文档介绍：泡沫技术在土压平衡盾构中的应用
土压平衡盾构是软土地区地铁隧道施工的主要方法之一。但是盾构在穿越流塑性差、含水量高、渗透系数大的砂性土层时,存在土体受扰动发生液化、推进速度慢、刀盘形成“干饼”等一些技术难题。工程实践证明,使用泡沫不仅有利于保持开挖面土压力平衡,而且机械负荷及刀盘扭矩明显减少,解决了施工难题。
前言
自1974年第一台土压平衡盾构(EarthPressureBalanceShieldMachine)在东京投入使用以来,土压平衡盾构已经被世界各国广泛的应用于隧道工程中。就盾构技术本身而言,地质条件决定了施工的相对难易度,因此对于典型不良地层条件下的盾构控制仍然是工程界普遍关注的问题。
针对土压平衡盾构穿越砂性土遇到的种种困难,国内外有关专家对此进行一定的研究:日本开发了以泡沫作为填加材料,来改善砂土流动性和止水性的泡沫盾构工法。英国牛津大学工程实验室也对掺加泡沫前后砂土的物理力学性质的改变进行了研究。在国内对盾构气泡法施工地铁隧道虽然进行了一定的研究,但真正运用于工程实践的很少。本文针对上海地铁M8线曲阳路站~四平路站区间隧道成功使用法国CONDAT泡沫发生剂在全断面砂型土中推进的工程案例,总结出合理的使用方法和参数,供其他工程参考。
1、工程概况
上海地铁M8线曲阳路站~四平路站区间隧道使用法衡盾构进行推进,出洞段约200m距离内为全断面②3-2灰色砂质粉土。
2、盾构气泡法推进的优点
对非粘透水性土层可以通过注射泡沫进行改良处理。粒状结构中的气泡可以降低土浆密度,减小颗粒摩擦,使土浆混合物在较宽的形变范围内有最理想的弹性,以利于控制开挖面支撑压力。由于化学的和物理的粘着力的作用,加入适当泡沫的土料可以变得非常粘着,完全可以用带式输送机进行输送。泡沫的90%都是空气,而空气在几天后就会全部逃逸,土料可以恢复原来的稠度,在对开挖出土料的储置或进一步利用上这是一个显著的优点,而且不需要复杂昂贵的分离设备。加泡沫技术用于含水土层里还可抵抗较高的地下水压,它的发展可使土压平衡式盾构机也可用在原先只适于泥水式盾构机的土层中。泡沫混合物在使用后几天内化学物质会完全生物分解,基本不存在环境污染的问题。
3、泡沫添加剂
,可产生以下作用:使盾构前方土体均匀;加大土的坍落度;降低土的渗透系数,起到隔水的作用;降低刀盘扭矩,减少机具磨损;减少土的粘性,防止“泥饼”现象。
。在某一压力P下的泡沫的发泡倍率kp为泡沫中气体体积同泡沫体积之比称为泡沫的含气量α,有α=1-(1/kp)(2)
泡沫的密度ρf和起泡液的密度ρ1以及空气的密度ρg之间的关系如下:ρf=(1-α)ρ1+αρg(3)
由于气体密度ρg极低,可以忽略不计,因此ρf≈(1-α),因此ρf=(1-α)
则发泡倍率kp为:kp=1/ρf(4)
4、施工参数
土压平衡盾构在砂性土层中施工时,会遇到以下难题:盾构推进导致砂土扰动液化,孔隙水压力迅速消散,甚至导致全断面流砂工作面失稳;压力舱内土体在盾构顶推过程中排水固结,在工作面形成“干饼”,从而导致螺旋面失稳;压力舱内土体在盾构