一種富水輝綠巖與板巖不規(guī)律互侵巖盾構(gòu)用渣土改良方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及盾構(gòu)渣土改良技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種富水輝綠巖與板巖不規(guī)律互侵巖盾構(gòu)用渣土改良方法。
【背景技術(shù)】
[0002]渣土改良是指為了使盾構(gòu)刀盤切削形成的渣土具有良好的流塑性、合適的稠度、較低的透水性和較小的摩阻力，通過盾構(gòu)專用的添加裝置向刀盤前方、土倉及螺旋輸送機內(nèi)注入添加劑，利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌及螺旋輸送機旋轉(zhuǎn)攪拌，使添加劑與渣土充分混合，以達到改善渣土性狀，利于土壓平衡盾構(gòu)掘進控制的作用。
[0003]渣土改良的主要目的:
[0004](I)使渣土具有良好的流塑性，利于土壓平衡效果的實現(xiàn)，利于控制土壓、穩(wěn)定開挖面，控制地層沉降；
[0005](2)使渣土具有良好的止水性，利于減低渣土的透水性，減少地層水土流失，降低渣土離析或螺旋機噴涌現(xiàn)象。
[0006](3)使渣土具有良好的流動性、和易性和可排性，利于螺旋輸送機排渣，減少渣土沉積固結(jié)，減少泥餅的形成。
[0007](4)使渣土具有較低的摩租力和粘著力，利于有效降低刀盤和螺旋輸送機扭矩，降低對刀具和螺旋的磨損，改善盾構(gòu)掘進參數(shù)，提高掘進效率。
[0008]盾構(gòu)隧道開挖范圍及拱頂上覆地層、基底下伏地層為富水板巖與輝綠巖交互侵入的復(fù)合巖層，在地層豎向斷面和沿隧道縱向地層分布上，巖層整體性和均勻性差，輝綠巖侵入不規(guī)律，中風(fēng)化輝綠巖飽和單軸抗壓強度140MPa，富含石英巖脈及金屬礦物，屬于極硬巖，巖石強度高，掘進困難，刀具極易磨損；板巖為強、中風(fēng)化，飽和單軸抗壓強度小于30MPa，為較軟巖。
[0009]因此開挖地層呈現(xiàn)軟硬巖交互侵入的復(fù)合地層狀態(tài)，軟硬分布不均，硬巖侵入不規(guī)律，可開挖級別和開挖性狀無規(guī)律，不均一，巖層破碎，不同巖性界面和不同風(fēng)化程度統(tǒng)一巖層界面之間裂隙非常發(fā)育，同一刀盤切削斷面，巖體強度不均，掌子面不平整，呈軟弱互層的特殊復(fù)合地層。開挖面巖層破碎，節(jié)理明顯，穩(wěn)定性差，易坍塌或形成脫空區(qū)，
[0010]地層全程富水，尤其是兩地層交互地帶，巖石侵入極不規(guī)律，地層破碎，整體性差，為透水帶，良好的裂隙通透性，使地下水補給迅速，瞬時出水量大，開挖面巖層裂隙間股狀持續(xù)明流眾多，巖層裂隙發(fā)育，透水性好；補給充沛，補給速度快，有承壓性，為強富水地層。盾構(gòu)機敞開掘進模式下，停機期間，艙內(nèi)水壓上升快，表現(xiàn)出高承壓性。螺旋輸送機噴涌嚴重，螺旋出土口石渣噴灑沉積嚴重，管片拼裝區(qū)積水積渣量大，每環(huán)掘進時間內(nèi)，人工抽排和清理工作量大，單環(huán)工作時間長，推進速度和施工效率極低。
