一种富水砂层盾构渣土改良施工系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型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。
【背景技术】
[0002]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。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型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，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。
[0004]本实用新型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。
[0005]本实用新型所述技术方案基于以下工艺原理:
[0006]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。
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的:
[0008]—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。
[0009]所述盾构机膨润土拌合系统通过管道栗连接盾构机的膨润土存储罐；
[0010]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、并通过由泥浆栗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栗控制的送浆管；
[0011]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栗送到盾构机的膨润土存储罐；
[0012]所述盾构机膨润土注入系统，包括存储罐、注入栗、变频器及管道;所述存储罐内可设搅拌轴;所述注入栗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栗转速从而改变膨润土注入量。
[0013]所述泡沫注入系统包括泡沫发生器、空压机、储料罐和各种管道栗组成，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。
[0014]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。
[0015]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，所述渣土改良剂由栗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。
[0016]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。
[0017]本实用新型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实用新型所特有的。
[0018]事实上，富水砂层中渣土改良工艺复杂，要膨润土浆液与泡沫剂合理搭配使用，如何利用好刀盘前侧的注射管道也非常重要。所述注射口到刀盘中心的距离都不相同，就是说在刀盘旋转时管道的注射轨迹不会重合，这样既能保证改良剂注射均匀，又能将膨润土浆液与泡沫剂之间的相互影响降到最低。另外，根据地层变化，膨润土注射管道可以随时改为高分子聚合物注射管道，防止喷涌情况的发生。
[0019]本实用新型上述工法的技术方案具有以下技术效果和工法特点:
[0020]1.保持开挖面的稳定性，防止地面过大的隆起和沉降。膨润土浆液使开挖面土体形成具有较好塑流性和低透水性的混合体，而泡沫具有可压缩性，两者结合对开挖面土体起到了支护作用，有利于土压平衡的建立，从而避免地面出现过大的隆起和沉降。
[0021]2.减少砂层土对刀盘和刀具的磨损，降低施工成本。砂性土颗粒松散，无粘聚力，加入泥浆后，泥浆包围在颗粒周围，形成一层泥膜，增加了颗粒之间的粘聚力，改善了土体的受力状况，有效地减小了砂性土颗粒对刀盘、刀具的磨损。泡沫的体积极小，混合泡沫后的泥浆扩散性得到增强，可在刀盘的搅拌下迅速渗透到土层中，降低了土体的密实度，加快了土体的流动性，同时吸附在颗粒之间的气泡可以减少土体颗粒与刀盘系统的直接摩擦，从而减小对刀盘的磨损，降低施工成本。
[0022]3.防止渣土粘附在刀盘及螺旋输送机内，避免闭塞现象，减轻机械负荷，降低刀盘扭矩，提高掘进速度。利用泡沫优良的润滑性能，改善土体粒状构造，降低土体的渗透性。又因其比重小，搅拌负荷轻，容易将土体搅拌均匀，从而既能平衡开挖面土压，又能连续向外顺畅排土。
[0023]4.本工程采用55KW大功率泥浆栗对膨润土进行强制循环膨化后立即使用(通常膨润土浆液制作完毕后要在储浆罐中储存6小时以上才能使用)，节省了储存容器，节省了占地面积，加快了施工进度，取得较好效果。
【附图说明】
[0024]图1本实用新型富水砂层土体改良施工工艺流程图
[0025]图2为本实用新型刀盘前侧改良剂注射口分布结构示意图
[0026]图3为本实用新型整体结构示意图
[0027]其中，1-盾构机，2-管道栗，3-膨润土存储罐，4-电机，5-膨润土搅拌罐，6_泥浆栗，7-出浆管，8-膨润土发酵罐，9-渣浆栗，10-送浆管，11-刀盘，12-泡沫注入口，13-泡沫发生器，14-储料罐
【具体实施方式】
[0028]如图3所示的本发明富水砂层土体改良施工系统和施工工法流程，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；
[0029]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;
[0030]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;
[0031]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I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。
[0032]如图2所示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。
[0033]改良剂从所述刀盘11的前方的面板上注射。
[0034]渣土改良剂由膨润土浆液与泡沫剂按比例配制而成;所述膨润土浆液可由高分子聚合物代替。