[发明专利]高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法

说明书

本发明是一种高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，包括如下步骤：(1)查清和收集盾构穿越地层的地质条件；(2)选择几种代表性的复杂地层工况，根据每种工况下各地层在盾构穿越断面所占的比例；(3)将得到的混合后的颗粒粒径分布曲线与现有土压平衡式盾构与地层适应性的粒径分布曲线进行对比，初步估算出高渗透性复杂地层改良过程中需要掺入的细颗粒粒径及掺入量；(4)在现场对盾构穿越的地层进行取样,确定渣土改良外掺剂种类及掺入量。优点:由于考虑复杂地层中粗颗粒地层和细颗粒地层混合效应，相比于只考虑粗颗粒地层渣土改良更符合实际情况，从而有利于降低目前普遍只考虑最不利粗粒地层的渣土改良的成本。

技术领域

本发明涉及一种高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，属于地下工程施工技术领域。

背景技术

土压平衡式盾构掘进时遇到高渗透性地层往往发生螺旋排土器排土口的喷涌，即发生土水分离大量地下水通过压力舱和螺旋排土器排出，导致压力舱的压力陡降、开挖面坍塌、地表塌陷等安全事故频发。因此，盾构穿越高渗透性地层引起了盾构工程界和学术界的高度重视。盾构掘进时，遇到单一的高渗透性粗粒地层的机遇其实是远小于遇到高渗透性粗粒地层加细粒土地层的复杂地层。通常情况下，为了确保盾构掘进的安全，从最不利的角度出发通常选择高渗透性的粗粒地层进行研究，开展渣土改良试验，通常掺入一定量的外掺剂，比如气泡、膨润土泥浆或者钙质的膨润土泥浆（含有一定量的细颗粒土），使之达到塑性流动状态，满足盾构施工的要求，防止喷涌事故发生。由于从最不利的工况出发，往往忽视了真实的情况是盾构掘削下来的是细粒土层和高渗透性的粗粒土层混合渣土，相比于粗粒土将有更多的细颗粒，有更好的级配性。这将有利于充分利用这种复杂地层中细颗粒充填粗颗粒形成的孔隙，有利于降低混合后渣土的渗透性，从而有效降低了粗粒土的改良难度。

发明内容

本发明提供一种高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，旨在解决土压平衡式盾构穿越含有粗粒土地层和含有细粒土地层的高渗透性复杂地层时，如何更加有效地、经济地改良盾构压力舱内渣土。通过考虑盾构掘削横断面上粗粒土地层和细粒土地层各自占得比例，通过计算得到该断面掘进时盾构压力舱内混合后渣土的粒径分布曲线，与盾构与地层相匹配的粒径分布关系曲线进行比较，初步确定需要掺入细颗粒土的掺入量。从而可以避免只考虑该断面上粗粒土改良带来的浪费和不经济，因为粗粒土改良到塑性流动状态通常需要掺入过多的含细颗粒的细粒土，或者掺入较多的高分子聚合物，不仅材料成本高昂，而且增加了泵送程序影响了盾构掘进效率。

本发明的技术解决方案：高渗透性复杂地层盾构压力舱渣土改良方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)查清和收集盾构穿越地层的基本地质条件，如盾构区间地质纵横断面、主要地层的渗透性和颗粒粒径分布、地下水位埋深、隧道埋深；

(2)选择几种代表性的复杂地层工况，根据每种工况下各地层在盾构穿越断面所占的比例，假设盾构掘削断面范围内有M个地层、每种地层可分为n个粒组，计算复杂地层掘削断面渣土混合后的颗粒粒径分布曲线；

（1）

（2）

……

式中：

A₁，A₂，…，A_n——A土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；

B₁，B₂，…，B_n——B土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；

……

M₁，M₂，…，M_n——M土层粒组1、粒组2、…、粒组n的土粒含量（%）；