[发明专利]一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法

说明书

本发明公开了一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法，以盾构机排出的渣土和现场使用的改良剂为渣土改良试验材料，进行现场坍落度试验，根据坍落度试验及渣土表观状态评价其流塑性状态；若渣土为过改良状态，则依据针对不同的渣土类型，采用调整盾构机注水量及泡沫注入量的方式进行改良；若渣土为欠改良状态，对渣土进行二次改良试验，直至渣土状态符合要求，根据盾构机的初始掘进参数及二次改良时水及泡沫的添加量，计算得到修正后的渣土改良参数值。本发明考虑了盾构机掘进过程中渗流作用对渣土含水率的影响，且能在掘进过程中随着地层条件的变化对改良参数的动态调整提供依据，使改良参数设置更加合理。

技术领域

本发明属于盾构施工技术领域，尤其涉及一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法。

背景技术

由于土压平衡盾构开挖隧道对周围环境影响小、施工速度快且不需要大型场地进行渣土后期处理，可以有效地利用城市有限的建设场地，其已成为城市隧道施工中的首选机型。然而，其顺利掘进的关键是盾构渣土保持为一种“塑性流动”状态，利于土仓内渣土建立有效土压来平衡掌子面水土压力，同时防止出现喷涌、刀盘结泥饼或土仓闭塞等问题，确定掘进参数稳定在合适的范围之内。由于经切削入土仓内原状渣土难以满足盾构持续稳定工作的需求，务必进行渣土改良，改善渣土的流塑性。

为保证盾构机能够正常的工作，我们需要根据渣土的不同性质向渣土之中添加诸如泡沫、膨润土等之类的改良剂以使渣土保持为理想的“塑性流动”状态，以利用渣土在土仓内建立有效土压平衡的同时，避免发生结泥饼、喷涌、刀具严重磨损、螺旋输送机扭矩过大等问题。

专利201410561509.3“一种以泡沫为添加剂的粘性地层土压平衡盾构渣土改良的参数选取方法”通过曲线数学关系式拟合，得到液塑限与泡沫注入比的函数关系式以及坍落度与泡沫注入比、含水量的函数关系式。基于塑性指数0.4～0.75的要求，构建了含水量与泡沫注入比之间的关系式，并绘成曲线。根据曲线由最佳坍落度范围确定出最佳泡沫注入比范围。

专利201510983075.0“一种富水砂层盾构渣土改良施工系统和施工方法”针对具体的工程实例提出对应的改良参数，在掘进过程中参数的设定依靠盾构司机对渣土状态的判定来动态调整改良剂用量。

专利201710595112.X“高水压、高渗透砂性地层土压平衡盾构的渣土改良方法”给出了针对高水压高渗透砂性地层膨润土泥浆改良剂的配方，并根据渣土的含水量确定泥浆的注入量。

专利201711331938.1“土压平衡盾构强透水性砂土改良方法”给出了改良强透水砂性土的膨润土泥浆配比，将渣土改良至流动性及渗透性等符合要求的状态，依据渣土的状态通过人机界面自动化控制系统的流量仪进行实时控制使用。

专利201810153466.3“粘性地层渣土改良泡沫剂添加量确定方法”采用线性回归方法拟合曲线，确定土体粘聚力与外摩擦角与泡沫比之间的关系，并拟合坍落度与土体粘聚力和外摩擦角之间的关系，确定泡沫的最优添加量。

上述改良方法大多是针对于某种特殊地层的改良方案，诸如富水砂卵石地层、粘性地层、复合地层等，其方法适用范围有限，主要通过室内试验得出的渣土改良参数以用于现场，适用于与所取渣土的颗粒级配、物质组成、含水率等因素匹配的现场施工。在盾构的掘进过程中地层条件随之改变，显然将此改良参数用于整个掘进过程是不合理的。

此外，盾构机掘进过程中会发生渗流作用，土体的含水率会随之改变，上述专利并没有充分考虑此方面的影响，改良后的渣土状态可能不太理想。在盾构始发后，仅能通过盾构司机对渣土流塑性状态的直观判断来动态调整改良参数，未能系统地形成基于现场渣土状态的渣土改良参数确定定量方法，一旦判断失误可能会产生较大风险隐患。

发明内容