CN114320322B - 一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法 - Google Patents

一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114320322B
CN114320322B CN202111591502.2A CN202111591502A CN114320322B CN 114320322 B CN114320322 B CN 114320322B CN 202111591502 A CN202111591502 A CN 202111591502A CN 114320322 B CN114320322 B CN 114320322B
Authority
CN
China
Prior art keywords
soil
modifier
slag
shield
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111591502.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114320322A (zh
Inventor
刘朋飞
杨钊
王树英
陈培帅
许超
高如超
刘�文
熊栋栋
贺创波
钟涵
张飞雷
宋相帅
温博为
孙恒
杨志勇
姬付全
袁青
江鸿
黄威
李德杰
罗会武
刘东军
钟航
余俊
刘杰
谭啸峰
吴道沅
张道彬
徐少红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
CCCC Second Harbor Engineering Co
Original Assignee
Central South University
CCCC Second Harbor Engineering Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University, CCCC Second Harbor Engineering Co filed Critical Central South University
Priority to CN202111591502.2A priority Critical patent/CN114320322B/zh
Publication of CN114320322A publication Critical patent/CN114320322A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114320322B publication Critical patent/CN114320322B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Abstract

本发明公开了一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法，包括：S1、确定最优的渣土改良剂；S2、确定渣土改良参数：向风化花岗岩土样中加入水和步骤S1确定的渣土改良剂，配置不同含水率和改良剂注入比的土样，进行坍落度试验和粘稠指数测定，以渣土改良剂注入比‑含水率为坐标绘制数据点，以坍落度值在5～15cm之间的数据点所在的区域为改良区域A，以粘稠指数小于0.6的数据点所在区域为改良区域B，选取改良区域A和改良区域B相交的区域为渣土改良区域，所述渣土改良区域对应的参数为渣土改良参数；S3、确定盾构改良参数；S4、改良效果验证。本发明能够减少盾构因结“泥饼”而开仓的频率，提高盾构掘进效率。

Description

一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法
技术领域
本发明涉及盾构渣土改良领域。更具体地说，本发明涉及一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法。
背景技术
由于施工安全快捷，土压平衡盾构已广泛应用于城市地铁施工。在土压平衡盾构施工过程中，刀具切削下来的渣土进入盾构机土仓内，用来平衡掌子面的水土压力，保持掌子面稳定，防止地表发生沉降。当盾构在黏性地层中掘进时，若地层含水率较低，渣土易粘附在盾构刀盘、刀具、螺旋输送机等位置，造成盾构结“泥饼”，使盾构推力增大、掘进速度降低、刀具磨损加快，严重影响施工效率。