[0011]富水板巖與輝綠巖不規(guī)律互侵復(fù)合地層的不良作用為:巖體非常破碎，掌子面不平整，刀具受力不均，刀差匹配適應(yīng)性差，刀盤、刀具和螺旋葉片沖擊和摩擦作用大，異常磨損嚴重，開倉換刀頻繁，刀具消耗量大。巖層裂隙發(fā)育，相互交錯分布，板巖遇水易軟化崩解，使得開挖面和刀盤上方出現(xiàn)崩塌區(qū)、脫空區(qū)及涌水通道，地面沉降控制難度大，易坍塌，易突涌，安全風(fēng)險大。巖層界面風(fēng)化節(jié)理非常明顯，裂隙水呈股狀外流，帶承壓性，補給迅速，螺旋噴涌嚴重，易發(fā)生突涌，為強富水地層。軟硬巖交互分布，且硬巖強度高，開挖掘進困難，掘進速度慢，加上噴涌嚴重，積水積渣量大，耗時耗工，掘進效率低。開倉查刀、換刀的頻率大，嚴重時每環(huán)開倉；因全程富水，噴涌嚴重，開倉及開倉換刀難度大，開倉查刀和換刀的時間長；刀具異常磨損嚴重，刀盤牛扭矩高，推力高，刀盤易陷困，無法啟動，出現(xiàn)被迫停機處理的施工風(fēng)險。地層均一性差，交互性狀明顯，盾構(gòu)開挖掘進參數(shù)和掘進姿態(tài)控制困難。
[0012]因此希望有一種富水輝綠巖與板巖不規(guī)律互侵巖盾構(gòu)用渣土改良方法來克服或至少減輕上述的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種富水輝綠巖與板巖不規(guī)律互侵巖盾構(gòu)用渣土改良方法來克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。
[0014]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種富水輝綠巖與板巖不規(guī)律互侵巖盾構(gòu)用渣土改良方法，通過刀盤面板加注通道和盾構(gòu)刀盤前方各輻臂上的孔位，采用聚合物加注系統(tǒng)向渣土加注高摻量高分子聚合物，與此同時通過土倉內(nèi)的加注通道和孔位，采用泡沫拌合發(fā)生系統(tǒng)向渣土加注中濃度泡沫進行復(fù)合加注。
[0015]優(yōu)選地，所述高摻量高分子聚合物采用水溶性的聚丙烯酰胺類顆粒。
[0016]優(yōu)選地，所述中濃度泡沫的添加劑由表面活性劑、穩(wěn)定劑、強化劑和滲透劑復(fù)配而成，且載體為水。
[0017]優(yōu)選地，所述刀盤面板加注通道的數(shù)量是2路或3路。
[0018]優(yōu)選地，所述土倉內(nèi)的加注通道數(shù)量是2路。
[0019]優(yōu)選地，當(dāng)富水輝綠巖與板巖不規(guī)律互侵巖為強富水輝綠巖地層時，可輔助選擇在螺旋機內(nèi)采用聚合物加注系統(tǒng)向渣土加注高摻量高分子聚合物。
[0020]優(yōu)選地，當(dāng)富水輝綠巖與板巖不規(guī)律互侵巖中板巖含量大時，所述刀盤面板加注通道的數(shù)量是I路或2路，所述土倉內(nèi)的加注通道數(shù)量是3路。
[0021]優(yōu)選地，所述高摻量高分子聚合物的聚合物摻量:8?10%。，地層注入率:40?45%。
[0022]優(yōu)選地，所述中濃度泡沫的泡沫濃度:3% ;地層注入率(FIR):40?50% ;泡沫膨脹率(FER):1:10 ?I:12o
[0023]本發(fā)明提供了一種富水輝綠巖與板巖不規(guī)律互侵巖盾構(gòu)用渣土改良方法，該方法減少螺旋噴涌、地層突涌風(fēng)險；提高渣土流塑性，增加渣土可排性；降低刀盤扭矩、減少困機風(fēng)險；降低刀具磨損，提高掘進效率。
[0024]通過良好的渣土改良，提高渣土的止水性，降低開挖面透水性，封閉開挖面裂隙和透水通道，增加渣土粘稠度與和易性，在添加劑漿液與渣土混合攪拌后，提高對渣土的包裹攜帶能力，進而達到弱化渣土的離析，改善渣土水、石分離的性狀，改善渣土流塑性，減少螺旋噴涌和作業(yè)區(qū)石肩噴灑，提高作業(yè)效率。降低渣土內(nèi)摩擦角，潤滑開挖面巖層，潤滑和冷卻刀盤面板和刀具，緩解沖擊，以降低刀盤開挖扭矩和刀具磨損，從而降低開倉換刀頻率，提高掘進效率。板巖較多地段，降低渣土摩租力和粘著力，提高渣土流動性、和易性和可排性，利于螺旋輸送機排渣，減少渣土沉積固結(jié)，減少泥餅形成，利于有效降低刀盤和螺旋輸送機扭矩。整體上改善盾構(gòu)掘進參數(shù)，提高掘進效率。
