土压平衡盾构在砂性土中施工问题的试验研究(3)

土压平衡盾构掘进是软土地区地铁隧道施工的主要方法之一,但是盾构在穿越塑流性差、含水量高、渗透系数大的砂性土层时,存在土体受扰动发生液化、流砂或由于螺旋出土器出土困难使工作面形成“干饼”等许多技术难题。为此,研究了盾构穿越砂性土层时采用合适的添加剂的施工工艺

第24卷 第1期 唐益群等. 土压平衡盾构在砂性土中施工问题的试验研究 55

(2) 压缩试验：反映2类扰动土渗透性指标的差异，指标：渗透系数Kv；

(3) 固结快剪试验：反映2类扰动土的静态强度差异，指标：粘聚力c，内摩擦角 ；

(4) 动三轴试验指标：反映2类土的动强度差异，指标：Ed，Ed–ε关系曲线，这是与施工最直接相关的参数[3]。 4.3 试验结果

(1) 三大常规指标及推导常规指标见表2。

表2 三大常规指标及推导常规指标

Table 2 Three routine parameters and derived routine

parameters

土质

平均密度平均含水量 比重 孔隙比/g cm－3

ω /%

Gs

e

原状土 1.820 33.50 2.70 0.940 肥皂水土 1.852 30.62 2.70 0.904 泡沫剂土 1.695 32.98 2.70 1.120

(2) 压缩试验

通过小环刀的压缩试验，运用时间平方根法求得固结度达到90％的时间t90，

同时通过下式分别求得竖向固结系数Cv及水平向固结系数CH为

C0.848H2

v=

t (2) 90

C0.335R2

H=

t (3) 90式中：H为渗径(排水距离，cm)，R为径向渗径(环刀的半径，cm)。竖向渗透系数Kv和水平向渗透系数KH分别为

KCvαvγw

v=

1+e (4) 1

KCHαvγw

H=

1+e (5) 1

式中：αv为压缩系数(MPa

－1

)，γw为水的容重

(kN/m3)，e1为前一级荷重下的孔隙比。

试验所得的e–Kv曲线见图2，3。

1－s

mc3－ 2

1

01/ v0

K 0.82

0.840.860.880.90孔隙比

e图2 加肥皂水的e–Kv曲线 Fig.2 e–Kv curve with suds additive

1

－

s

1.0mc3－

0.501/vK0.01.05

1.061.071.08

1.091.10

孔隙比

e图3 泡沫剂土的e–Kv曲线 Fig.3 e–Kv curve with foam additive

(3) 固结快剪试验结果见表3。 (4) 动强度指标试验结果见图4。

表3 泡沫剂土和肥皂水土静强度指标对比

Table 3 Static strength comparison between foam-soil and

suds-soil

土质 粘聚力c / kPa

内摩擦角 /(°)

原状土 3.00 46.50 泡沫剂土 3.35 37.80 肥皂水土

8.41 44.00

注：泡沫剂土与肥皂水土c值之比为0.40， 值之比为0.86。

10

% / ε变5

应0

500

1 000

1 500

振次次数N/次

图4 泡沫剂土、肥皂水土振次–应变曲线对比

Fig.4 Comparison of N –εcurve between foam-soil and

suds-soil

4.4 试验结果分析

(1) 砂性土的物理力学性质有所改变：掺入肥皂水后，由于肥皂水的介入，平均密度有所增加，而孔隙比有所减小，含水量也有一定减小；而掺入泡沫剂后，由于泡沫剂土中泡沫的充填作用，土样的平均密度有较大的减小，孔隙比有所提高，含水量比掺入肥皂水时约提高8％；

(2) 小环刀的压缩试验表明，无论肥皂水土样还是泡沫剂土样，渗透系数都随着孔隙比的减小(即轴向压力的增大)而减小，加泡沫剂土的渗透系数远远小于加肥皂水土样的渗透系数；

(3) 掺入泡沫剂和肥皂水后砂性土的粘聚力均有所提高，但内摩擦角有所降低，并且泡沫剂土的