哈尔滨地区富水砂层盾构施工的渣土改良技术研究

哈尔滨地区富水砂层盾构施工的渣土改良技术研究

范欣荣1 丁彦杰2

【摘 要】摘要：针对哈尔滨地区的富水砂层盾构施工难题，进行了实验室内的渣土改良研究。试验采用膨润土泥浆和高分子吸水树脂等添加剂，以改善渣土性状，并测试渣土的坍落度和渗透系数。其后，将实验室研究的配比结果应用于现场盾构施工，并设置试验段来测试盾构采用不同渣土改良手段后的扭矩变化。研究结果表明：采用1.05 g/ml的膨润土泥浆，配合质量百分数为0.3%的高分子吸水树脂溶液，注入量为渣土质量的5%～7%，可以满足盾构在富水砂层施工中的渣土改良要求。

【期刊名称】《建筑施工》【年(卷),期】2019(041)009【总页数】3

【关键词】富水砂层；盾构施工；渣土改良；扭矩监测

盾构法已成为国内外常用的隧道施工方法，我国采用的盾构机多为土压平衡盾构机，土压平衡盾构的施工原理是通过开挖土体与掌子面土体形成平衡以保证掌子面稳定，进而持续掘进施工。随着我国使用盾构法施工的地区越来越多，许多新的技术难题也随之而来。渣土改良是盾构施工的重要工序，即通过向掌子面的土体注入改良材料来改善土体性能，从而提高施工安全和效率。富水砂层的盾构施工常常面临扭矩偏大、刀盘易磨损、出土口喷涌等施工难题[1-6]，本文基于哈尔滨地铁2号线盾构施工项目，研究了针对该地层的渣土改良施工技术。

1 工程概况与研究难点

哈尔滨地铁2号线哈尔滨北站站—大耿家站区间全长2 088.561 m，全部为地下线路，采用盾构法进行施工（图1）。盾构区间内地下水位埋深2.8～7.8 m，盾构拱顶上方覆土厚度为9～22 m。盾构在掘进时承受着地下水的压力作用，最大压力为25 m承压水压力。根据地质勘探报告，地层的土体孔隙内含有大量孔隙潜水，孔隙含水率13%～17%，渗透系数为2.30×10-2 cm/s，属于高渗透性富水砂层[7-8]。

取待改良的盾构区间的原状土体进行土体颗粒性质分析，绘制级配曲线（图2）。根据级配曲线的分析结果，土体材料中80%以上的颗粒粒径大于0.3 mm，由此可知盾构穿越地层为中砂地层。根据级配曲线分析结果，土样的曲率系数约为0.538，不均匀系数约为5.85，当不均匀系数≥5，曲率系数在1～3之间时为良好级配，不同时满足上述2个条件时为不良级配，因此该区间地层土体级配一般，土体颗粒粒径相差较大。

由于盾构穿越地区的级配不良，即土体颗粒不均匀，故盾构承受较高水压力。基于以上背景，盾构