砂卵石地层中土压平衡盾构的渣土改良技术分析

董信乐

（中铁十四局集团隧道工程有限公司，山东 济南 250000）

近些年来，我国的渣土改良技术已经得到了较大的发展和进步，在对渣土改良技术进行试验的过程中，一些不可控的因素会影响渣土改良技术的结果。在开展现场试验时，很多操作人员主要是根据经验完成试验过程，导致施工参数的控制效果与相关的标准之间存在一定误差，使试验操作过程的规范性受到影响，导致渣土改良问题比较严重。而在土压平衡盾构掘进中完成渣土改良技术试验，对渣土改良技术的相关参数进行控制，对提高整个工程的实施效果有重要意义。

1 渣土改良技术的重要性

砂卵石层的不稳定性比较强，渣土底层反应比较灵敏，如果盾构机刀盘旋转切削可能会导致渣土地层原来的平衡被破坏，产生坍塌问题，对围岩产生比较大的影响。同时，会严重影响开挖施工面的稳定性，造成地表塌陷。软土层的流塑性比较弱，盾构机在掘进施工时，刀盘对土地的切削效果，还有螺旋机对土体的输送效果都会存在一定问题。甚至可能会导致盾构机不能顺利排土，影响掘进施工效率。在盾构施工过程中，最困难的工作就是确保土压的平衡性，对开挖面的土压进行合理控制才能够避免喷涌和冒顶现象。否则可能会导致地表坍塌，造成地面出现比较大规模的沉降问题，严重影响施工过程中的安全性。并且对施工区域周围的建筑物也会产生较大的安全危害。土压平衡式盾构施工的目的是确保土压的平衡性，在开发过程中对土体状态进行合理调整，保证土体的塑性流动状态。对这种状态的土体进行搅拌，可以顺利完成输送过程，方便后续施工[1]。

2 合理选择渣土改良剂

在渣土改良过程中要根据具体的砂卵石地层情况选择合适的改良剂，主要的改良剂包括以下四种：第一，矿物类改良剂。主要是以膨润土以及蒙脱土作为主要原料，使用制浆设备对其进行均匀拌制后，泵送到开挖土体内，保证土体的流塑性以及不透水性。在使用矿物类改良剂的过程中，会使用制浆设备，并且需要对其进行处理后才能排放，一般应用在砂石地层中。第二，高吸水性树脂类改良剂。主要是利用高分子化合物作为主要材料，能够充分吸收地下水，一般用在高水压地层中，可以防止地层出现喷涌问题。在其他地层中使用该类改良剂时会降低改良剂的作用，更适合在固结、黏土以及砂砾石地层中进行应用。第三，水溶性高分子类改良剂。同样采用的是高分子化合物材料，在盾构施工过程中，一般使用CMC能够增加开挖施工面土体的黏性。但是因为渣土变成泥糊状，需要对渣土进行处理才能排放。一般在粗土以及粗砂石地层中的应用比较广泛。第四，界面活性材料类改良剂。这是当前我国盾构施工过程中应用比较广泛的渣土改良剂，是在开挖的土体内直接注入泡沫剂，提高渣土的流塑性以及不透水性，能够防止在开挖过程中土体产生黏附效果，对渣土进行处理也比较方便，在黏土地层以及砂卵石地层中的应用比较广泛。根据工程项目的具体情况，要合理选择不同的改良剂，才能够保证渣土改良技术的效果，此次工程施工过程中，主要是利用泡沫剂对砂卵石地层进行渣土改良，保证土压平衡盾构掘进施工过程中的安全性，避免渣土对盾构部件产生的磨损问题[2]。

3 泡沫剂对砂卵石地层的渣土改良

3.1 渣土改良方案的确定要求

对渣土进行改良的过程中，要根据渣土的土质选择合适的改良方案，才能够方便盾构机进行掘进施工。例如在渣土中要插入一定量的泡沫剂，而在加入泡沫剂的过程中，要保证泡沫剂添加量合适，对渣土的黏度以及流动性进行有效改善。这样才能够使盾构机在进行掘进工作时，渣土以及地层的稳定性满足掘进施工要求，减少盾构部件的磨损情况，同时增加盾构施工的效率以及安全性。在进行渣土改良方案设计时，要根据渣土改良的室内试验要求确定渣土改良方案。

3.2 泡沫剂渣土改良试验效果

在使用泡沫剂对砂卵石土体进行改良的过程中，要根据砂卵石土体的具体情况进行发泡，将泡沫剂的原液配制成浓度为2.5%的溶液，发泡的倍数设定为12倍，使用量筒取975 mL的水放入25 L的空桶内，然后加入25 mL泡沫剂原液，使用高速搅拌器对溶液进行搅拌，当泡沫的体积发到12 L的刻度线时，停止搅拌。

利用搅拌好的泡沫溶液对砂卵石土体进行改良时，首先要对改良前的渣土性质进行试验。将改良前的砂卵石土装在流动度测定台上的截锥圆模之内，然后提起圆模桶，土体呈现自然堆积的状态，利用振动台振动25次后，土体呈分散状态。其次，对改良前的渣土进行试验之后，开始进行对比试验。取砂卵石土样放入到砂浆搅拌器内，然后加入已经发好的泡沫剂，对其进行高速搅拌1 min后，对土体的改良情况进行观察。对改良后的土体进行试验时，主要是对改良后的砂卵石土进行取样，放入500 mL量杯中，将其放在振动台上，然后提起量杯，土体会呈现均匀下沉状态[3]。利用振动台进行振动25次后，土体均匀扩散，且有较好的粘聚性以及均匀性。最后，对泡沫剂渣土改良试验的结果进行总结。根据此次试验结果，可以发现将泡沫剂的添加量控制在2.5%，设定发泡倍数为12倍，注入率为100%时，可以对渣土进行有效改良。对渣土进行改良后，土体的均匀性比较强，并且粗细颗粒在泡沫剂的作用下分布也相对均匀，振动条件下有良好的粘聚性。在极大程度上改善了砂卵石土层的整体流塑性，有利于保证土压平衡盾构在掘进过程中刀盘的切削以及螺旋输送机等运输过程中的工作效率，同时能够减少对刀盘以及螺旋输送机造成的磨损问题。

4 结语

综上所述，在土压平衡盾构施工过程中开展有效的渣土改良技术是保证砂卵石地层盾构掘进施工能够顺利进行的关键技术，可以在一定程度上改善工程项目施工过程中存在的问题。除此之外，在开展渣土改良技术的过程中，要充分考虑到盾构施工使改良参数之间产生的相互影响，并且要找到产生影响的因素。根据这些影响因素，对渣土改良技术进行更加精细的控制，提高渣土改良效果。在对泡沫剂渣土改良效果进行分析的过程中，主要是从盾构机刀盘扭矩以及螺旋输送机扭矩和排渣工作的具体情况，对渣土的改良效果进行准确的评价和分析。经过室内试验后，利用泡沫剂改良技术，可以降低盾构机刀牌以及螺旋输送机扭矩，保证改良后的渣土具有较好的流塑性，保证土体能够顺利从螺旋输送机排出，并且不会堵塞螺旋输送机排渣口。从而确保盾构掘进施工的效率以及安全性。因此，将泡沫剂渣土改良技术应用在土压平衡盾构渣土改良工作中具有较好的效果，对保证掘进施工顺利进行有重要帮助。