一种适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法技术

本发明专利技术公开了一种适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法，包括以下步骤：S1：根据地勘报告确定所穿越的砂卵石地层细颗粒占地层总质量的含量，为实际细颗粒含量；S2：通过砂卵石流动性模型确定临界细颗粒含量；S3：根据实际细颗粒含量和临界细颗粒含量确定改良剂的种类；S4：根据实际细颗粒含量确定改良剂的掺入量；其中：步骤S1、S2以及S3中的细颗粒指的是粒径小于2mm的颗粒；该方法使得具有“三高”特点的砂卵石地层具有良好的流动性，降低盾构机的刀盘扭矩，避免刀盘糊死；渣土得粘度降低，维持掌子面的稳定，控制土方超挖，防止地表塌陷、滞排或喷涌；提高挖掘效率。

An improved method of residual soil flow plasticity for earth pressure shield in sandy pebble stratum

【技术实现步骤摘要】
一种适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法
本专利技术属于土压盾构中的渣土改良
，具体涉及一种适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法。
技术介绍
区间盾构隧道洞身主要穿越Q3fgl+al的高强度卵石土夹透镜体砂层，洞身基本位于卵石土地层中，隧道围岩为Ⅴ级的中密以上卵石土，岩土施工工程分级主要为Ⅳ级。上覆黏性土多为可塑状，所夹砂土部分为液化土层，液化等级轻微；卵石土分选性、均匀性差，抗压强度高，自稳性较差，渗透系数大，透水性强，富水性良好。沿线地下水位随季节变化较大，主要为砂土、卵石土中赋存的孔隙潜水。地下水及人工填土层对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构具微腐蚀性。总体上工程地质条件一般。对于具有“高富水、卵石含量高、卵石强度高”的三高特点的砂卵石地层施工遇到的故障难题由：一是盾构刀盘、刀具磨损严重带来的频繁换刀作业；二是盾构压力舱半舱作业引发的地层塌陷频发；三是压力舱内渣土改良不到位导致的螺旋排土器出口喷涌与压力舱内渣土滞排。分析以上砂卵石地层土压盾构掘进中故障难题的原因，主要还是在于砂卵石渣土改良成流塑性渣土较为困难，因为砂卵石改良困难导致掘进时压力舱渣土必须及时排出，否则容易堆积形成较高强度渣土形成严重滞排；而快速的排出必然导致盾构掘进时存在明显超挖，当超挖到一定程度时，地表坍塌将不可避免。当压力舱改良不到位时，砂卵石的高渗透性无法封堵地层大量的地下水导致喷涌将不可避免；而喷涌带出的泥砂后剩下的粗颗粒将在压力舱和螺旋排土器中堆积形成滞排。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法。本专利技术所采用的技术方案为：一种适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法，包括以下步骤：S1：根据地勘报告确定所穿越的砂卵石地层细颗粒占地层总质量的含量，为实际细颗粒含量；S2：通过砂卵石流动性模型确定临界细颗粒含量；S3：根据实际细颗粒含量和临界细颗粒含量确定改良剂的种类；S4：根据实际细颗粒含量确定改良剂的掺入量；其中：步骤S1、S2以及S3中的细颗粒指的是粒径小于2mm的颗粒。进一步限定，步骤S1中实际细颗粒含量通过地勘报告中的数据绘制的砂卵石地层颗粒级配曲线而得到。进一步限定，步骤S2中临界细颗粒含量的计算方法为：和式中：ρ′s——细颗粒的堆积密度，g/cm3；ρ′g——卵石的堆积密度，g/cm3；ρg——卵石的颗粒密度，g/cm3；n——卵石的孔隙率；α——细颗粒孔隙率系数；——临界细颗粒含量；其中：卵石指的是粒径大于或等于2mm的颗粒。进一步限定，步骤S3中改良剂的种类的确定方法为：当时，改良剂为泡沫剂水溶液或稀膨润土泥浆或两者形成的混合区，其中：稀膨润土泥浆的膨水比为1：(4～6)；当时，改良剂为泡沫剂水溶液或稠膨润土泥浆或两者形成的混合物，稠膨润土泥浆的膨水比为1：(4～6)；当时，改良剂为泡沫剂水溶液和含有聚合物的稠膨润土泥浆形成的混合物；其中：βs——实际细颗粒含量。进一步限定，所述稀膨润土泥浆由钠基膨润土泥浆与水按照体积比1：(4～6)混合而成。进一步限定，所述稠膨润土泥浆由钠基膨润土泥浆与水按照体积比1：(4～6)、质量比为0～60％的细砂以及质量比为1.3％～1.6％的羧甲基纤维素钠混合搅拌而成，其中：质量比等于该物质质量/泥浆质量。进一步限定，所述泡沫剂水溶液由质量比为2.5％～4.0％的泡沫剂和水混合形成。进一步限定，步骤S4的具体步骤为：S4-1：当泥浆的加入量一定时，绘制泡沫剂水溶液的不同掺入量的搅拌扭矩曲线图和塌落度曲线图；S4-2：当泡沫剂水溶液的添加量一定时，绘制泥浆的不同掺入量的渗透曲线图；S4-3：当泡沫剂水溶液的添加量一定时，绘制泥浆的不同掺入量的渣土喷涌压力曲线图；S4-4：当泥浆的加入量一定时，测定泡沫剂水溶液的不同掺入量的摩擦角；S4-5：由步骤S4-1、S4-2、S4-3以及S4-4所得的搅拌扭矩曲线图、塌落度曲线图、渗透曲线图、渣土喷涌压力曲线图以及摩擦角确定改良剂的加入量。本专利技术的有益效果为；该方法使得具有“三高”特点的砂卵石地层具有良好的流动性，降低盾构机的刀盘扭矩，避免刀盘糊死；渣土得粘度降低，维持掌子面的稳定，控制土方超挖，防止地表塌陷、滞排或喷涌；提高挖掘效率和降低维修成本。附图说明图1是砂卵石地层典型颗分曲线；图2是细颗粒填充砂卵石孔隙物理模型；图3是卵石的示意图；图4是卵石与细颗粒的二相图；图5是不同泥浆添加量下搅拌时的扭矩；图6是不同泥浆添加量下的坍落度；图7是渗透系数变化图；图8是不同泥浆添加量下临界喷涌压力；图9是不同泡沫添加量下搅拌时的扭矩；图10是不同泡沫添加量下的坍落度；图11是不同泡沫添加量下的渗透系数；图12是不同泡沫添加量下临界喷涌压力；图13是泥浆掺入质量比一定时，不同泡沫添加量下搅拌时的扭矩；图14是卵石含量一定时，不同泥浆添加量下搅拌时的扭矩；图15是卵石含量一定时，不同泡沫添加量下的坍落度；图16是卵石含量一定时，不同泡沫添加量下的渗透系数；图17是卵石含量一定时，不同泥浆添加量下渣土的临界喷涌压力；图18是盾构机刀盘注入口的示意图；图19是地表沉降监测曲线图；图20是前50环超方量统计曲线图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步阐述。下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术的描述中，有的结构或器件未作具体描述的，理解为现有技术中有能实现的结构或器件。实施例1成都地区砂卵石地层成因由上更新冲洪积成因至中更新冰债、冰水堆积、冲洪积成因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：根据地勘报告确定所穿越的砂卵石地层细颗粒占地层总质量的含量，为实际细颗粒含量；/nS2：通过砂卵石流动性模型确定临界细颗粒含量；/nS3：根据实际细颗粒含量和临界细颗粒含量确定改良剂的种类；/nS4：根据实际细颗粒含量确定改良剂的掺入量；/n其中：步骤S1、S2以及S3中的细颗粒指的是粒径小于2mm的颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据地勘报告确定所穿越的砂卵石地层细颗粒占地层总质量的含量，为实际细颗粒含量；
S2：通过砂卵石流动性模型确定临界细颗粒含量；
S3：根据实际细颗粒含量和临界细颗粒含量确定改良剂的种类；
S4：根据实际细颗粒含量确定改良剂的掺入量；
其中：步骤S1、S2以及S3中的细颗粒指的是粒径小于2mm的颗粒。