目前常用的方法就是采用化学试剂改良渣土，使其具有较小的抗剪强度、良好的流塑性以及较低的粘附性，既要保证土压平衡盾构不能结“泥饼”，又要确保渣土能够顺畅排出。渣土改良剂通过一系列物理化学作用改变渣土的性质，在风化花岗岩地层主要采用分散性泡沫剂改良渣土，但由于每种改良剂的化学成分不同，导致改良剂作用效果也不尽相同。目前市场上渣土改良剂的种类繁多，尚未有统一的渣土改良选型方法，而现场确定渣土改良参数也是基于已有经验和试错法。另一方面，全风化或强风化混合花岗岩地层中黏粒含量高，且黏粒处于可塑或者硬塑状态，黏性较大，盾构在此地层中掘进时发生结“泥饼”风险较高。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法，包括：
S1、确定最优的渣土改良剂：将不同类型的多种渣土改良剂分别与风化花岗岩土样混合得到对应的混合土样，测定各混合土样相对风化花岗岩土样的液限减少量，选取液限减小量最大的混合土样对应的渣土改良剂为最优的渣土改良剂；
S2、确定渣土改良参数：向风化花岗岩土样中加入水和步骤S1确定的渣土改良剂，配置不同含水率和改良剂注入比的土样，进行坍落度试验和粘稠指数测定，以渣土改良剂注入比-含水率为坐标绘制数据点，以坍落度值在5～15cm之间的数据点所在的区域为改良区域A，以粘稠指数小于0.6的数据点所在区域为改良区域B，选取改良区域A和改良区域B相交的区域为渣土改良区域，所述渣土改良区域对应的参数为渣土改良参数；
S3、确定盾构改良参数：根据风化花岗岩土样的自然含水率，参照步骤S2确定的渣土改良参数，计算当前掘进速度下盾构机内改良剂注入流量和注水流量；
S4、改良效果验证：调整步骤S3确定的盾构改良参数之后，进行盾构掘进至少10min后，取盾构机排出的渣土进行现场坍落度试验，根据坍落度试验结果再次调整盾构改良参数，继续盾构掘进至少10min，重复坍落度试验，直至得到的坍落度值处于5～15cm。
优选的是，所述步骤S1具体为：
S1-1、在现场基坑施工过程中取风化花岗岩地层土样，干燥后进行筛分，取三份粒径小于0.5mm的土样加水润湿，使三份土样的含水率分别位于塑限、液限和二者之间，然后密封24h；
S1-2、将渣土改良剂经泡沫发生器产生的泡沫按照一定注入比分别加入步骤S1-1得到三份土样中，搅拌均匀后立即采用液塑限联合测定仪测定混合土样的液限；
S1-3、改变渣土改良剂注入比和渣土改良剂种类，重复步骤S1-1和步骤S1-2得到风化花岗岩土样在不同改良剂作用下在不同渣土改良剂注入比时的液限变化曲线，对比在相同渣土改良剂注入比条件下不同种类渣土改良剂对风化花岗岩土样的液限减小量，选取液限减小量最大的混合土样对应的渣土改良剂为最优的渣土改良剂。
优选的是，改良区域A具体通过以下步骤确定：
S2-1、在现场基坑施工过程中取风化花岗岩地层土样，将土样烘干并锤散，取多份土样，向其中加入不同质量的水和步骤S1中确定的最优的渣土改良剂，配置具有不同含水率和不同渣土改良剂注入比的多份土样；
S2-2、对步骤S2-1配置的各土样进行坍落度试验，测定各土样坍落度值；
S2-3、以含水率为横坐标，渣土改良剂注入比为纵坐标绘制各试验数据点，选取坍落度值在5～15cm区间内的试验数据点，将边界处的散点采用平滑曲线连接，此区域即为改良区域A。
优选的是，改良区域B具体通过以下步骤确定：
S2-4、确定风化花岗岩地层土样中粒径大于0.5mm的颗粒的总吸水率wa；
S2-5、计算步骤S2-1配置的各土样中粒径小于0.5mm的颗粒的粘稠指数Ifc，
式中(1)：wfl为土样加入渣土改良剂后粒径小于0.5mm的颗粒的液限，ws为加入土样加入最优的渣土改良剂后的含水率，Ifp为土样加入最优的渣土改良剂后粒径小于0.5mm的颗粒的塑性指数；
S2-6、在步骤S2-3建立的坐标系中，选取Ifc小于0.6的各土样对应的含水率和渣土改良剂注入比的数据点，将边界处的散点采用平滑曲线连接，此区域即为改良区域B。
优选的是，步骤S2-4中还包括在现场基坑施工过程中取风化花岗岩地层土样，干燥后进行筛分，确定粒径大于0.5mm的各组颗粒质量占比a以及粒径大于0.5mm的各组颗粒的吸水率，再计算粒径大于0.5mm的颗粒的总吸水率wa。
优选的是，采用烘干法测定S2-1配置的加入最优的渣土改良剂后的各土样的含水率ws。
优选的是，步骤S3具体为：在基坑施工过程中取风化混合花岗岩地层土样，将土样烘干并锤散，取多份土样，在各土样中加入不同质量的水得到不同含水率的土样，测定不同含水率的土样的坍落度值，并确定坍落度分别为5cm和15cm对应的含水率wn和wm；当风化花岗岩土样的自然含水率wz小于wn时，参照步骤S2确定的渣土改良参数，计算当前掘进速度下盾构机内改良剂注入流量和注水流量。
