]北京地铁6号线二期十六标工程东部新城站~东小营站区间全长为842.95m，隧道 为内径为Φ5.4m盾构隧道，管片厚0.30m。盾构通过地段主要为富水中粗砂、粉细砂层，局部 穿越粉质粘土薄夹层。本段线路赋存一层地下水，地下水类型为潜水(二），地下水位埋深 5.85~6.9m。区间隧道底埋深15.74~18.87m。
[0121] 富水砂层掘进中渣土改良是整个施工过程中的难点和重点，渣土改良到位，才能 保证盾构施工安全、顺利、快速。由于砂层密水性差，掘进停机后，土仓内砂土易离析、沉淀、 密实，使刀盘再次启动时扭矩大，启动困难，对盾构机设备损害大。采用土压平衡模式掘进 时会因渣土密水性差易产生喷涌现象。渣土和易性差，螺旋机出渣不畅，导致掘进速度慢， 掘进参数不易控制。根据富水砂层掘进中渣土改良所面临的问题，在北京地铁6号线十六标 东部新城站~东小营站盾构区间采用以膨润土浆液为主，泡沫剂为辅，以高分子聚合物做 为补充的方案进行渣土改良，大大提高的盾构机掘进效率，很好地控制了地面沉降，施工效 果较好。
[0122] 北京地铁6号线16标段东部新城站~东小营站区间采用盾构法施工，该地段地质 为富水砂层，采用土压平衡模式掘进时会因渣土密水性差而产生喷涌现象;渣土和易性差， 掘进速度慢，掘进参数不易控制。根据富水砂层掘进中渣土改良所面临的上述问题，在北京 地铁6号线16标段盾构施工中，对全断面触变可液化砂层土体改良技术进行了深入研究，采 用膨润土浆液和泡沫剂配合使用作为渣土改良剂，从而完善了此类土体的触变性能，达到 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。
[0123] 本技术方案要点是在刀盘前部和土仓中注入水、膨润土泥浆、聚合物或泡沫等混 合添加材料，经强力搅拌，改善开挖的土体塑性、流动性，降低渣土的透水性。通过在北京地 铁6号线16标段的研究与应用，形成了一套完整的富水砂层盾构渣土改良施工法。
[0124] 本发明整体技术达到国内领先水平。该技术在北京地铁6号线16标段盾构施工中 成功应用，取得了良好的经济、社会和环保效益，具有广泛推广应用价值。
[0125] 该技术在地铁六号线十六标盾构区间施工中成功运用，取得了较好的经济、社会 和环保效益，按期、优质的完成了该工程的建设。对类似地层的盾构施工提供了很好的借 鉴，对推动盾构施工技术的发展，具有重要的现实意义。
【主权项】
1. 一种富水砂层盾构渣土改良施工系统，其特征是，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、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栗(2)连接盾构机的膨润土存储罐(3); 所述盾构机膨润土注入系统包括电机(4)带动的膨润土搅拌罐（5)、并通过由泥浆栗 (6)控制的出浆管(7)与膨润土发酵罐(8)连接，所述膨润土存储罐(3)与彭润土发酵罐(8) 之间连接有由渣浆栗(9)控制的送浆管（10); 所述泡沫注入系统包括泡沫发生器（13)、空压机、储料罐（14)和管道栗，设于盾构机 (1)的刀盘（11)和土仓内的泡沫注入口（12)，泡沫剂注入所述刀盘（11)前方的掌子面和土 仓内。2. 根据权利要求1的富水砂层盾构渣土改良施工系统，其特征是，所述盾构机渣土改良 系统内的渣土改良剂为注射管道分布;所述刀盘（11)辐条上均匀分布注射孔，所述注射孔 包括膨润土注射管道的注射孔、泡沫剂注射管道注射孔;所述土仓内还设有膨润土浆料或 泡沫注入口。3. 根据权利要求1或2所述的富水砂层盾构渣土改良施工系统，其特征是，所述改良剂 从所述刀盘(11)的前方的面板上注射。4. 根据权利要求1或2所述的富水砂层盾构渣土改良施工系统，其特征是，所述渣土改 良剂由膨润土浆液与泡沫剂按比例配制而成。5. 根据权利要求4所述的富水砂层盾构渣土改良施工系统，其特征是，所述膨润土浆液 可由高分子聚合物代替。6. 权利要求1-5之一的一种富水砂层盾构渣土改良施工系统的施工工法，包括以下步 骤： (一) 制作膨润土浆液，膨润土进行发酵膨化，栗送运输膨化的膨润土； (二) 运输泡沫剂； (三) 将步骤(一）、步骤(二)膨润土和泡沫剂分别注入盾构机（1)，于所述土仓内进行土 体搅拌，进行土体改良。7. 