2.根据权利要求1所述的适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法，其特征在于，步骤S1中实际细颗粒含量通过地勘报告中的数据绘制的砂卵石地层颗粒级配曲线而得到。


3.根据权利要求2所述的适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法，其特征在于，步骤S2中临界细颗粒含量的计算方法为：

和
式中：
ρ′s——细颗粒的堆积密度，g/cm3；
ρ′g——卵石的堆积密度，g/cm3；
ρg——卵石的颗粒密度，g/cm3；
n——卵石的孔隙率；
α——细颗粒孔隙率系数；

——临界细颗粒含量；
其中：卵石指的是粒径大于或等于2mm的颗粒。


4.根据权利要求3所述的适应砂卵石地层的土压盾构渣土流塑性改良方法，其特征在于，步骤S3中改良剂的种类的确定方法为：
当时，改良剂为泡沫剂水溶液或稀膨润土泥浆或两者形成的混合区，其中：稀膨润土泥浆的膨水比为1：(4～6)；
当时，改良剂为泡沫剂水溶液或稠膨润土泥浆或两者形成的混合物，稠膨润土泥浆的膨水比为1：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹤明，张书香，张波，刘生，胡林浩，黄克森，樊德东，李建彪，张曾强，崔震，
申请(专利权)人：中交一公局第三工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11