优选的是，步骤S4中，调整盾构机的改良剂注入流量和注水流量后，进行盾构掘进，当盾构掘进至少10min之后，取盾构机运输皮带上的渣土进行坍落度试验，若坍落度值为5～15cm，则满足盾构掘进要求；若坍落度值小于5cm，则增大改良剂注入流量和注水流量，重复坍落度试验，直至坍落度值达到5～15cm；若坍落度值大于15cm，则减小改良剂注入流量和注水流量，重复坍落度试验，直至坍落度值达到5～15cm。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明首先确定最优的渣土改良剂，然后分别采用坍落度和粘稠指数评价渣土的流塑性和结“泥饼”风险，再在满足渣土流塑性要求和“泥饼”预防要求的基础上确定渣土改良参数，并将渣土改良参数换算成盾构改良参数，通过测试现场渣土的坍落度值调节盾构改良参数，最终使渣土达到合适的改良状态，减少盾构因结“泥饼”而开仓的频率，提高盾构掘进效率，增加盾构掘进速度，进而缩短施工工期，还可以减少盾构刀具磨损和更换刀具频率，节约施工成本。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的渣土改良方法流程图；
图2为本发明所述的渣土改良方法中渣土改良区域示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法，包括：
S1、确定最优的渣土改良剂：将不同类型的多种渣土改良剂分别与风化花岗岩土样混合得到对应的混合土样，测定各混合土样相对风化花岗岩土样的液限减少量，选取液限减小量最大的混合土样对应的渣土改良剂为最优的渣土改良剂；
S2、确定渣土改良参数：向风化花岗岩土样中加入水和步骤S1确定的渣土改良剂，配置不同含水率和改良剂注入比的土样，进行坍落度试验和粘稠指数测定，以渣土改良剂注入比-含水率为坐标绘制数据点，以坍落度值在5～15cm之间的数据点所在的区域为改良区域A，以粘稠指数小于0.6的数据点所在区域为改良区域B，选取改良区域A和改良区域B相交的区域C为渣土改良区域，所述渣土改良区域对应的参数为渣土改良参数；
S3、确定盾构改良参数：根据风化花岗岩土样的自然含水率，参照步骤S2确定的渣土改良参数，计算当前掘进速度下盾构机内改良剂注入流量和注水流量；
S4、改良效果验证：调整步骤S3确定的盾构改良参数之后，进行盾构掘进至少10min后，取盾构机排出的渣土进行现场坍落度试验，根据坍落度试验结果再次调整盾构改良参数，继续盾构掘进至少10min，重复坍落度试验，直至得到的坍落度值处于5～15cm。
在这种技术方案中，土压平衡盾构掘进时渣土改良本质是渣土改良剂通过物理和化学作用改变渣土的物理力学性质，从而满足盾构施工的要求。渣土改良剂首先能够改变渣土自身的性质，进一步影响其在不同状态下的参数，如抗剪强度、压缩系数等，因此需要能够反映土自身属性的参数来表征改良剂与渣土的相互作用，而液限作为一个仅与渣土自身性质(如矿物成分、颗粒级配等)相关的参数，可作为表征渣土改良剂对渣土作用效果的量值。当改良剂加入土样中后将会改变其液限，而液限减小量则能够表征改良剂的作用效果，因此在步骤S1中选取液限减小量最大的混合土样对应的渣土改良剂为最优的渣土改良剂；
步骤S2中确定渣土改良参数，以使得全风化或强风化混合花岗岩中渣土改良既要满足排渣的需求，使渣土能够从螺旋输送机中顺利排出，又要满足预防结“泥饼”的要求。为保证渣土能够顺利排出，盾构渣土要具有合适的流塑性，渣土在满足流塑性的前提下，也需要满足盾构“泥饼”预防要求，即渣土的粘稠指数小于0.6。其中渣土流塑性通过对不同含水率和渣土改良剂注入比的风化花岗岩土样进行坍落度试验进行确定，即向风化花岗岩土样中加入水和步骤S1确定的渣土改良剂，配置不同含水率和改良剂注入比的土样，进行坍落度试验，以渣土改良剂注入比-含水率为坐标绘制数据点，以坍落度值在5～15cm之间的数据点所在的区域为满足渣土流塑性要求的改良区域A；另一方面，通过向风化花岗岩土样中加入水和步骤S1确定的渣土改良剂，配置不同含水率和改良剂注入比的土样，测定土样粘稠指数，以粘稠指数小于0.6的数据点所在区域为满足预防结“泥饼”要求的改良区域B。然后选取改良区域A和改良区域B相交的区域C为渣土改良区域，所述渣土改良区域对应的参数为渣土改良参数，如图2所示。
步骤S3中通过步骤S2中确定的渣土改良参数换算成盾构改良参数，根据风化花岗岩土样的自然含水率，参照步骤S2确定的渣土改良参数，计算当前掘进速度下盾构机内改良剂注入流量和注水流量；计算方法具体为：