根据权利要求6的富水砂层盾构渣土改良施工系统的施工工法，所述膨润土为钠基 膨润土，制成膨润土楽;液。8. 根据权利要求6的富水砂层盾构渣土改良施工系统的施工工法，所述膨润土用高分 子聚合物代替。9. 根据权利要求6的富水砂层盾构渣土改良施工系统的施工工法，于砂~砂（卵）烁石 地层时，所述膨润土PH值7.5~10.0,粘度为2~lOPa · s; 或，于粘土~砂烁石或粘土~卵地层时，所述泡沫剂PH值7.3~8.0,粘度：0.003~ 0·2Pa · s 〇10. 根据权利要求8的富水砂层盾构渣土改良施工系统的施工工法，于固结粘土~砂砾 地层，所述高分子聚合物为PH值7.5~10.0,粘度:0.7~2.OPa · s。11. 根据权利要求6的富水砂层盾构渣土改良施工系统的施工工法，所述膨润土浆液的 水土比（重量比）为14:1的膨润土;所述膨润土浆液与渣土样体积比为1:3。12. 根据权利要求6的富水砂层盾构渣土改良施工系统的施工工法，所述泡沫剂与水混 合的比例为3:100,或6:100。13. 根据权利要求8的富水砂层盾构渣土改良施工系统的施工工法，所述高分子聚合物 的改良剂配合比，为高分子聚合物1~3kg、水1000L、渣土7m 3的比例。14. 根据权利要求8的富水砂层盾构渣土改良施工系统的施工工法，所述当平均土压的 保持0.9bar，采用水土比14:1的膨润土浆液，浓度为3 %的泡沫剂。15. 根据权利要求14的富水砂层盾构渣土改良施工系统的施工工法， 1) 盾构始发阶段： (1) 1-45环：由于始发降水影响，该段处于无水全砂地层，掘进速度20~30mm/min，膨润 土浆液注入速度140~180L/min，注入量7~9m3/环，泡沫剂入量20~30L/环，推力18000~ 28000KN，刀盘扭矩2700KN · m~3600KN · m; (2 )46-83环：该段处于富水全砂地层，掘进速度30~40mm/min，膨润土衆液注入速度 180~240L/min，注入量9~12m3/环，泡沫剂注入量20~30L/环，推力20000~22000KN，刀盘 扭矩3200KN · m~3700KN · m; 2) 正常掘进阶段 (1 )84-195环：该段处于富水全砂地层，掘进速度40~70mm/min，膨润土衆液注入速度 130~200L/min，注入量4~6m3/环，泡沫剂注入量40~50L/环，推力19000~25000KN，刀盘 扭矩2900KN · m~3800KN · m; (2) 196-548环：该段处于富水全砂地层，含粉质粘士薄夹层，掘进速度70~80mm/min， 膨润土浆液注入速度75~200L/min，注入量1.5~4m3/环，泡沫剂注入量25~30L/环，推力 14000~21000KN，刀盘扭矩 1600KN · m~3400KN · m; (3) 549-690环:该段处于富水全砂地层，掘进速度70~80mm/min，膨润土衆液注入速度 80~350L/min，注入量4~7m3/环，泡沫剂注入量40~60L/环，推力15000~21000KN，刀盘扭 矩3000KN · m~4100KN · m。
【专利摘要】本发明公开了一种富水砂层盾构渣土改良施工系统和施工工法，其特征是，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、盾构机膨润土注入系统。施工工法，包括以下步骤：(一)制作膨润土浆液，膨润土进行膨化，泵送运输膨化的膨润土或用高分子聚合物代替；(二)运输泡沫剂；(三)将步骤(一)、步骤(二)膨润土和泡沫剂分别注入盾构机，于所述土仓(17)内进行土体搅拌，进行土体改良。本发明改变了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，具有显著的社会效益和经济效益。
【IPC分类】E02D3/12, E21D9/08
【公开号】CN105545314
【申请号】CN201510983075
【发明人】刘小东, 刘继鹏, 汤贵海, 庞前凤, 邢野, 姚义, 韩震, 高江涛, 李朋辉, 李建军, 徐小燕, 李继龙, 王峰
【申请人】中铁二十二局集团第一工程有限公司, 中铁二十二局集团有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月24日