高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法技术

本发明专利技术是一种高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，包括如下步骤：(1)查清和收集盾构穿越地层的地质条件；(2)选择几种代表性的复杂地层工况，根据每种工况下各地层在盾构穿越断面所占的比例；(3)将得到的混合后的颗粒粒径分布曲线与现有土压平衡式盾构与地层适应性的粒径分布曲线进行对比，初步估算出高渗透性复杂地层改良过程中需要掺入的细颗粒粒径及掺入量；(4)在现场对盾构穿越的地层进行取样,确定渣土改良外掺剂种类及掺入量。优点:由于考虑复杂地层中粗颗粒地层和细颗粒地层混合效应，相比于只考虑粗颗粒地层渣土改良更符合实际情况，从而有利于降低目前普遍只考虑最不利粗粒地层的渣土改良的成本。

Improvement method of shield pressure chamber in high permeability complex stratum

The invention is a method for improving the residual soil of the shield pressure cabin in high permeability complex strata, including the following steps: (1) to find out and collect the geological conditions of the shield crossing the stratum; (2) select several representative complex formation conditions, according to the proportion of the shield crossing section under each working condition; (3) the mixture will be obtained. The particle size distribution curve is compared with the grain size distribution curve of the existing earth pressure balance shield and the adaptability of the stratum, and the fine particle size and the amount of admixture are estimated in the process of high permeability complex formation. (4) sampling the shield through the ground, and determining the types and incorporation of the modified additive. Quantity. Advantages: considering the mixed effect of coarse and fine granular strata in complex strata, it is more practical to compare the residual soil improvement in coarse-grained stratum, which is beneficial to reducing the cost of residual soil improvement which is generally considered in the most unfavorable coarse grained strata.

【技术实现步骤摘要】
高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法
本专利技术涉及一种高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，属于地下工程施工

