CN104018843B - 复合地层盾构掘进土体改良施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合地层盾构掘进土体改良施工方法，包括：盾构掘进前，对待掘进的土体按土质情况进行划分，将待掘进的土体划分为软粘土层，复合土层，硬岩土层；制备改良添加剂，所述改良添加剂包括膨润土和泡沫剂；盾构掘进时，对不同的土体使用不同参数的所述膨润土泥浆和所述泡沫进行土体改良。对盾构掘进的土体进行土层划分，针对不同的土层给出了相对应的改良方法以及施工参数，解决两种或两种以上的差异土层需分别对应采用不同的改良方法的问题，改良后的土层满足盾构开挖及出土的要求，使得盾构掘进可以采用土压平衡盾构推进。
Description
技术领域
本发明涉及土体改良施工方法，尤指一种复合地层盾构掘进土体改良施工方法。
背景技术
土压平衡式盾构施工成功非常关键的一点是要将开挖面上切削效率的土体在压力仓内调整成一种比较理想的状态，使土体的一些性质在达到或满足一些基本条件后，盾构的开挖与出土能顺利进行。土压平衡盾构机在国内地铁工程中应用广泛，其适应不同地质条件的能力强，例如粘性土、砂性土、砂砾石、软岩等，但并非所有的地层均具有良好塑性流动性、较低的渗透性以及内摩擦角，如何将各种复杂土层改良为符合土压平衡盾构掘进施工的要求，关键在于推进过程中的土体改良。
采用土压平衡盾构在复合地层条件下进行施工，如何确保盾构在开挖面稳定前提下正常掘进，尚未形成明确统一的土体改良对应方法，传统应对措施即为加水、膨润土泥浆、或泡沫进行土体改良。但是由于复合地层中包含两种或两种以上的差异土层，采用传统的土体改良方法，效果并不理想。
申请人的在先专利CN101967978A中公开了一种复合砂砾石地层中的盾构土体改良施工方法，针对复合砂砾石地层提出了具体的参数及改良方法，但是盾构施工中，若出现两种以上的差异土层时，上述在先公开专利中的方法就无法适用了，使得两种或者两种以上差异土层中无法适用土压平衡盾构的推进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种复合地层盾构掘进土体改良施工方法，解决现有技术中无法解决两种或两种以上差异土层对应采用不同的土体改良方法的问题。
实现上述目的的技术方案是：
本发明一种复合地层盾构掘进土体改良施工方法，包括：
盾构掘进前，对待掘进的土体按土质情况进行划分，将待掘进的土体划分为软粘土层、复合土层、以及硬岩土层；
制备改良添加剂，所述改良添加剂包括膨润土和泡沫剂；将所述膨润土和水，以200Kg:850L的比例进行配比，形成膨润土泥浆；所述泡沫剂的密度小于1.05g/cm3，将所述泡沫剂和水，以3:97的比例进行配比，形成泡沫；以及
盾构掘进时，对不同的土体使用不同参数的所述改良添加剂进行土体改良，其中：
对所述软粘土层，于刀盘正面注入泡沫，所述泡沫的发泡率为15％，注入率为50％，注入压力为0.1MPa至0.15MPa；
对所述硬岩土层，于刀盘正面注入泡沫，所述泡沫的发泡率为30％至40％，注入率为150％至200％，注入压力为0.16MPa至0.22MPa；于土仓内注入膨润土泥浆，所述膨润土泥浆的粘度大于30s，比重小于1.05g/cm3，注入率为5％至10％；
对所述复合土层，于刀盘正面注入泡沫，所述泡沫的发泡率为20％，注入率为50％至150％，注入压力为0.1MPa至0.2MPa；于土仓内注入膨润土泥浆，所述膨润土泥浆的粘度大于30s，比重小于1.05g/cm3，注入率为5％。
对盾构掘进的土体进行土层划分，针对不同的土层给出了相对应的改良方法以及施工参数，解决两种或两种以上的差异土层需分别对应采用不同的改良方法的问题，改良后的土层满足盾构开挖及出土的要求，使得盾构掘进可以采用土压平衡盾构推进。
本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法的进一步改进在于，对待掘进的土体按土质情况进行划分按如下参数实施：
软粘土层，粘聚力大于30kPa，内摩擦角小于15°，塑性指数大于10；
复合土层，粘聚力在10kPa至30kPa之间，内摩擦角在15°至25°之间，塑性指数在1至10之间；
