一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法技术

一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法，包括如下步骤：1、将预制的改良剂分别加入盾构机刀盘、土仓和螺旋输送机中。2、确定改良剂参数：选取盾构前100m为试验段，设置同一掘进参数，并设置不同的改良剂参数，在试验段试掘进。3、测量掘进后隧道参数、出土量和渣土改良参数并调整改良剂参数，确定正式掘进时的改良剂参数。4、确定掘进参数：改良剂参数相同，盾构机通过不同的掘进参数下在试验段试掘进。5、测量掘进后隧道参数、出土量和渣土改良参数并调整掘进参数，确定盾构机正式掘进参数。解决了现有技术中由于改良剂参数和掘进参数设置不合理，导致渣土改良效果不佳，降低掘进速度，增大盾构机磨损。

【技术实现步骤摘要】
一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法
本专利技术涉及盾构施工
，尤其涉及到一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法。
技术介绍
土压平衡盾构机在地铁区间隧道施工中的应用非常广泛，但因本身设计原因，土压平衡盾构机在全断面富水砂层中掘进施工难度较大，存在沉降大、掘进困难，开挖面围岩土体稳定性不易保持等问题。由于富水砂层渣土流塑性差，摩擦系数大，强度高，进而导致盾构机推力大大增加，出土不易，导致盾构机磨损严重，且降低掘进速度甚至无法推进。目前，为解决上述问题，通过添加渣土改良剂来增加渣土的流塑性，同时减小对盾构机的磨损。但是，由于改良剂的组份及添加比例不同，导致渣土的改良效果不同，进而不能最大程度的解决掘进过程中盾构机磨损严重、掘进速度慢的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术通过在试验段进行试掘进，进而确定最佳的改良剂参数和掘进参数，解决了现有技术中盾构掘进过程中由于设置的改良剂参数和掘进参数不合理，导致渣土改良效果不佳，降低掘进速度，增大盾构机磨损。(二)
技术实现思路
针对现有技术中的上述缺陷，本专利技术提供了一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法，具体技术方案如下：一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法，富水砂层包括中砂地层、粗砂地层和沙砾地层，包括如下步骤：S001、将预制的改良剂分别加入盾构机刀盘、土仓和螺旋输送机中；S002、确定改良剂参数：选取盾构前100m为试验段，设置同一掘进参数，并设置不同的改良剂参数，在试验段试掘进；改良剂参数包括改良剂添加量和改良剂组份；S003、测量掘进后隧道参数、出土量和渣土改良参数并调整改良剂参数，确定正式掘进时的改良剂参数；的隧道参数包括隧道沉降量和地表沉降量，渣土改良参数包括刀盘扭矩和土仓压力；S004、确定掘进参数：改良剂参数相同，盾构机通过不同的掘进参数下在试验段试掘进；掘进参数包括刀盘转速、掘进速度和螺旋输送机速度；S005、测量掘进后隧道参数、出土量和渣土改良参数并调整掘进参数，确定盾构机正式掘进参数。进一步，改良剂包括膨润土悬浮液；改良剂添加量为膨润土悬浮液与渣土的体积比，体积比为1.5:10～2.5:10。进一步，在S002中，将盾构前100m分为第一试验段、第二试验段和第三试验段；第一试验段为0～30m，第二试验段为30～60m，第三试验段为60～100m；在第一试验段，添加的膨润土悬浮液与渣土的体积比为1.5:10；在第二试验段，添加的膨润土悬浮液和渣土的体积比为2:10；在第三试验段，添加的膨润土悬浮液和渣土的体积比为2.5:10。进一步，经过S003调整后，在中砂地层和粗砂地层，添加的膨润土悬浮液和渣土的体积比为2:10，膨润土悬浮液的注入量为10m3/环；在沙砾地层，添加的膨润土悬浮液和渣土的体积比为2.5:10，膨润土悬浮液的注入量为12m3/环。进一步，膨润土悬浮液包括膨润土和水；在中砂地层和粗砂地层，膨润土和水的质量比为1:5，在沙砾地层，膨润土和水的质量比为1:6。进一步，在S003和S005中，出土量为57±4m3/环，其中，刀盘扭矩主要由土体的剪切阻力产生，其经验公式如下：T＝αD3α＝α1·α2·α0其中，T为刀盘扭矩，单位是kN·m，D为刀盘外径，单位为m，α为扭矩系数，α1为支承系数，α2为土质系数，α0为稳定掘削扭矩系数。进一步，α1＝0.8～1.4、α2＝0.7～1、α0＝14～23；计算所得的刀盘扭矩为3500～4500kN·m，若刀盘扭矩超出上述范围，调节掘进参数和膨润土悬浮液/泡沫的添加量，以使刀盘扭矩在上述范围内。进一步，土仓压力P0的计算公式为：P0＝PC+PW＝K0·γ·H1+RW·H2K0＝1-sinφ其中，PC为土压力，PW为水压力，φ为渣土内摩擦角，取34°，γ为土饱和重度，H1为盾构工作面中心深度，取10～15m,H2为盾构工作面中心处水位深度，为2.5m；计算的土仓压力为0.9～1.2bar，若土仓压力超出上述范围，调节掘进参数和掘进参数和膨润土悬浮液/泡沫的添加量，以使土仓压力在上述范围内。