文章摘要：......
剂是气泡应用的根本。
4.2 从气泡混和土的性质指标进行评价
气泡应用于盾构掘进工程中时,其作用的发挥是通过与土体结合而体现出来的,所以对气泡的评价侧重于其与开挖面切削土体混合后的性质,即气泡混合土性质。
4.2.1 气泡混合土渗透性
土压平衡式盾构机在砂砾层等强透水层地基施工时,开挖面过高的水压力会导致盾构机螺旋排土器出口发生地下水大量流失,严重时会发生喷涌。影响掘进顺利进行,这时可以通过在刀盘及压力舱注入气泡来减小土体的渗透性。此时评价气泡的指标是气泡混合土渗透系数的减小程度。一般要求,当用气泡减小土体渗透性时,要求渗透系数能够降低,见下表1。
由于气泡与土体混合的充分程度会影响止水效果的差异。同时,不同的级配颗粒土体在加入相互气泡后渗透系数的降低差异很大。所以在评价气泡剂技术的止水性时,要结合混合土体的颗粒级配情况确定。
4.2.2 气泡用于增加土体塑性流动性
压力舱内的土体是一种非常特殊的土体,是由开挖面上切削下来的破碎土体在刀盘和压力舱部位注浆口注入气泡,经过搅拌翼板的搅拌、混合而充填在压力舱内的混合土体。目前,国内盾构隧道中使用气泡材料主要的目的是增加压力舱内土体的塑性流动性,防止或改善压力舱内的“闭塞”、“结饼”现象。
确定气泡混合土塑性流动性的指标可从以下试验着手[7]:流塑性试验;液、塑限试验;拌和试验;固结实验;坍落度试验。
4.2.3 气泡用于降低土体的黏附性
降低土体的黏附性可以防止土体黏附于刀具及压力舱隔板及搅拌翼等结构而引起的刀具磨损及掘进扭矩及推力的增大,从而为保护盾构机顺利掘进。
气泡注入降低土体黏附性的效果判断可以通过测定气泡改良土体和金属表面黏附力的大小,即简单测定气泡混合土体试样在一定角度倾斜后的金属平板上的滑溜情况。其控制指标可定为气泡混合土试样在金属板上滑动所需的倾角,试验装置示意图见图3。
4.2.4 气泡浸透试验
气泡浸透试验目的是研究注入的气泡对刀盘前方地层的浸透跑力。在一定的压力下,气泡过度的浸透能力将会导致气泡用量增加,而且气泡混合土体提供的支持压力也可能不够充分。在测试试验中,将土样置于透明的圆筒中,然后注入气泡,施加压力,在活塞的推动作用下,观察气泡浸透到土样的深度。
5 结语
气泡剂技术在土压平衡式盾构中的应用效果评价方法的确定具有积极的工程意义,由文中分析可知:
(1)气泡应用于盾构施工中有着不同的目的,所以对气泡剂优劣性判定应该结合工程使用气泡的目的而言,例如对应用气泡增加土体的塑性流动性时,我们可以不考虑其止水性的优劣。同时,气泡性能的发挥是与原状土体的性质密切相关的,所以判断气泡效果应该考虑所应用的土质参数,同样的气泡对不同的土质会产生不同的气泡混合土特性,所以评价指标时应重点考虑气泡混合土的性质。
(2)目前,在国内土压平衡盾构隧道工程应用中,关于气泡应用的效果评价建议采用下述指标进行控制以满足普通的工程需要。气泡的稳泡时间,参考作者所提出的公式(4),其中参数α取值需要通过工程应用反馈进一步确定;气泡的发泡率,应用于盾构工程的发泡率在5~20之间,视所用发泡剂材料所提供的参数,在保证稳泡时间的基础上,发泡率越高越好;气泡混合土黏附试验,气泡混合土在金属平板上滑动的极限倾角;坍落度试验,坍落度试验可以部分的反应土体的塑性流动性,它的优点在于现场容易实施。施工单位可以采用坍落度试验确定气泡的注入比;气泡混合土渗透试验要求改良后气泡混合土止水性控制在发生地下水喷涌的临界渗透系数[8]以下。
(3)气泡剂效果是相对所处理的土层条件而言的,不同的地质条件下,选择合理适用的气泡剂产品,才能做到既保证顺利施工又经济节省。
(4)气泡剂的使用与添加量、添加时间等密切相关,在盾构掘进工程中,做到事前防范是关键,等到压力舱已经发生“闭塞”、“结饼”时再注入气泡材料效果不明显,气泡剂应用与否需根据盾构机掘进相关参数的反馈及施工经验确定,具体的理论参数尚需进一步完善。
(5)关于气泡混合土性质研究,目前仅限于欧美日等几个国家的科研单位,各单位研究气泡混合土土体性质时采用的方式及工具各不相同,所有很难有一个统一的指标来说明气泡混合土的性质,如粘滞性、流动性等。相关评价指标的统一及标准还需要不断完善并制定相应的规程。
参考文献:
[1]尹旅超,朱振宏,李玉珍,袁少军,等译.日本盾构隧道新技术[M].武汉:华中理工大学出版社,1999.7.
[2]B.Maidl,M.Herrenknetcht,L.Anheuser.MechanisedShieldTunnelling[M].Berlin:Ernst&SohnVerlagfürArchitekturundtechn.WissenschaftenGmbH,1996.
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