【具體實施方式】
[0025]在本發(fā)明一寬泛實施例中，一種富水輝綠巖與板巖不規(guī)律互侵巖盾構(gòu)用渣土改良方法，通過刀盤面板加注通道和盾構(gòu)刀盤前方各輻臂上的孔位，采用聚合物加注系統(tǒng)向渣土加注高摻量高分子聚合物，與此同時通過土倉內(nèi)的加注通道和孔位，采用泡沫拌合發(fā)生系統(tǒng)向渣土加注中濃度泡沫進行復(fù)合加注。
[0026]渣土改良材料一般有表面活性劑類(如泡沫劑)、礦物類(如粘土或膨潤土 )、高分子類(如聚合物)和其他復(fù)合添加材料。其加注位置一般為分布在刀盤面板、土倉隔板和螺旋機筒體上的注入孔，其材料選取和加注方法應(yīng)根據(jù)掘進地層的特征和盾構(gòu)設(shè)備能力和配置特點進行綜合考慮，一般對于復(fù)雜地層宜采取復(fù)合添加，多途徑注入的原則，即選取兩種以上添加劑材料，在刀盤、土倉和螺旋機處選擇合適的孔位，按照合理的分配路徑，依照各自添加系統(tǒng)和途徑，同時組合注入，以取得較好的改良效果。
[0027]盾構(gòu)掘進渣土改良用高分子聚合物添加劑材料分為不溶性和水溶性兩大類。
[0028]不溶性聚合物主要為:高吸水性樹脂類(Super Absorbent Polymer，簡稱SAP)，也稱超強高分子吸水材料，高吸水性聚合物，根據(jù)原料來源主要分為淀粉類、纖維素類、合成聚合物類(聚丙烯酸類、聚乙烯醇類、聚氧乙烯類)三大類。盾構(gòu)施工渣土改良時常用聚丙烯酸鹽。此類高分子具有高吸水性，加壓保水性、增稠性等特性，吸水后，體積可膨脹至數(shù)十至數(shù)千倍，其吸水機理主要為物理吸附(毛細管的吸附原理，有壓力時水會流出)和化學(xué)吸附(通過化學(xué)鍵的方式把水和親水性物質(zhì)結(jié)合在一起成為一個整體。加壓也不能把水放出)。
[0029]水溶性聚合物:也稱水溶性高分子材料，主要分為三類:天然水溶性高分子，主要有淀粉類，海藻類等；半合成水溶性高分子，主要有改性纖維素(CMC等)、改性淀粉；合成水溶性高分子，主要有聚合類樹脂(聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯等)，縮合類樹脂(環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂等)。盾構(gòu)施工渣土改良時常用聚丙烯酰胺(PAM)。水溶性聚合物中的親水基團不僅使其具有水溶性，而且還具有化學(xué)反應(yīng)功能，以及分散、絮凝、增粘、減阻、粘合、成膜、成膠、螯合等多種物理功能。具有水溶性、分散作用、絮凝作用、增粘性、減阻作用、流變性、懸浮作用等。
[0030]當(dāng)聚合物溶液加入土體中時，聚合物因吸水而膨脹，使土體變得干燥，防止噴涌的發(fā)生；可以連接土體中的微小顆粒，增強開挖面水土的粘性，降低土體滲透性；改善渣土流塑性，潤滑土體并助于在螺旋輸送機中形成土塞效應(yīng)；減低土體與刀盤刀具的粘著力。
[0031]盾構(gòu)用高分子聚合物是一種在現(xiàn)場配制而成均質(zhì)的具有一定粘度的可流動液體，經(jīng)管道輸送到刀盤、土倉、螺旋輸送機內(nèi)，從而增加碴土的粘滯性，改善刀盤的工作環(huán)境，增加土倉的密封和便于碴土的運輸。
[0032]高分子聚合物注入土體后，可產(chǎn)生以下作用:使盾構(gòu)前方土體均勻；加大土的坍落度；降低土的透水性，起到隔水的作用；降低刀盤扭矩，減少機具磨損；減少土的粘性，防止“泥餅”現(xiàn)象。為解決砂性土的塑流，改變土的成分，以保證土的流動性和減少土的透水性，使開挖面保持穩(wěn)定。
[0033]高分子聚合物用于盾構(gòu)渣土改良的作用:
[0034](I)良好的抑制