盾构每掘进一环排出渣土体积Vs为：
式中：Vs为排渣体积，κ为松散系数，D为盾构开挖直径，L为管片长度。
每环所需泡沫体积Vf为：
Vf＝Vs·FIR (3)
通过换算即可得到盾构机内泡沫流量Qf与掘进速度v关系为：
式中：Qf为泡沫流量，v为盾构掘进速度，FIR为渣土改良剂注入比，nf为注入泡沫的管路数。
同理可得盾构机内注水流量Qw与掘进速度v关系为：
式中：w为渣土改良目标含水率，wz为渣土自然含水率，γ为开挖前隧道所在地层的重度，γw为水的重度，nw为注水的管路数。
然后在步骤S4中通过现场测试渣土的坍落度值进一步调整盾构改良参数，最终使渣土达到合适的改良状态，改良方法流程图如图1所示。
在另一种实施例中，所述步骤S1具体为：
S1-1、在现场基坑施工过程中取风化花岗岩地层土样，干燥后进行筛分，取三份粒径小于0.5mm的土样加水润湿，使三份土样的含水率分别位于塑限、液限和二者之间，然后密封24h；
S1-2、将渣土改良剂经泡沫发生器产生的泡沫按照一定注入比分别加入步骤S1-1得到三份土样中，搅拌均匀后立即采用液塑限联合测定仪测定混合土样的液限；
S1-3、改变渣土改良剂注入比和渣土改良剂种类，重复步骤S1-1和步骤S1-2得到风化花岗岩土样在不同改良剂作用下在不同渣土改良剂注入比时的液限变化曲线，对比在相同渣土改良剂注入比条件下不同种类渣土改良剂对风化花岗岩土样的液限减小量，选取液限减小量最大的混合土样对应的渣土改良剂为最优的渣土改良剂。
在这种技术方案中，液限表示土由流塑状态转入可塑状态时的界限含水率，一般采用落锥法测定细颗粒土的液塑限，《土工试验方法标准》(GB/T 50123-2019)规定76g圆锥锥入深度为17mm时土样的含水率为液限。采用液塑限联合测定仪可以测得的土样最大粒径为0.5mm，而渣土改良剂也主要是作用于黏性土中的细颗粒以改变其物理力学性质，因此采用风化混合花岗岩地层中小于0.5mm的颗粒即可判定渣土改良剂的作用效果。在步骤S1-1中，在现场基坑施工过程中，取风化混合花岗岩地层土样，在105℃环境下烘干24h后，采用橡胶锤将聚团土颗粒锤散，但在锤击过程中应保证不能破坏原有土颗粒；将锤散后的土颗粒过0.5mm筛，取三份过筛土样加水润湿后密封24h，保证三份土样的含水率分别位于塑限、液限和二者之间；在步骤S1-2中，将渣土改良剂经泡沫发生器产生的泡沫按照一定注入比加入到土样中，搅拌均匀后立即采用液塑限联合测定仪测定锥入度，记录锥入深度，并取圆锥附近的试样测定含水率，根据锥入度和含水率即可得到加入当前的渣土改良剂后土样的液限；然后在步骤S1-3中，改变渣土改良剂注入比和渣土改良剂种类，重复以上步骤即可得到土样在不同的渣土改良剂分别作用下不同注入比时的液限变化曲线，对比在相同注入比条件下不同种类渣土改良剂对土样的液限减小量，减小量越大，表明渣土改良剂的作用效果越明显，据此即可确定该地层的最优的渣土改良剂。
在另一种实施例中，改良区域A具体通过以下步骤确定：
S2-1、在现场基坑施工过程中取风化花岗岩地层土样，将土样烘干并锤散，取多份土样，向其中加入不同质量的水和步骤S1中确定的最优的渣土改良剂，配置具有不同含水率和不同渣土改良剂注入比的多份土样；
S2-2、对步骤S2-1配置的各土样进行坍落度试验，测定各土样坍落度值；
S2-3、以含水率为横坐标，渣土改良剂注入比为纵坐标绘制各试验数据点，选取坍落度值在5～15cm区间内的试验数据点，将边界处的散点采用平滑曲线连接，此区域即为改良区域A。
在另一种实施例中，改良区域B具体通过以下步骤确定：
S2-4、确定风化花岗岩地层土样中粒径大于0.5mm的颗粒的总吸水率wa；
S2-5、计算步骤S2-1配置的各土样中粒径小于0.5mm的颗粒的粘稠指数Ifc，
式中(1)：wfl为土样加入渣土改良剂后粒径小于0.5mm的颗粒的液限，ws为加入土样加入最优的渣土改良剂后的含水率，Ifp为土样加入最优的渣土改良剂后粒径小于0.5mm的颗粒的塑性指数；
S2-6、在步骤S2-3建立的坐标系中，选取Ifc小于0.6的各土样对应的含水率和渣土改良剂注入比的数据点，将边界处的散点采用平滑曲线连接，此区域即为改良区域B。
在这种技术方案中，渣土的粘稠指数Ic的计算方法如公式(6)所示：