硬岩土层，粘聚力小于10kPa，内摩擦角大于25°，塑性指数为0。
本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法的进一步改进在于，所述膨润土为钠基膨润土，形成所述膨润土泥浆前，将所述钠基膨润土用200目筛过滤，筛余率小于95％，所述钠基膨润土的膨胀率为18mL/g至26mL/g。
本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法的进一步改进在于，所述泡沫剂的标准为浓度5％时的PH值为7至7.5，凝固点为-10℃。
附图说明
图1为本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参阅图1，显示了本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法的流程图。本发明公开了一种复合地层盾构掘进土体改良施工方法，适用于包括两种或两种以上的差异土层的土体改良，在盾构中采用土压平衡式盾构推进方法，需将待盾构的土体调整成比较理想的状态，本发明中提供了针对不同土质情况进行土层划分的方法，然后针对不同的土层提供了对应的改良方法以及对应的具体施工参数，采用本发明提供的改良方法，对复合地层进行土体改良后，可以满足后续采用土压平衡盾构的推进，解决了现有技术中针对差异土层没有对应的改良方法的问题。下面结合附图对本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法进行说明。
参阅图1，显示了本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法的流程图。下面结合图1对本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法进行说明。
如图1所示，本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法包括：
执行步骤S11，对待掘进的土体按土质情况进行划分。
盾构掘进前，先对带掘进的土体进行划分，按照施工的地质情况，对土体进行划分，将土体划分为软粘土层、复合土层、以及硬岩土层，具体的划分方法及标准为：
以粘聚力的参数为标准，土体的粘聚力大于30kPa时，将该土体划分为软粘土层；土体的粘聚力在10kPa至30kPa之间时，将该土体划分为复合土层；土体的粘聚力小于10kPa时，将该土体划分为硬岩土层。
以内摩擦角的参数为标准，土体的内摩擦角小于15°时，将该土体划分为软粘土层；土体的内摩擦角在15°至25°之间时，将该土体划分为复合土层；土体的内摩擦角大于25°时，将该土体划分为硬岩土层。
以塑性指数的参数为标准，土体的塑性指数大于10时，将该土体划分为软粘土层；土体的塑性指数在0至10之间时，将该土体划分为复合土层；土体的塑性指数为0时，将该土体划分为硬岩土层。接着执行步骤S12。
执行步骤S12，准备改良添加剂。改良添加剂包括膨润土和泡沫剂，其中：
膨润土的标准及配比为，膨润土原料标准选用钠基膨润土，用200目筛进行筛滤，筛余率小于95％，该膨润土的膨胀率为18mL/g至26mL/g；将膨润土加水制成膨润土泥浆，膨润土泥浆的配比为：膨润土200kg，水850L；膨润土泥浆的性能指标为粘度大于30s，比重小于1.05g/cm3。
泡沫剂的标准及配比为，泡沫剂原料标准为温度20℃时密度小于1.05g/cm3，该泡沫剂在浓度为5％时的PH值是7至7.5，凝固点是-10℃；将该泡沫剂加水制成泡沫，泡沫的配比为为：泡沫剂3，水97，泡沫中泡沫剂的浓度为3％。接着执行步骤S13。
执行步骤S13，对不同的土体采用对应的改良方法进行土体改良。
在盾构掘进时，对不同的土体使用不同参数的膨润土泥浆和泡沫进行土体改良，结合表1所示的土体改良施工参数进行说明，具体为：
对软粘土层，于刀盘正面注入泡沫，泡沫的发泡率为15％，注入率为50％，注入压力为0.1MPa至0.15MPa；
