and soil mechanics 渣土改良和土体力学 60
Clay 粘土
Silt 淤泥
working Chamber 土仓
cohesion [kPa] 粘聚力
Gravel 砾石 40
0 angle of internal friction phi[°] 内摩擦角 10
Decrease clogging, adhesion, transport problems 降低堵塞、黏附、输送问题 Increase the TBM speed 增加TBM掘进速度
2. anti-clay-additives 粘土分散剂
3. Polymers 聚合物
Increase soil adhesion, impermeability 增加土壤粘聚性，抗渗性 Decrease liquid soil consistency 降低液态渣土的稠度 Decrease settlements 减少渣土离析
泡沫状态
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Why use different foams? 选用不同泡沫剂的原因
foams have different properties: 不同的泡沫具有不同的特性 air incorporation properties 与空气的混合性能 half life time 稳定时间 anti-clay behaviour 抗粘性能力 ion-sensibility (Ca, Na, ...) 与离子敏感度 rheological behaviour 流变能力 soil draining behaviour 渣土排干能力 labtests have to be carried out prior to site use. 现场使用前须做室内试验以选用合适的型号
visualisation in driver’s cabin TBM驾驶舱内参数设置
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TBM Foam & Polymer parameters
(cF, cP, FER, FIR) 泡沫剂和聚合物参数
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Dosing of soil conditioning agents 泡沫剂泵
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Foam generator 泡沫发生器
粘土+ 水和泡沫剂
粘土+ 泡沫剂和粘土分散剂
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Madrid MetroLam project – belt view 马德里地铁－输送带效果
Foam泡沫剂
Foam + Rheosoil 211 泡沫剂＋ Rheosoil 211
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Toulouse Metro Line B, Lot2
Without/未使用 Rheosoil 211: - empty working chamber 空土仓 - air pressure support 需压缩空气支护平衡 - impossible to manage water ingress by sand lenses 如遇砂层无法控制水的渗入 - plugging of the cutterhead 堵塞刀盘 With/使用 Rheosoil 211: - full working chamber满土仓 - 1,5-2,5 bar EPB - soft material渣土变软 - no clogging无堵塞 - increase of speed提高掘进速度 - decrease of torque降低扭距
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Soil conditioning system 泡沫发生系统
schematic view 示意图
水
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TBM Foam & Polymer parameters
(cF, cP, FER, FIR) 泡沫剂和聚合物参数
泡沫原液
加水： 泡沫溶液
加气：
发泡
泡沫
注入土体
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TBM parameter
LL 2002
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Soil Conditioning III 渣土改良 Polymers 聚合物
MEYCO® SLF P1
MEYCO® SLF P2
medium liquid soil 中度含水土壤 water binding, increasing soil adhesion, stabiliser 富含水，增加土体粘聚性 提高土体稳定性