进一步，改良剂还包括泡沫，将泡沫注入刀盘中，用于为刀盘提供润滑；泡沫的注入量为2.8m3/环，泡沫包括90-95％的压缩空气和5-10％的泡沫溶液；泡沫溶液包括3％泡沫添加剂和97％水。进一步，S005确定盾构机的正式掘进参数为，刀盘转速为1～1.2r/min，掘进速度为20～40mm/min，螺旋输送机转速为3～6r/min。(三)有益效果本专利技术中，通过在试验段进行试掘进，不断调节改良剂参数和盾构机掘进参数，使渣土的改良效果达到最佳，进而确定正式掘进时的改良剂参数和盾构机参数。改良后的渣土具有良好的流塑性和土压平衡效果，有利于稳定开挖面，解决了富水砂层易出现坍塌及涌沙涌水现象。同时渣土改良后具有较好的止水性，能够防止地下水流失，排土顺利、有效防止渣土结饼，有效的控制了地表及建筑物沉降。说明书附图图1为本专利技术具体实施方式中的富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法流程图；具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施例做详细说明：所谓渣土改良，就是通过盾构机刀盘、土仓、螺旋输送机内配置的改良剂注入口注入改良剂，利用刀盘、土仓的搅拌翼或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土渣混合，主要目的是使盾构切削下来的渣土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，即对开挖土体的塑流化改造，以满足在不同地质条件下采取不同掘进模式掘进时都可达到理想的工作状态。改良后渣土具有较好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降。使渣土具有较好的止水性，以控制地下水流失，使切削的土顺利快速进入土仓，并利于螺旋输送机顺利排土。可有效防止水土渣粘结刀盘而结饼，可防止或减轻螺旋输送机排土时喷涌现象，可以减少切削刀头、面板等的磨损和刀盘、螺旋输送机的扭矩。本实施例中中，针对的是富水砂石的渣土地层，采用土压平衡模式掘进时，主要目的是为降低刀盘扭矩，增加渣土的流塑性，以利于螺旋输送机形成土塞效应，防止喷涌。但实际掘进时，由于设置的改良剂参数和掘进参数不同，导致渣土改良效果不佳。因此，在正式掘进时，需要经过试验验证并确定正式掘进时的改良剂参数和掘进参数。参见图1，本实施例中提供了富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法的流程图，具体包括以下步骤：一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法，富水砂层包括中砂地层、粗砂地层和沙砾地层，包括如下步骤：S001、将预制的改良剂分别加入盾构机刀盘、土仓和螺旋输送机中。S002、确定改良剂参数：选取盾构前100m为试验段，设置同一掘进参数，并设置不同的改良剂参数，在试验段试掘进。其中改良剂参数包括改良剂添加量和改良本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法，所述富水砂层包括中砂地层、粗砂地层和沙砾地层，其特征在于，包括如下步骤：/nS001、将预制的改良剂分别加入盾构机刀盘、土仓和螺旋输送机中；/nS002、确定改良剂参数：选取盾构前100m为试验段，设置同一掘进参数，并设置不同的改良剂参数，在试验段试掘进；所述改良剂参数包括改良剂添加量和改良剂组份；/nS003、测量掘进后所述隧道参数、出土量和渣土改良参数并调整所述改良剂参数，确定正式掘进时的所述改良剂参数；/n所述的隧道参数包括隧道沉降量和地表沉降量，所述渣土改良参数包括刀盘扭矩和土仓压力；/nS004、确定掘进参数：所述改良剂参数相同，盾构机通过不同的掘进参数下在所述试验段试掘进；/n所述掘进参数包括刀盘转速、掘进速度和螺旋输送机速度；/nS005、测量掘进后隧道参数、出土量和渣土改良参数并调整所述掘进参数，确定盾构机正式掘进参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法，所述富水砂层包括中砂地层、粗砂地层和沙砾地层，其特征在于，包括如下步骤：
S001、将预制的改良剂分别加入盾构机刀盘、土仓和螺旋输送机中；
S002、确定改良剂参数：选取盾构前100m为试验段，设置同一掘进参数，并设置不同的改良剂参数，在试验段试掘进；所述改良剂参数包括改良剂添加量和改良剂组份；
S003、测量掘进后所述隧道参数、出土量和渣土改良参数并调整所述改良剂参数，确定正式掘进时的所述改良剂参数；
所述的隧道参数包括隧道沉降量和地表沉降量，所述渣土改良参数包括刀盘扭矩和土仓压力；
S004、确定掘进参数：所述改良剂参数相同，盾构机通过不同的掘进参数下在所述试验段试掘进；
所述掘进参数包括刀盘转速、掘进速度和螺旋输送机速度；
S005、测量掘进后隧道参数、出土量和渣土改良参数并调整所述掘进参数，确定盾构机正式掘进参数。


