泡沫在土压平衡盾构施工中的应用

本文论述了在土压平衡盾构隧道施工中,可通过加注泡沫改良开挖面土体,扩大土压平衡盾构机适用地层的范围,井结合深圳地铁一期工程华强路—岗厦区间的工程实践,分析总结了在盾构机穿越不同地层时泡沫的应用情况,论证了向开挖面压注泡沫材料来保证开挖面稳定和砂性塑流的优点。

1、前言

一般土压平衡盾构机适用于内摩擦角小、渗透系数在10负6次m/s以下的易塑流的粘性土层。在砂层、砾石层中,对于颗粒粒径较大的地层,土的摩擦力大,透水性高,切削土的流动性差,不能很好的传递压力,在这种土层中要保持开挖面稳定难度很大。为解决砂性土的塑流,可在开挖土仓中注入泡沫并充分搅拌,改变土的成分,以保证土的流动性和减少土的透水性,使开挖面保持稳定。同时加注泡沫还可减少刀盘与土体的摩擦,降低扭矩,减少壳体与刀盘上粘土的粘着力,有利于排土机构出土,所需的驱动功率就可减少。

城市地铁隧道大都需要穿越不同的地层,在一条线路上可能会有部分不适宜土压平衡盾构机施工的地层,这就限制了土压平衡盾构的适应范围,但是如采用万能的泥水盾构则造价比较高,而且需要很大的场地来安置泥水处理循环系统。目前城市地铁施工可提供的场地越来越小,因此为扩大土压平衡盾构机的使用范围,使其能够适应各种不同地层的变化,可采取通过加注泡沫系统的办法来实现这目的,使土压平衡盾构机造价低、容易控制操作的优点得到充分发挥。加泡沫后改变土壤渗透系数、扩大土压平衡盾构机适用渗透系数土体及粒径的范围。

2、泡沫的发泡原理和工艺流程

2.1 发泡原理

发泡系统由泡沫发生器、空压机、储料罐和各种管道泵组成,将发泡剂、聚合物与水混合后,人压缩空气将液体膨胀产生泡沫,通过刀盘上的4个性人口注人开挖仓内。

2.2泡沫制造工艺流程

2.3泡沫的膨胀率和注入比

(1)泡沫的膨胀率(FER)。FER=(液体的流速1/mm):(空气的流速1/mm);FER越大说明泡沫越“稀”或越“湿”,—般取值在1:6~1:15之间。

(2)泡沫的注入比(FIR)。FIR=(泡沫加注速率)/(土壤的开挖速率)x100%;—般取值在40%~100%之间。

泡沫在土压平衡盾构施工中的应用插图1

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文章名称:泡沫在土压平衡盾构施工中的应用

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