式中：wl为土样的液限，w为土样含水率，Ip为土样的塑性指数。由公式(6)可知，渣土的粘稠指数主要由液限、塑性指数和含水率确定，采用液塑限联合测定仪可以测得的土样最大粒径为0.5mm，因此只有小于0.5mm的颗粒才能够得到粘稠指数。在土压平衡盾构施工过程中，引起盾构结“泥饼”的颗粒主要是黏性较大的粉黏粒，因此只需风化混合花岗岩渣土中小于0.5mm的颗粒粘稠指数小于0.6，即可满足盾构“泥饼”预防的要求。但在得到小于0.5mm颗粒的含水率时，需要扣除大于0.5mm颗粒吸收的水分，因此首先在步骤S2-4中确定大于0.5mm颗粒的吸水率，然后再在通过式(1)计算各土样中粒径小于0.5mm的颗粒的粘稠指数Ifc，选取Ifc小于0.6的各土样对应的含水率和渣土改良剂注入比的数据点，将边界处的散点采用平滑曲线连接，此区域即为改良区域B。
在另一种实施例中，步骤S2-4中还包括在现场基坑施工过程中取风化花岗岩地层土样，干燥后进行筛分，确定粒径大于0.5mm的各组颗粒质量占比a以及粒径大于0.5mm的各组颗粒的吸水率，再计算粒径大于0.5mm的颗粒的总吸水率wa。
在另一种实施例中，采用烘干法测定S2-1配置的加入最优的渣土改良剂后的各土样的含水率ws。考虑到渣土改良剂中自身也包含一定的水份，因此在计算粘稠度时，使用加入渣土改良剂后的各土样的含水率ws。
在另一种实施例中，步骤S3具体为：在基坑施工过程中取风化混合花岗岩地层土样，将土样烘干并锤散，取多份土样，在各土样中加入不同质量的水得到不同含水率的土样，测定不同含水率的土样的坍落度值，并确定坍落度分别为5cm和15cm对应的含水率wn和wm；当风化花岗岩土样的自然含水率wz小于wn时，参照步骤S2确定的渣土改良参数，计算当前掘进速度下盾构机内改良剂注入流量和注水流。
在这种技术方案中，当风化混合花岗岩地层土样的自然含水率wz小于wn时，表明渣土需要加水和渣土改良剂，改良后的渣土含水率w应介于wn～wm范围内，而需要的渣土改良剂注入比FIR根据步骤2中确定的渣土改良区域对应的渣土改良参数确定，并据此计算当前掘进速度下盾构机内改良剂注入流量和注水流量，实现对渣土的改良；当风化混合花岗岩地层土样的自然含水率wz在wn～wm范围内时，此时渣土状态良好，无需或仅采用少量渣土改良剂进行改良，而需要的渣土改良剂注入比FIR根据步骤2中确定的渣土改良区域对应的渣土改良参数确定，并据此计算当前掘进速度下盾构机内改良剂注入流量和注水流量；由于现实地层中不存在风化混合花岗岩地层土样的自然含水率wz大于wm的情况，因此这一情况暂不考虑。
在另一种实施例中，步骤S4中，调整盾构机的改良剂注入流量和注水流量后，进行盾构掘进，当盾构掘进至少10min之后，取盾构机运输皮带上的渣土进行坍落度试验，若坍落度值为5～15cm，则满足盾构掘进要求；若坍落度值小于5cm，则增大改良剂注入流量和注水流量，重复坍落度试验，直至坍落度值达到5～15cm；若坍落度值大于15cm，则减小改良剂注入流量和注水流量，重复坍落度试验，直至坍落度值达到5～15cm。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法，其特征在于，包括：
S1、确定最优的渣土改良剂：将不同类型的多种渣土改良剂分别与风化花岗岩土样混合得到对应的混合土样，测定各混合土样相对风化花岗岩土样的液限减少量，选取液限减小量最大的混合土样对应的渣土改良剂为最优的渣土改良剂；
S2、确定渣土改良参数：向风化花岗岩土样中加入水和步骤S1确定的渣土改良剂，配置不同含水率和改良剂注入比的土样，进行坍落度试验和粘稠指数测定，以渣土改良剂注入比-含水率为坐标绘制数据点，以坍落度值在5～15cm之间的数据点所在的区域为改良区域A，以粘稠指数小于0.6的数据点所在区域为改良区域B，选取改良区域A和改良区域B相交的区域C为渣土改良区域，所述渣土改良区域对应的参数为渣土改良参数；
S3、确定盾构改良参数：根据风化花岗岩土样的自然含水率wz，参照步骤S2确定的渣土改良参数，计算当前掘进速度下盾构机内改良剂注入流量和注水流量；
S4、改良效果验证：调整步骤S3确定的盾构改良参数之后，进行盾构掘进至少10min后，取盾构机排出的渣土进行现场坍落度试验，根据坍落度试验结果再次调整盾构改良参数，继续盾构掘进至少10min，重复坍落度试验，直至得到的坍落度值处于5～15cm；
改良区域A具体通过以下步骤确定：
S2-1、在现场基坑施工过程中取风化花岗岩地层土样，将土样烘干并锤散，取多份土样，向其中加入不同质量的水和步骤S1中确定的最优的渣土改良剂，配置具有不同含水率和不同渣土改良剂注入比的多份土样；
S2-2、对步骤S2-1配置的各土样进行坍落度试验，测定各土样坍落度值；
S2-3、以含水率为横坐标，渣土改良剂注入比为纵坐标绘制各试验数据点，选取坍落度值在5～15cm区间内的试验数据点，将边界处的散点采用平滑曲线连接，此区域即为改良区域A；
改良区域B具体通过以下步骤确定：