2.根据权利要求1所述的富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法，其特征在于，所述的改良剂包括膨润土悬浮液；
所述改良剂添加量为所述膨润土悬浮液与渣土的体积比，所述体积比为1.5:10～2.5:10。


3.根据权利要求2所述的富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法，其特征在于，在所述S002中，
将所述盾构前100m分为第一试验段、第二试验段和第三试验段；
所述第一试验段为0～30m，所述第二试验段为30～60m，所述第三试验段为60～100m；
在所述第一试验段，添加的所述膨润土悬浮液与所述渣土的体积比为1.5:10；
在所述第二试验段，添加的所述膨润土悬浮液和所述渣土的体积比为2:10；
在所述第三试验段，添加的所述膨润土悬浮液和所述渣土的体积比为2.5:10。


4.根据权利要求1所述的富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法，其特征在于，经过所述S003调整后，
在所述中砂地层和所述粗砂地层，添加的所述膨润土悬浮液和所述渣土的体积比为2:10，所述膨润土悬浮液的注入量为10m3/环；
在所述沙砾地层，添加的所述膨润土悬浮液和所述渣土的体积比为2.5:10，所述膨润土悬浮液的注入量为12m3/环。


5.根据权利要求4所述的富水砂层盾构掘进渣土改良施工试验方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：董光，王振东，李振兵，唐立洲，张文澄，王建宁，窦瑞，徐涛，宋承亮，林海龙，巩姣，徐乐，令杰，
申请(专利权)人：中铁九局集团第七工程有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21