技术介绍
土压平衡式盾构掘进时遇到高渗透性地层往往发生螺旋排土器排土口的喷涌，即发生土水分离大量地下水通过压力舱和螺旋排土器排出，导致压力舱的压力陡降、开挖面坍塌、地表塌陷等安全事故频发。因此，盾构穿越高渗透性地层引起了盾构工程界和学术界的高度重视。盾构掘进时，遇到单一的高渗透性粗粒地层的机遇其实是远小于遇到高渗透性粗粒地层加细粒土地层的复杂地层。通常情况下，为了确保盾构掘进的安全，从最不利的角度出发通常选择高渗透性的粗粒地层进行研究，开展渣土改良试验，通常掺入一定量的外掺剂，比如气泡、膨润土泥浆或者钙质的膨润土泥浆（含有一定量的细颗粒土），使之达到塑性流动状态，满足盾构施工的要求，防止喷涌事故发生。由于从最不利的工况出发，往往忽视了真实的情况是盾构掘削下来的是细粒土层和高渗透性的粗粒土层混合渣土，相比于粗粒土将有更多的细颗粒，有更好的级配性。这将有利于充分利用这种复杂地层中细颗粒充填粗颗粒形成的孔隙，有利于降低混合后渣土的渗透性，从而有效降低了粗粒土的改良难度。
技术实现思路
本专利技术提供一种高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，旨在解决土压平衡式盾构穿越含有粗粒土地层和含有细粒土地层的高渗透性复杂地层时，如何更加有效地、经济地改良盾构压力舱内渣土。通过考虑盾构掘削横断面上粗粒土地层和细粒土地层各自占得比例，通过计算得到该断面掘进时盾构压力舱内混合后渣土的粒径分布曲线，与盾构与地层相匹配的粒径分布关系曲线进行比较，初步确定需要掺入细颗粒土的掺入量。从而可以避免只考虑该断面上粗粒土改良带来的浪费和不经济，因为粗粒土改良到塑性流动状态通常需要掺入过多的含细颗粒的细粒土，或者掺入较多的高分子聚合物，不仅材料成本高昂，而且增加了泵送程序影响了盾构掘进效率。本专利技术的技术解决方案：高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)查清和收集盾构穿越地层的基本地质条件，如盾构区间地质纵横断面、主要地层的渗透性和颗粒粒径分布、地下水位埋深、隧道埋深；(2)选择几种代表性的复杂地层工况，根据每种工况下各地层在盾构穿越断面所占的比例，假设盾构掘削断面范围内有M个地层、每种地层可分为n个粒组，计算复杂地层掘削断面渣土混合后的颗粒粒径分布曲线；（1）（2）……式中：A1，A2，…，An——A土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；B1，B2，…，Bn——B土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；……M1，M2，…，Mn——M土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；Z1、Z2、…，Zn——复杂土层混合后的粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；xA，xB，…，xM——A土层、B土层、…、M土层在掘进横断面所占的面积比例（%）;(3)将得到的混合后的颗粒粒径分布曲线与现有土压平衡式盾构与地层适应性的粒径分布曲线进行对比，初步估算出高渗透性复杂地层改良过程中需要掺入的细颗粒粒径及掺入量；(4)在现场对盾构穿越的地层进行取样，在步骤三的基础上进行渣土改良试验，使之达到塑性流动状态，从而精确确定渣土改良外掺剂种类及掺入量。本专利技术的有益效果：本专利技术提出了盾构穿越含有粗粒土和细粒土的高渗透性复杂地层时应考虑两者的混合后细颗粒填充粗颗粒形成的孔隙，使得渣土粒径分布级配更加合理，也更有利于对混合后渣土进行改良，能有效降低通常只考虑粗粒土渣土改良成本，减少大量膨润土和高分子聚合物掺入，不仅有较高的经济效益，而且有利于施工效率的提高。通过多个工程实践的对比分析，充分利用细颗粒土非常有利于这种复杂地层的渣土改良，能够大幅度降低改良成本。附图说明图1是盾构与土层适应性的粒径分布曲线示意图。图2是右线第25环盾构掘进断面土层分布情况示意图。图3是右线第301环盾构掘进断面土层分布情况示意图。图4是右线第25、301环渣土粒径分布曲线示意图。具体实施方式高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，包括如下步骤：(1)查清和收集盾构穿越地层的基本地质条件，如盾构区间地质纵横断面、主要地层的渗透性和颗粒粒径分布、地下水位埋深、隧道埋深；(2)选择几种代表性的复杂地层工况，根据每种工况下各地层在盾构穿越断面所占的比例，假设盾构掘削断面范围内有M个地层、每种地层可分为n个粒组，计算复杂地层掘削断面渣土混合后的颗粒粒径分布曲线；（1）（2）……式中：A1，A2，…，An——A土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；B1，B2，…，Bn——B土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；……M1，M2，…，Mn——M土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；Z1、Z2、…，Zn——复杂土层混合后的粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；xA，xB，…，xM——A土层、B土层、…、M土层在掘进横断面所占的面积比例（%）;(3)将得到的混合后的颗粒粒径分布曲线与现有土压平衡式盾构与地层适应性的粒径分布曲线进行对比，初步估算出高渗透性复杂地层改良过程中需要掺入的细颗粒粒径及掺入量；(4)在现场对盾构穿越的地层进行取样，在步骤三的基础上进行渣土改良试验，使之达到塑性流动状态，从而精确确定渣土改良外掺剂种类及掺入量。所述步骤(2)中，选择代表性的高渗透性复杂地层工况时，主要是针对复杂地层中的粗粒地层占比最大的不利工况和各地层在盾构所掘进的横断面上分布较为典型的工况。所述步骤(4)中的渣土改良试验主要包括渣土的塌落度试验或者跳桌流动度实验、渣土的直接剪切实验和渣土无压渗透实验或者有压渗透试验。所述步骤(4)中的塑性流动状态指的是较低的渗透性、较低的强度和较高的流动性，即渗透性<10-4cm/s，塌落度为150-200mm，普通直剪强度内摩擦角<20°。实施例1广州地铁21号线朱村至象岭区间主要位于广州增城市广汕公路上，起始于庄水村东侧朱村站，之后路继续沿广汕公路向东行进，途中经多个规划路口及暗渠，途径广州大学松田学院于盈园东侧设象岭站，广汕路两边一般为民居及商铺等民用建筑，房屋较密集，多为二至六层高建筑物。盾构穿越地段主要含水层为粉细砂层<3-1>、中粗砂层<3-1>、砾砂层<3-3>、圆砾层<3-4>及粉质黏土层<4N-2>。地下水以孔隙潜水形式赋存，受大气降水及地表水补给，富水性中等。（1）粉细砂层<3-1>呈浅灰色、黄褐色等，饱和，稍密～中密，局部为松散状，主要为细砂、粉砂，含黏粒，级配差。其厚度不均匀，且砂层中黏粒含量较高时，渗透系数选取5.79×10-3cm/s，为中等透水层。（2）中粗砂层<3-2>呈灰黄色、浅灰色等，饱和，稍密～中密，局部为密实状，主要由中砂、粗砂组成，次为细砂，含黏粒，局部夹卵石，级配一般。渗透系数选取1.15×10-2cm/s，为强透水层。（3）砾砂层<3-3>呈褐黄色、灰白色等，饱和，稍密～中本文档来自技高网...

【技术保护点】
高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)查清和收集盾构穿越地层的地质条件，如盾构区间地质纵横断面、主要地层的渗透性和颗粒粒径分布、地下水位埋深、隧道埋深；(2)选择几种代表性的复杂地层工况，根据每种工况下各地层在盾构穿越断面所占的比例，假设盾构掘削断面范围内有M个地层、每种地层可分为n个粒组，计算复杂地层掘削断面渣土混合后的颗粒粒径分布曲线；

【技术特征摘要】
1.高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)查清和收集盾构穿越地层的地质条件，如盾构区间地质纵横断面、主要地层的渗透性和颗粒粒径分布、地下水位埋深、隧道埋深；(2)选择几种代表性的复杂地层工况，根据每种工况下各地层在盾构穿越断面所占的比例，假设盾构掘削断面范围内有M个地层、每种地层可分为n个粒组，计算复杂地层掘削断面渣土混合后的颗粒粒径分布曲线；（1）（2）……式中：A1，A2，…，An——A土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒质量含量（%）；B1，B2，…，Bn——B土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒质量含量（%）；……M1，M2，…，Mn——M土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒质量含量（%）；Z1、Z2、…，Zn——复杂土层混合后的粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒质量含量（%）；xA，xB，…，xM——A土层、B土层、…、M土层在掘进横断面所占的面积比例（%）;(3)将得到的混合后的颗粒粒径分布曲线与现有土压平衡式盾构与地层适应性的粒径分布曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣泰，槐荣国，钟小春，王敏，朱超，陈旭泉，
申请(专利权)人：广州地铁集团有限公司，中铁五局集团有限公司，南京荆慧孚工程咨询有限公司，河海大学，
类型：发明
国别省市：广东,44