S2-4、确定风化花岗岩地层土样中粒径大于0.5mm的颗粒的总吸水率wa；
S2-5、计算步骤S2-1配置的各土样中粒径小于0.5mm的颗粒的粘稠指数Ifc，
式中(1)：wfl为土样加入渣土改良剂后粒径小于0.5mm的颗粒的液限，ws为加入土样加入最优的渣土改良剂后的含水率，Ifp为土样加入最优的渣土改良剂后粒径小于0.5mm的颗粒的塑性指数；
S2-6、在步骤S2-3建立的坐标系中，选取Ifc小于0.6的各土样对应的含水率和渣土改良剂注入比的数据点，将边界处的散点采用平滑曲线连接，此区域即为改良区域B。
2.如权利要求1所述的风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
S1-1、在现场基坑施工过程中取风化花岗岩地层土样，干燥后进行筛分，取三份粒径小于0.5mm的土样加水润湿，使三份土样的含水率分别位于塑限、液限和二者之间，然后密封24h；
S1-2、将渣土改良剂经泡沫发生器产生的泡沫按照一定注入比分别加入步骤S1-1得到三份土样中，搅拌均匀后立即采用液塑限联合测定仪测定混合土样的液限；
S1-3、改变渣土改良剂注入比和渣土改良剂种类，重复步骤S1-1和步骤S1-2得到风化花岗岩土样在不同改良剂作用下在不同渣土改良剂注入比时的液限变化曲线，对比在相同渣土改良剂注入比条件下不同种类渣土改良剂对风化花岗岩土样的液限减小量，选取液限减小量最大的混合土样对应的渣土改良剂为最优的渣土改良剂。
3.如权利要求1所述的风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法，其特征在于，步骤S2-4中还包括在现场基坑施工过程中取风化花岗岩地层土样，干燥后进行筛分，确定粒径大于0.5mm的各组颗粒质量占比a以及粒径大于0.5mm的各组颗粒的吸水率，再计算粒径大于0.5mm的颗粒的总吸水率wa。
4.如权利要求1所述的风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法，其特征在于，采用烘干法测定S2-1配置的加入最优的渣土改良剂后的各土样的含水率ws。
5.如权利要求1所述的风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法，其特征在于，步骤S3具体为：在基坑施工过程中取风化混合花岗岩地层土样，将土样烘干并锤散，取多份土样，在各土样中加入不同质量的水得到不同含水率的土样，测定不同含水率的土样的坍落度值，并确定坍落度分别为5cm和15cm对应的含水率wn和wm；当风化花岗岩土样的自然含水率wz小于wn时，参照步骤S2确定的渣土改良参数，计算当前掘进速度下盾构机内改良剂注入流量和注水流量。
6.如权利要求1所述的风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法，其特征在于，步骤S4中，调整盾构机的改良剂注入流量和注水流量后，进行盾构掘进，当盾构掘进至少10min之后，取盾构机运输皮带上的渣土进行坍落度试验，若坍落度值为5～15cm，则满足盾构掘进要求；若坍落度值小于5cm，则增大改良剂注入流量和注水流量，重复坍落度试验，直至坍落度值达到5～15cm；若坍落度值大于15cm，则减小改良剂注入流量和注水流量，重复坍落度试验，直至坍落度值达到5～15cm。
CN202111591502.2A 2021-12-23 2021-12-23 一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法 Active CN114320322B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111591502.2A CN114320322B (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111591502.2A CN114320322B (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114320322A CN114320322A (zh) 2022-04-12
CN114320322B true CN114320322B (zh) 2023-07-21

Family

