[发明专利]一种富水砂层盾构渣土改良施工系统和施工工法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑施工领域的施工方法，尤其涉及一种富水砂层盾构渣土改良施工系 统和施工工法。

背景技术

目前盾构机主要为土压平衡式盾构，其特点是用开挖出的土体作为支撑开挖面稳定的介 质，但要求作为支撑介质的土体具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。由 于一般土体不能完全满足这些特性，所以要进行改良。如果采用单独添加膨润土或泡沫的工 法，土体改良效果差，掘进速度缓慢，工期长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种富水砂层盾构渣土改良施工系统和施工工法，克 服了现有技术土体的触变性能的缺点，具有最优的土体塑流化改造效果，确保了盾构安全顺 畅掘进施工，缩短了工期。

本发明所述工法适用范围尤其适用于土压平衡盾构机在富含地下水砂层中掘进时对砂性 土体进行改良，以改善土体的物理性质，保证盾构施工顺利进行。

本发明所述技术方案基于以下工艺原理：

土压平衡盾构施工中，在土仓内形成良好塑流性的土体，是盾构顺利施工的重要前提。 砂性地层塑流性差、具有力学不稳定性，为了使开挖土体具有良好的流动性，必须有30％左 右的微细颗粒，砂土地层中微细颗粒很难达到这个含量。因此，在盾构机掘进时向开挖面添 加膨润土泥浆，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，有效增加了砂地中的细颗粒含量， 改善砂土地层的物理性质，形成具有较好塑流性和低透水性的混合土体，经土仓内塑流状态 良好的土体向掌子面传递设定的平衡压力，实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向 前推进。同时，利用泡沫优良的润滑性能，可以有效降低刀盘扭矩，提高掘进速度。另外， 泡沫具有可压缩性，对土压的稳定也具有积极的作用。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种富水砂层盾构渣土改良施工系统，包括膨润土系统，泡沫注入系统、盾构机渣土改 良系统；所述膨润土系统包括盾构机膨润土拌合系统和盾构机膨润土注入系统。

所述盾构机膨润土拌合系统通过管道泵连接盾构机的膨润土存储罐；

所述盾构机膨润土注入系统包括电机带动的膨润土搅拌罐、并通过由泥浆泵控制的出浆 管与膨润土发酵罐连接，所述膨润土存储罐与彭润土发酵罐之间连接有由渣浆泵控制的送浆 管；

所述盾构机膨润土拌合系统置于地面，主要用于膨润土浆液的拌合与发酵存储，拌合发 酵完成后通过管道泵送到盾构机的膨润土存储罐；

所述盾构机膨润土注入系统，包括存储罐、注入泵、变频器及管道；所述存储罐内可设 搅拌轴；所述注入泵用于膨润土泥浆注入；所述变频器用于根据渣土改良效果和掘进速度及 时调整注入泵转速从而改变膨润土注入量。

所述泡沫注入系统包括泡沫发生器、空压机、储料罐和各种管道泵组成，主要用于将泡 沫剂与水混合后，用压缩空气将混合液体膨胀产生泡沫，通过刀盘和土仓内的泡沫注入口注 入所述刀盘前方的掌子面和土仓内。

所述盾构机渣土改良系统的盾构机为公知的一种，如日立土压平衡盾构机，所述系统通 过采用膨润土浆液和泡沫剂配合使用作为渣土改良剂，或，特殊情况下遇水囊、喷涌等情况 时采用高分子聚合物替代膨润土作为渣土改良剂。

所述盾构机渣土改良系统还包括渣土改良剂注射管道分布，所述渣土改良剂由泵送设备 通过中心回转轴连接刀盘注入到刀盘前方，所述刀盘辐条上均匀分布注射孔，包括膨润土注 射管道的注射孔、泡沫剂注射管道注射孔。另外，在所述土仓内还设有膨润土浆料或泡沫注 入口，在系统的螺旋输送机上设有泡沫注入口。

通过所述渣土改良系统，创新点还表现在所述改良剂与渣土能拌和均匀。尤其是，改良 剂从刀盘前方面板上注射尤为重要。掘进过程中刀盘低速切削掌子面，与此同时改良剂同步 注射到掌子面上，这样切削下来的渣土与改良剂混合的面积达到极值的概率最大。挤压到土 仓里的渣土再通过刀盘的继续旋转带动搅拌土仓内渣土，使改良剂与渣土进一步混合。

本发明上述系统的结构部件可以从市场获得，但其部件之间的组合工艺顺序是本发明所 特有的。