泡沫剂原液比例对盾构掘进参数的影响

2018-09-27贺雄飞

城市轨道交通研究 2018年9期

贺雄飞

(中铁隧道勘测设计研究院有限公司，471009，洛阳//高级工程师)

0 引言

近年来，在各大城市地铁建设力度的不断加大，跨江越海隧道工程不断增加的大背景下，土压平衡盾构掘进技术已经广泛应用[1]。土压平衡盾构主要掘进参数有掘进速度、盾构推力、刀盘扭矩和转速、螺旋输送机扭矩和转速及土舱压力。土压平衡盾构施工的核心是土舱中的被动水土压力与掘削面上的水土压力基本平衡。土体改良是影响盾构掘进参数的关键技术。

碴土改良是在施工中不易形成塑性流动状态的土体中，通过向压力舱内、刀盘前方和螺旋输送机内注入一定的泡沫剂进行改良[2]。相关试验证明，加入适量浓度泡沫剂进行土体改良，能大幅提高盾构掘进速度，降低刀盘扭矩和盾构推力，减少刀具损耗[3]，提高掘进效率和安全水平。

我国在土压平衡盾构泡沫剂相关研究中，现有研究多使用理论分析及统计优化等手段来对掘进参数进行优化调整，而对泡沫剂使用参数的研究较少，且局限于碴土改良试验，并未真正深入到盾构掘进控制层面。本文以成都地铁3号线和7号线部分区间为研究对象，通过长期跟踪现场掘进情况，分析泡沫原液比例对掘进参数的影响。

1 工程地质概况

本文研究区间之一为成都地铁7号线成都理工大学站—成华大道站—崔家店站区间。该区间内,上覆第四系人工填筑土、黏性土及卵石土夹砂层透镜体，下伏基岩为白垩系上统灌口组泥岩。该区间掘进断面主要以粉质黏土和砂土为主，部分区段含有卵石和少量泥岩。现场使用A、B两种泡沫剂。

另一个研究区间为成都地铁3号线龙桥路—双凤桥区间。该区间表层多为第四系全新统人工填土覆盖，表层下有冲积层黏性土、粉质黏土、砂土及卵石土，下伏基岩为白垩系上统灌口组泥岩、泥质砂岩。区间掘进断面主要以卵石层(中密)为主，局部夹有密实粉细砂，土质结构松散，黏聚力低。现场使用C、D两种泡沫剂。

2 数据统计与分析

2.1 数据统计

根据盾构施工现场记录，统计2个区间正常稳定连续掘进时的盾构机泡沫参数及掘进参数。首先，对不同的原液比例、泡沫流量及膨胀率等泡沫参数作单因素方差分析。经计算，在各影响因素检验水平ɑ=0.05条件下，均方比Fα值如表1所示。

表1 不同泡沫参数对掘进参数的显著性判断

由表1可见，泡沫参数对盾构推力和刀盘扭矩具有显著差异性，且原液比例对掘进参数的影响最大。即提高原液比例大小，能够明显降低盾构推力和刀盘扭矩。依照不同泡沫剂原液比例水平，进行平均值计算处理。处理结果见表2。

表2 不同泡沫原液比例的盾构推力及刀盘扭矩

2.2 数据分析

根据显著性判断，原液比例对掘进参数影响最大，且在泡沫参数一定范围内，原液比例与掘进参数具有高度线性相关性。依据统计数据，通过回归计算得到使用不同泡沫剂时原液比例与掘进参数间的线性关系(见图1～2)。

注:R为相关性系数

图2 刀盘扭矩与原液比例线性关系

根据对现场数据的进一步计算分析，在不考虑泡沫剂种类情况下，原液比例每提高1%，盾构推力平均减小1 709.6 kN，刀盘扭矩平均减小316.5 kN·m。在粉质黏土地层中，原液比例每提高1%，盾构推力平均减小1 828.9 kN，刀盘扭矩平均减小422.4 kN·m;在砂卵石地层中，原液比例每提高1%，盾构推力平均减小1 590.3 kN，刀盘扭矩平均减小210.5 kN·m。