砂卵石地層中土壓平衡盾構的渣土改良技術分析

董信樂

（中鐵十四局集團隧道工程有限公司，山東 濟南 250000）

近些年來，我國的渣土改良技術已經得到了較大的發展和進步，在對渣土改良技術進行試驗的過程中，一些不可控的因素會影響渣土改良技術的結果。在開展現場試驗時，很多操作人員主要是根據經驗完成試驗過程，導致施工參數的控制效果與相關的標準之間存在一定誤差，使試驗操作過程的規范性受到影響，導致渣土改良問題比較嚴重。而在土壓平衡盾構掘進中完成渣土改良技術試驗，對渣土改良技術的相關參數進行控制，對提高整個工程的實施效果有重要意義。

1 渣土改良技術的重要性

砂卵石層的不穩定性比較強，渣土底層反應比較靈敏，如果盾構機刀盤旋轉切削可能會導致渣土地層原來的平衡被破壞，產生坍塌問題，對圍巖產生比較大的影響。同時，會嚴重影響開挖施工面的穩定性，造成地表塌陷。軟土層的流塑性比較弱，盾構機在掘進施工時，刀盤對土地的切削效果，還有螺旋機對土體的輸送效果都會存在一定問題。甚至可能會導致盾構機不能順利排土，影響掘進施工效率。在盾構施工過程中，最困難的工作就是確保土壓的平衡性，對開挖面的土壓進行合理控制才能夠避免噴涌和冒頂現象。否則可能會導致地表坍塌，造成地面出現比較大規模的沉降問題，嚴重影響施工過程中的安全性。并且對施工區域周圍的建筑物也會產生較大的安全危害。土壓平衡式盾構施工的目的是確保土壓的平衡性，在開發過程中對土體狀態進行合理調整，保證土體的塑性流動狀態。對這種狀態的土體進行攪拌，可以順利完成輸送過程，方便后續施工[1]。

2 合理選擇渣土改良劑

在渣土改良過程中要根據具體的砂卵石地層情況選擇合適的改良劑，主要的改良劑包括以下四種：第一，礦物類改良劑。主要是以膨潤土以及蒙脫土作為主要原料，使用制漿設備對其進行均勻拌制后，泵送到開挖土體內，保證土體的流塑性以及不透水性。在使用礦物類改良劑的過程中，會使用制漿設備，并且需要對其進行處理后才能排放，一般應用在砂石地層中。第二，高吸水性樹脂類改良劑。主要是利用高分子化合物作為主要材料，能夠充分吸收地下水，一般用在高水壓地層中，可以防止地層出現噴涌問題。在其他地層中使用該類改良劑時會降低改良劑的作用，更適合在固結、黏土以及砂礫石地層中進行應用。第三，水溶性高分子類改良劑。同樣采用的是高分子化合物材料，在盾構施工過程中，一般使用CMC能夠增加開挖施工面土體的黏性。但是因為渣土變成泥糊狀，需要對渣土進行處理才能排放。一般在粗土以及粗砂石地層中的應用比較廣泛。第四，界面活性材料類改良劑。這是當前我國盾構施工過程中應用比較廣泛的渣土改良劑，是在開挖的土體內直接注入泡沫劑，提高渣土的流塑性以及不透水性，能夠防止在開挖過程中土體產生黏附效果，對渣土進行處理也比較方便，在黏土地層以及砂卵石地層中的應用比較廣泛。根據工程項目的具體情況，要合理選擇不同的改良劑，才能夠保證渣土改良技術的效果，此次工程施工過程中，主要是利用泡沫劑對砂卵石地層進行渣土改良，保證土壓平衡盾構掘進施工過程中的安全性，避免渣土對盾構部件產生的磨損問題[2]。

3 泡沫劑對砂卵石地層的渣土改良

3.1 渣土改良方案的確定要求

對渣土進行改良的過程中，要根據渣土的土質選擇合適的改良方案，才能夠方便盾構機進行掘進施工。例如在渣土中要插入一定量的泡沫劑，而在加入泡沫劑的過程中，要保證泡沫劑添加量合適，對渣土的黏度以及流動性進行有效改善。這樣才能夠使盾構機在進行掘進工作時，渣土以及地層的穩定性滿足掘進施工要求，減少盾構部件的磨損情況，同時增加盾構施工的效率以及安全性。在進行渣土改良方案設計時，要根據渣土改良的室內試驗要求確定渣土改良方案。

3.2 泡沫劑渣土改良試驗效果

在使用泡沫劑對砂卵石土體進行改良的過程中，要根據砂卵石土體的具體情況進行發泡，將泡沫劑的原液配制成濃度為2.5%的溶液，發泡的倍數設定為12倍，使用量筒取975 mL的水放入25 L的空桶內，然后加入25 mL泡沫劑原液，使用高速攪拌器對溶液進行攪拌，當泡沫的體積發到12 L的刻度線時，停止攪拌。

利用攪拌好的泡沫溶液對砂卵石土體進行改良時，首先要對改良前的渣土性質進行試驗。將改良前的砂卵石土裝在流動度測定臺上的截錐圓模之內，然后提起圓模桶，土體呈現自然堆積的狀態，利用振動臺振動25次后，土體呈分散狀態。其次，對改良前的渣土進行試驗之后，開始進行對比試驗。取砂卵石土樣放入到砂漿攪拌器內，然后加入已經發好的泡沫劑，對其進行高速攪拌1 min后，對土體的改良情況進行觀察。對改良后的土體進行試驗時，主要是對改良后的砂卵石土進行取樣，放入500 mL量杯中，將其放在振動臺上，然后提起量杯，土體會呈現均勻下沉狀態[3]。利用振動臺進行振動25次后，土體均勻擴散，且有較好的粘聚性以及均勻性。最后，對泡沫劑渣土改良試驗的結果進行總結。根據此次試驗結果，可以發現將泡沫劑的添加量控制在2.5%，設定發泡倍數為12倍，注入率為100%時，可以對渣土進行有效改良。對渣土進行改良后，土體的均勻性比較強，并且粗細顆粒在泡沫劑的作用下分布也相對均勻，振動條件下有良好的粘聚性。在極大程度上改善了砂卵石土層的整體流塑性，有利于保證土壓平衡盾構在掘進過程中刀盤的切削以及螺旋輸送機等運輸過程中的工作效率，同時能夠減少對刀盤以及螺旋輸送機造成的磨損問題。

4 結語

綜上所述，在土壓平衡盾構施工過程中開展有效的渣土改良技術是保證砂卵石地層盾構掘進施工能夠順利進行的關鍵技術，可以在一定程度上改善工程項目施工過程中存在的問題。除此之外，在開展渣土改良技術的過程中，要充分考慮到盾構施工使改良參數之間產生的相互影響，并且要找到產生影響的因素。根據這些影響因素，對渣土改良技術進行更加精細的控制，提高渣土改良效果。在對泡沫劑渣土改良效果進行分析的過程中，主要是從盾構機刀盤扭矩以及螺旋輸送機扭矩和排渣工作的具體情況，對渣土的改良效果進行準確的評價和分析。經過室內試驗后，利用泡沫劑改良技術，可以降低盾構機刀牌以及螺旋輸送機扭矩，保證改良后的渣土具有較好的流塑性，保證土體能夠順利從螺旋輸送機排出，并且不會堵塞螺旋輸送機排渣口。從而確保盾構掘進施工的效率以及安全性。因此，將泡沫劑渣土改良技術應用在土壓平衡盾構渣土改良工作中具有較好的效果，對保證掘進施工順利進行有重要幫助。