盾构渣土改良剂在黏土地层中的研究应用

本文以广州地铁10号线为依托,针对广州地区红黏土、全强风化花岗岩等不同的黏土地层进行研究,研发适用黏土地层的渣土改良剂,并进行现场参数验证。主要结论:通过筛选不同原材料、配比,研发了4组与国外同类产品性能指标相当的泡沫剂,自主研发的泡沫剂半衰期在21 min左右,满足现场施工要求;针对黏粒含量大、渗透系数极低的黏土地层,研发了铁箭分散型泡沫剂,通过测试其耐低温性、冻融性、耐腐蚀、剥离速度等,证明了其对黏土地层的改良效果,加入铁箭分散型泡沫剂可有效降低黏土的粘附性,降低盾构掘进过程中结泥饼的情况;通过铁箭分散型泡沫剂在现场的应用数据可以看出,铁箭分散型泡沫剂的性能指标与市面上同类产品相当,可以满足现场盾构施工的使用要求;本试验结果可为同类地层施工提供一定参考。

渣土改良剂对黏土液塑限影响及机理分析

针对盾构穿越黏土地层时渣土改良剂类型和添加量难以确定的问题,进行了液塑限测定试验.通过研究不同改良剂对土样液塑限的影响特征,确定改良剂的地层适用性,对比分析分散剂对不同土样的改良效果;通过黏土颗粒Zeta电位测定和颗粒间互斥能的分析,探究分散剂的作用机理.研究表明:在黏性较大的渣土中,单独使用阴阳离子复配型泡沫剂难以达到理想的改良效果;絮凝剂能够增大黏土的液限和塑性指数,增加黏土的抗剪强度,而分散剂能够减小黏土的液塑限和塑性指数,减小黏土的抗剪强度,因此分散剂适用于黏土地层;相对于高岭土,由于高蒙混合土(高岭土与蒙脱土质量比=1∶1)和蒙脱土结合水含量高,需要更多分散剂和作用时间,改良作用才能稳定发挥;当分散剂添加至一定量后,改良效果基本不再变化;随着分散剂添加比的增加,蒙脱土、高蒙混合土、高岭土的Zeta电位减小(即负电荷增多)后趋于稳定,黏土颗粒聚团的位垒Vmax/R增高,即颗粒间排斥能增加,因此黏土利于分散.

复合砂层盾构刀盘防结泥饼改良剂研制与应用

盾构穿越不良地质过程中易出现刀盘结泥饼、严重破损等现象,严重时引起安全事故。基于此,依托石家庄地铁三号线水上公园站~柏林庄站区间穿越粉细砂、中粗砂地层工程,分析了盾构穿越复合砂层过程中刀盘结泥饼现象;并设计不同配比膨润土泥浆和泡沫混合改良剂,基于坍落度试验和直剪试验,获得了适用于本工程的最佳配比,并应用于现场。研究表明:盾构穿越粉细砂、中粗砂地层而发生刀盘结泥饼、盾构掘进参数不佳情况,试验中降低膨润土浓度、增大膨润土注入比、增大泡沫注入比均能提升坍落度值,且经过改良后的渣土粘聚力增大,内摩擦角减小;本工程改良剂最佳配比是膨润土和泡沫注入比均为15%,其中膨润土浓度为10%(方案4),经此改良后,盾构机掘进速度明显提升,扭矩降低,改良效果显著,可为类似工程提供参考。