ID=81054712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111591502.2A Active CN114320322B (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114320322B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117147779A (zh) * 2023-11-01 2023-12-01 中铁九局集团第四工程有限公司 一种适用于粘土地层盾构施工的渣土改良方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002147171A (ja) * 2000-11-10 2002-05-22 Toda Constr Co Ltd 掘削土改良方法
JP2004124620A (ja) * 2002-10-07 2004-04-22 Taisei Corp 掘削土砂の改質方法
CN104453923A (zh) * 2014-10-21 2015-03-25 中南大学 一种以泡沫为添加剂的粘性地层土压平衡盾构渣土改良参数的选取方法
JP2017218781A (ja) * 2016-06-07 2017-12-14 清水建設株式会社 土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機
JP2018071182A (ja) * 2016-10-28 2018-05-10 清水建設株式会社 土圧式シールド工法の施工管理方法、施工管理装置および土圧式シールド掘削機
CN110656943A (zh) * 2018-06-28 2020-01-07 中南大学 一种盾构砂性渣土改良能力提升及参数确定方法
CN111881550A (zh) * 2020-06-16 2020-11-03 中建五局土木工程有限公司 基于掘进能量的土压平衡盾构渣土改良效果评价方法
CN112031793A (zh) * 2020-08-28 2020-12-04 中铁九局集团第七工程有限公司 一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法
CN113775345A (zh) * 2021-09-01 2021-12-10 浙江杭海城际铁路有限公司 一种联络通道顶管机施工粉砂土层中全断面渣土改良方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102359925B (zh) * 2011-07-14 2012-12-26 北京工业大学 成套土压平衡盾构施工土体改良试验方法
CN105201520A (zh) * 2015-09-09 2015-12-30 北京市市政四建设工程有限责任公司 砂卵石地层土压平衡盾构施工渣土改良工艺

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002147171A (ja) * 2000-11-10 2002-05-22 Toda Constr Co Ltd 掘削土改良方法
JP2004124620A (ja) * 2002-10-07 2004-04-22 Taisei Corp 掘削土砂の改質方法
CN104453923A (zh) * 2014-10-21 2015-03-25 中南大学 一种以泡沫为添加剂的粘性地层土压平衡盾构渣土改良参数的选取方法
JP2017218781A (ja) * 2016-06-07 2017-12-14 清水建設株式会社 土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機
JP2018071182A (ja) * 2016-10-28 2018-05-10 清水建設株式会社 土圧式シールド工法の施工管理方法、施工管理装置および土圧式シールド掘削機
CN110656943A (zh) * 2018-06-28 2020-01-07 中南大学 一种盾构砂性渣土改良能力提升及参数确定方法
CN111881550A (zh) * 2020-06-16 2020-11-03 中建五局土木工程有限公司 基于掘进能量的土压平衡盾构渣土改良效果评价方法
CN112031793A (zh) * 2020-08-28 2020-12-04 中铁九局集团第七工程有限公司 一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法