对硬岩土层，于刀盘正面注入泡沫，泡沫的发泡率为30％至40％，注入率为150％至200％，注入压力为0.16MPa至0.22MPa；于土仓内注入膨润土泥浆，膨润土泥浆的粘度大于30s，比重小于1.05g/cm3，注入率为5％至10％；
对复合土层，于刀盘正面注入泡沫，泡沫的发泡率为20％，注入率为50％至150％，注入压力为0.1MPa至0.2MPa；于土仓内注入膨润土泥浆，膨润土泥浆的粘度大于30s，比重小于1.05g/cm3，注入率为5％。上述参数在施工过程中，可以根据需要推进的速度大小进行微调。
表1土体改良施工参数
一般地，在盾构掘进的同时，通过泡沫泵及刀盘主轴内的预留管路对刀盘正面不同开挖点位置进行泡沫的注入改良，泡沫注入孔布置于刀盘正面中心点、中圈以及外圈位置，在掘进过程中可根据实际掘进土质及盾构施工参数，对泡沫注入量及位置进行设定，以满足盾构施工参数在正常的可控制范围内。土仓内加入膨润土泥浆，通过在刀盘内侧装配搅拌叶，在盾构掘进过程中，搅拌叶随刀盘一同转动同时与土仓内壁的固定叶片作用，对土仓内土体和膨润土泥浆进行混合搅拌，实现土体的改良。
采用本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法进行土压平衡式盾构掘进施工时效果监测结果如表2所示。
| 土层 | 土体坍落度 | 刀盘扭矩 | 总推力 |
| 软粘土层 | 2～5cm | 2000～2500KN.m | <8000KN |
| 复合土层 | 3～7cm | 2500～3000KN.m | <10000KN |
| 硬岩土层 | 6～10cm | 2500～3000KN.m | <10000KN |
表2土体改良后的施工效果
本发明复合地层盾构掘进土体改良施工方法的有益效果为：
提供了不同土层的划分标准，将包括两种或两种以上差异土层划分出来，再针对每一不同的土层进行对应的改良措施。
提供了不同改良添加剂材料的使用参数及配比，而且针对不同土层给出了对应的参数及配比，有效解决了包括两种或两种以上差异土层进行土体改良的问题。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种复合地层盾构掘进土体改良施工方法，其特征在于，包括：
盾构掘进前，对待掘进的土体按土质情况进行划分，将待掘进的土体划分为软粘土层、复合土层以及硬岩土层；
对待掘进的土体按土质情况进行划分按如下参数实施：
软粘土层，粘聚力大于30kPa，内摩擦角小于15°，塑性指数大于10；
复合土层，粘聚力在10kPa至30kPa之间，内摩擦角在15°至25°之间，塑性指数在1至10之间；
硬岩土层，粘聚力小于10kPa，内摩擦角大于25°，塑性指数为0；
制备改良添加剂，所述改良添加剂包括膨润土和泡沫剂；在所述膨润土中加水，以200Kg:850L的比例进行配比，形成膨润土泥浆；所述泡沫剂的密度小于1.05g/cm3，将所述泡沫剂和水，以3:97的比例进行配比，形成泡沫；以及
盾构掘进时，对不同的土体使用不同参数的所述改良添加剂进行土体改良，其中：
对所述软粘土层，于刀盘正面注入泡沫，所述泡沫的发泡率为15％，注入率为50％，注入压力为0.1MPa至0.15MPa；
对所述硬岩土层，于刀盘正面注入泡沫，所述泡沫的发泡率为30％至40％，注入率为150％至200％，注入压力为0.16MPa至0.22MPa；于土仓内注入膨润土泥浆，所述膨润土泥浆的粘度大于30s，比重小于1.05g/cm3，注入率为5％至10％；
对所述复合土层，于刀盘正面注入泡沫，所述泡沫的发泡率为20％，注入率为50％至150％，注入压力为0.1MPa至0.2MPa；于土仓内注入膨润土泥浆，所述膨润土泥浆的粘度大于30s，比重小于1.05g/cm3，注入率为5％。
2.如权利要求1所述的复合地层盾构掘进土体改良施工方法，其特征在于，所述膨润土为钠基膨润土，形成所述膨润土泥浆前，将所述钠基膨润土用200目筛过滤，筛余率小于95％，所述钠基膨润土的膨胀率为18mL/g至26mL/g。
3.如权利要求1所述的复合地层盾构掘进土体改良施工方法，其特征在于，所述泡沫剂的标准为浓度5％时的PH值为7至7.5，凝固点为-10℃。
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