泥岩分散剂和泡沫剂在盾构渣土改良施工中的应用

粘土+水+ 泡沫剂
粘土+水+ 泡沫剂和泥岩分散剂
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Wuhan Metro Line 6 and 8 Use of Mudstone dispersant 武汉地铁6号线和8号线使用高效泥岩分散剂效果
使用前
使用后
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Madrid MetroLam project – belt view 马德里地铁－输送带效果
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Change of soil rheology
with MEYCO SLF foam
使用不同泡沫剂改变土体流变性
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Surfactant Types 表面活化剂类型
Ionic Classes离子
Anionic阴离子
S; Cationic阳离子 Amphoteric两性离子 ~ 0 Non-Ionic非离子
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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
weak ground under groundwater pressure 地下水压下的软弱地层
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/+泥岩分散剂 含砾石、级配不连续土层
粘土黏附刀盘、结块 泡沫剂+泥岩分散剂
泡沫剂、聚合物以及填充料
粒径[mm]
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聚合物 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 出土不能成形，呈流砂状 解决方法：聚合物 SLF 34 +20% 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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Dosing of soil conditioning agents 泡沫剂泵
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ZKY-102 Ordinary mudstone dispersant ZKY-202 Efficient mudstone dispersant
普通泥岩分散剂 高效泥岩分散剂
ZKY-301 Special effects mudstone dispersant 特效泥岩分散剂
Branched Alkyl分支烃基
Dual hydrophilic Groups 双亲水基型
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Tunnel Foam Appearance
泡沫状态
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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
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
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适用Ⅱ类土层
What can polymers do 聚合物的作用
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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+10% P1 聚合物掺量过高 大块出土
泡沫剂+5% P1 出土效果明显改善 聚合物掺量为佳
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Aviles Collector, Spain Use of MEYCO SLF P2 西班牙Aviles 工程，使用MEYCO SLF P2
2. Mudstone dispersant Increase the TBM speed 增加TBM掘进速度 泥岩分散剂 Decrease liquid soil consistency 降低液态渣土的稠度 Decrease clogging, adhesion, transport problems 降低堵塞、黏附、输送问题 3. Polymers 聚合物 Increase soil adhesion, impermeability 增加土壤粘聚性，抗渗性 Decrease settlements 减少渣土离析
Gravel 砾石 40
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
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粘土复合地层渣土改良方法总结：
1、现在大部分掘进段渣土改良情况：泡沫+水 2、要求始发段、困难段、长时间停机段：泡沫+膨润土 3、最优的解决方案：泡沫剂+泥岩分散剂+水 泡沫+膨润土+聚合物 泡沫+泥岩分散剂+聚合物 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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Mudstone dispersant&foam 使用泡沫剂和泥岩分散剂
and their Reaction with Clay 与粘土颗粒之间的作用
Mudstone dispersant
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Change of soil behaviour 使用泥岩分散剂的效果
with Mudstone dispersant additives
Foam泡沫剂
Mu-Disper 泥岩分散剂+foam泡沫
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Soil Conditioning III 渣土改良 Polymers 聚合物
适用Ⅰ类土层 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
clogging & adhesion on the cutterhead 刀盘的堵塞与粘附
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Mudstone dispersant 泥岩分散剂
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 导致 - low speed low TBM TBM speed掘进速率低 掘进速率低 - high high maintenance maintenance & & revision revisioncosts costs保养、维护成本高 保养、维护成本高
Soil conditioning agents
盾构施工中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
Botlek (NL) ‘99 HK EPB, Ø=9,76m 3.6 bar water Foam + Polymer
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
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Soil conditioning and soil mechanics 渣土改良和土体力学 60
Clay 粘土 cohesion [kPa] 粘聚力 working Chamber 土仓 0 angle of internal friction phi[°] 内摩擦角 10
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Silt 淤泥