CN113775345A (zh) * 2021-09-01 2021-12-10 浙江杭海城际铁路有限公司 一种联络通道顶管机施工粉砂土层中全断面渣土改良方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良技术;叶新宇;王树英;阳军生;肖超;周纯择;;铁道科学与工程学报(第09期);全文 *
粉质黏土地层土压平衡盾构渣土改良技术;杨洪希,黄伟,王树英等;隧道与地下工程灾害防治;第2卷(第2期);76-82页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114320322A (zh) 2022-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110130300B (zh) 采用剪切波速确定夯/压实填土层承载力特征值的方法
Peila et al. Soil conditioning in EPB shield tunnelling–An overview of laboratory tests
CN107807520B (zh) 一种确定粗粒料填筑指标与现场质量控制的方法
CN114320322B (zh) 一种风化花岗岩地层土压平衡盾构渣土改良方法
CN109344556A (zh) 一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法
CN110656943B (zh) 一种盾构砂性渣土改良能力提升及参数确定方法
CN112131804B (zh) 一种劈裂-挤压注浆过程模拟的dem分析方法
CN107909255B (zh) 一种基于云模型的帷幕灌浆效果模糊综合评价方法
Wu et al. Discrete element simulation of mechanical characteristic of conditioned sands in earth pressure balance shield tunneling
Simmons et al. Shear strength framework for design of dumped spoil slopes for open pit coal mines
Todaro et al. Soil conditioning tests of clay for EPB tunnelling
CN106812118A (zh) 一种用于掺砾土料级配控制方法
CN111738616A (zh) 一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法
CN106032755B (zh) 复合地层土压平衡盾构施工添加剂选择及配比方法
CN112627149B (zh) 一种大块石填方地基动力触探试验方法
CN114547740A (zh) 用于估算tbm在掘岩体强度并分级预警的方法
Peila et al. Influence of granulometry, time and temperature on soil conditioning for EPBS applications
Nelson et al. Definition of expansion potential for expansive soil
CN110130301B (zh) 一种确定夯/压实填土层承载力特征值的方法
Dominguez-Quintans et al. A critical assessment of the effect of initial fabric on key small-strain design parameters of slurry-deposited silts and sands
Dafni The analysis of weak rock using the pressuremeter
CN109883887A (zh) 一种公路路基水平注浆可注性测试装置及评价方法
Wittke et al. AJRM as basis for design and construction of more than 70 km of tunnels of the Railway Project Stuttgart‐Ulm
CN116607959A (zh) 一种全地层盾构渣土适配性动态改良方法
CN115935710B (zh) 一种计算心墙堆石坝掺砾黏土心墙料渗透系数、评估渗流安全的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant