成都砂卵石渣土改良技术介绍(王国义)

8EPBmode—totalbalanceofsoilpressure土压平衡模式——土压平衡的建立土压+水压=土仓中土压9Earthpressurebalance(EPB)TBMwherearetheadditivesinjected?土压平衡式(EPB)TBM添加剂添加部位 盾尾油脂 同步注浆水/泡沫剂/聚合物10Soilconditioningagents土体改进产品的分类与作用 Allowfillingoftheworkingchamber提高土仓充填性1.Foams 泡沫剂2.anti-clay-additives 粘土分散剂3.Polymers 聚合物IncreasetheTBMspeed增加TBM掘进速度Decreaseabrasion,torque降低磨损、扭距

Decreaseclogging,adhesion,transportproblems

降低堵塞、黏附、输送问题

IncreasetheTBMspeed增加TBM掘进速度

Increasesoiladhesion,impermeability

增加土壤粘聚性，抗渗性

Decreaseliquidsoilconsistency

降低液态渣土的稠度

Decreasesettlements减少渣土离析11Soilconditioningandsoilmechanics渣土改进和土体力学 60 Clay 粘土Gravel砾石Silt淤泥

workingChamber 土仓cohesion [kPa] 粘聚力040angleofinternalfrictionphi[°]10内摩擦角

12TBMchoicebygeologyinsoftground软土地层中地质条件决定方案粘土砂砾石细中粗细中粗细中粗Toulouse(F)‘2003HKEPB,Ø=7.72mmainlyunderwatertableFoam+Anti-ClayBotlek(NL)‘99HKEPB,Ø=9,76m3.6barwaterFoam+PolymerAviles(ESP)‘99Mailano(I)‘94LovatEPB,NFMEPBØ=3.4mØ=8.03m2.5barseawatermainlyabovegwFoam+Foam+PolymerPolymerLyon(F)‘96NFMEPB,Ø=10.98m1.5-3barwaterFoam+Polymer+BentTorino(I)‘2004LovatEPB,Ø=7.7m mainlyabovewatertableFoam+Polymer13ActualrangeofEPBuse使用EPB的土质范围weakgroundundergroundwaterpressure地下水压下的软弱地层

粘土敞开式盾构机 适用淤泥质土

砂含粗砂、级配不连续土层砾石

泡沫剂+聚合物淤泥质砂土

泡沫剂

含砾石、级配不连续土层粘土黏附刀盘、结块泡沫剂、聚合物以及填充料泡沫剂+粘土分散剂

粒径[mm]

1415ChangeofsoilrheologywithMEYCOSLFfoam使用MEYCOSLF系列泡沫剂改变土体流变性16Whatisfoam?什么是泡沫？technicaldetail技术点inuse应用17-+SurfactantTypes外表活化剂类型IonicClasses离子

Anionic阴离子 Cationic阳离子

Amphoteric两性离子

~0

Non-Ionic非离子

Structures结构

LinearAlkyl线性烃基 BranchedAlkyl分支烃基DualhydrophilicGroups

双亲水基型18Foam泡沫发生器GeneratorCreationoffoam泡沫的形成air空气Air空气Water水Water水19TunnelFoamAppearance泡沫状态MEYCOSLFGroup系列

20Whyusedifferentfoams?选用不同泡沫剂的原因foamshavedifferentproperties:不同的泡沫具有不同的特性

airincorporationproperties与空气的混合性能

halflifetime稳定时间

anti-claybehaviour抗粘性能力

ion-sensibility(Ca,Na,...)与离子敏感度

rheologicalbehaviour流变能力

soildrainingbehaviour渣土排干能力labtestshavetobecarriedoutpriortositeuse.现场使用前须做室内试验以选用适宜的型号21SoilRheologyChangewithMEYCOSLFFoam泡沫剂明显改善土体流变性砂砾砂砾+泡沫剂22TorqueReduction降低扭距withMEYCOSLFFoaminClaySoil,Herrenknechttestrig海瑞克测试，MEYCOSLF泡沫剂用于粘性土层23Soilconditioningsystem泡沫发生系统schematicview示意图水24TBMFoam&Polymerparameters(cF,cP,FER,FIR)泡沫剂和聚合物参数泡沫原液加水：泡沫溶液加气：发泡泡沫注入土体25TBMparametervisualisationindriver’scabinTBM驾驶舱内参数设置26TBMFoam&Polymerparameters(cF,cP,FER,FIR)泡沫剂和聚合物参数27Dosingofsoilconditioningagents泡沫剂泵28Foamgenerator泡沫发生器29InjectionPoints刀头注入点attheTBMcutterhead

30HighestFoamQuality不同FER下的发泡质量

FER=V压缩空气/V泡沫剂水溶液FER=8FER=10FER=2031SoilConditioningII渣土改进

anti-clayadditives

粘土分散剂Rheosoil®211standardanti-clay-polymer标准型聚合物Rheosoil®212improvedversionof211211的改进型Rheosoil®143foaminganti-clay-polymer发泡型聚合物

32clogging&adhesiononthecutterhead刀盘的堵塞与粘附33Anti-clayadditives粘土分散剂useinclayandclayeysoils用于粘土或粘性土体Problem问题-adhesiononmetalsurfaces粘附于金属外表-agglomeration(cohesion)ofsoilchipstobigblocks土块结团Consequence结果-cloggingofthecutterhead刀头堵塞-cloggingintheworkingchamber土仓堵塞Result导致-lowTBMspeed掘进速率低-highmaintenance&revisioncosts保养、维护本钱高34Anti-clayadditives&foam使用泡沫剂和粘土分散剂andtheirReactionwithClay与粘土颗粒之间的作用35Changeofsoilbehaviour使用粘土分散剂的withRheosoilanti-clayadditives

粘土+ 水和泡沫剂

效果粘土+泡沫剂和粘土分散剂3637MadridMetroLamproject–beltview马德里地铁－输送带效果Foam泡沫剂Foam+Rheosoil211泡沫剂＋Rheosoil211ToulouseMetroLineB,Lot2

Without/未使用Rheosoil211:

-emptyworkingchamber 空土仓 -airpressuresupport 需压缩空气支护平衡 -impossibletomanage wateringressbysand lenses 如遇砂层无法控制水的渗入 -pluggingofthe cutterhead 堵塞刀盘

With/使用Rheosoil211:

-fullworkingchamber满土仓 -1,5-2,5barEPB -softmaterial渣土变软 -noclogging无堵塞 -increaseofspeed提高掘进速度 -decreaseoftorque降低扭距LL200238SoilConditioningIII渣土改进Polymers聚合物MEYCO®SLFP1MEYCO®SLFP2mediumliquidsoil中度含水土壤waterbinding,increasingsoiladhesion,stabiliser富含水，增加土体粘聚性提高土体稳定性39Whatcanpolymersdo聚合物的作用40CharacteristicsofMEYCOSLFP1&P2MEYCOSLFP1和P2机理

土体颗粒

聚合物的长链结构：

•提高泡沫稳定性 •提高土体流变性

聚合物链触变性提高•增强土体触变性•防止土体离析•提高土体抗渗性•出土顺畅41SingaporeMetro-PolymerP1新加坡地铁－使用P1聚合物仅使用泡沫剂含水量过高泡沫剂+5%SLFP1聚合物掺量过高大块出土泡沫剂+3.5%SLFP1出土效果明显改善2~3%聚合物掺量为佳42AvilesCollector,SpainEBPdriveinrunningsandsection西班牙Aviles工程，EBP在流砂层段掘进

Aviles(ESP)‘99LovatEPB,Ø=3.4m2.5barseawaterFoam+Polymer

LovatEPB设备，3.4m直径2.5bar海水压力 泡沫剂＋聚合物43AvilesCollector,SpainUseofMEYCOSLFP2西班牙Aviles工程，使用MEYCOSLFP22.5bar海水压力 仅使用泡沫剂

2.5bar海水压力泡沫剂+聚合物P244GuangzhouMetroLine3UseofMEYCOSLFP1中交隧道广州地铁三号线使用MEYCOSLFP1地质情况：在以④7~④12为主的连续地层中掘进，以细砂、中砂、粗砂和砾砂为主，且含水量高问题：扭矩升高土仓压力建立困难

出土不能成形，呈流砂状解决方法：MEYCOSLF34+10%SLFP1结果：扭矩降低建立稳定的土仓压力渣土呈现良好的流塑性排土顺畅45Guangz