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1、 目录 材料特性 材料特性 二二 配制工艺 配制工艺 三三 泥膜护壁工艺 泥膜护壁工艺四四 案例分析 案例分析 4 五五 背景背景 一一 展望展望 4 六六 背景背景 一一 困境 富水断裂带喷涌开仓作业事故频发 滞排沉降、塌方多发 有没有更好的解决办法？ 寻路寻路 十 二年前 广州地铁竺总提出如何解决“滞排、喷涌” 问题和降低开仓作业风险； 五 年 前 广州地铁盾构技术研究所提出从材料、设备和工艺方面解决上述工程 风险； 2013年11月 联合佛山泰利斯材料厂家进行联合开发； 2014年2月 确定材料研究方向，开始材料配方研制； 2015年3月 进行材料试配及性能研究 ，进行各类试验150多次
2、，竺总正式命名 为 “衡盾泥” ； 2015年7月 调研并选择“衡盾泥”搅拌、混合、泵入设备； 2015年9月 分别在福州、广州、兰州等8个工地试用泥膜护壁工法，均取得成功。 -2016年4月 材料特性 材料特性 二二 5 1、衡盾泥定义衡盾泥定义 衡盾泥是一种以无机粘土为主要材料，通过改性后与增粘剂反 应形成一种高粘度的触变泥浆，具有良好的和易性和粘附性，在水 中不易被稀释带走，成膜稳定，附着力好，是一种绿色环保材料。 盾构机掘进的施工过程中，如遇到复杂的地质环境：全断面砂 层、富水断层破碎带、砾卵石地层、裂隙发育岩层、上软下硬地层， 采用传统的泥膜护壁法难以达到保压效果，而衡盾泥浆体泥膜护
3、壁 简化了常规泥浆制作稠度分级，具有较好的时效耐用性，封闭保压 效果稳定，能满足保压开仓作业的需要。 5 产品组份：产品组份： 本产品为双组份配制材料，分A组份和B组份，A组份为干粉 料，B组份为液体材料。 主要应用于：主要应用于： 带压开仓作业的泥膜护壁； 掘进中防止滞排； 掘进中控制喷涌。 a、隔水性、隔水性 2、衡盾泥材料工程特性、衡盾泥材料工程特性 b、裹携性、裹携性 c、与不同介质的附着力、与不同介质的附着力 d、承载力、承载力 e、保水性和可逆性、保水性和可逆性 衡盾泥配制工艺 衡盾泥配制工艺 三三 1、配制要求（、配制要求（衡盾泥1号）：）： a、根据地层的地质条件和掘进要求，选
4、用适当粘度的衡盾泥浆体配比 b、配制流程：称重A组份 加入需用的水量充分搅拌均匀（要求无结团微粒） B组份与A组份浆体中按配比混合泵送至土仓 A组份：水=1:1.51:3.0（浆体） A组份：B组份=12.5:1 20:1 高速立式搅拌筒：容积约1.3m3， 2、A液搅拌液搅拌 通过台车上同步注浆罐，倒入卧式搅拌槽内进行混合，每次1- 2m3，2min后目测达到效果。 3、A液与液与B液混合情况液混合情况 4、推荐配套设备、推荐配套设备 高速立式搅拌筒同步注浆罐内混合，每次 1-2m3 衡盾泥搅拌设备 衡盾泥泥膜护壁工艺 衡盾泥泥膜护壁工艺四四 衡盾泥材料用于泥膜护壁工艺操作流程衡盾泥材料用于
5、泥膜护壁工艺操作流程 止水封堵 渣土置换 盾构机后退 分级加压 浆气置换 1、实例、实例1 福州某区间过江隧道，采用欧系6450复合式土压平衡盾构机。盾构机在江底段 因遇到碎块状岩石刀盘被卡，并发现3把掉落刀具，需要开仓检查。盾构机停机位置 距离江岸约30米，盾构机埋深约18m，顶部为 中粗砂层，上部为 散体状 强风化岩层、 碎块状强风化岩层，下部为 中风化岩层。盾构土仓与闽江 水已贯通；受江水影响，每天形成4-5米左右潮汐差。 使用浆车运输并直接泵送衡盾泥材料通过土仓隔板上10点钟位置预留孔灌注衡盾泥 1.1 衡盾泥泵入情况 通过螺旋输送机置换排渣情况渣土置换情况 1.2 衡盾泥置换排渣情况
6、 注入49.8m3，排渣28.6m3， 渣土置换耗时25小时。 1.3 衡盾泥保压情况 1、土仓工作压力为2.5bar，衡盾泥加压至3.5bar为止。 2、渣土置换完毕后，开始进行分级加压。控制土仓压力稳定在3.5bar 超过8小时。 1.4 开仓情况 衡盾泥对松散地层黏附力 较强，对于岩层等稳定地 层黏附力一般。 2 实例实例2 广州某区间左线盾构机出现开挖直径不足现象，需要开仓检查及更换刀具。刀 盘处上覆土16.9米，自上而下依次为：素填土（约3.8米），粉质黏土 （约3.2米），中粗砂（约3.5米），粉质黏土（约1.5米），中 粗砂（约2.7米），粉质黏土（约1.3米），洞身范围上部5.
7、2米为全风化、 强风化泥质粉砂岩，下部1.1米为微风化泥质粉砂岩；属于典型上软下 硬地质情况。 3.1 渣土置换及“洗仓” 预设开仓工作压力2.0bar。置换时，控制土仓上部压力在2.02.5bar范围内，可以缓 慢转动刀盘。同时，应避免压力过度波动扰动地层。 利用同步注浆系统完成衡盾泥注入，一共注入36.7方，排渣29.8方。 3.2 盾构机后退 置换完成后，可回缩推进千斤顶使盾构机后退5cm左右，便于更换刀具及。 a、控制刀盘的低速旋转（刀盘转速0.1-0.5r/min），在确保压力稳定的情 况下，边后退边注入衡盾泥，促使在刀盘与掌子面之间建立泥墙。 b、加强地面沉降监测，避免沉降过大。
8、为了使衡盾泥有效地填充渗透，在排土压气前进行衡盾泥梯级加压。 a、从2.0bar加压至2.8bar，共分四个梯次压入，每个梯级共两个小 时的动态注入，过程中可以低速转动，以保证注入和渗透的均匀性。 b、当注入压力达到2.8bar的时候，进行12个小时的动态保压。 3.3 分级加压步骤 3.4 浆气置换步骤 a、分级加压后，即可进行排土换气作业。 b、加气排土阶段，逐渐降低压力，至开仓工作压力时，稳压6小时。 c、排土时控制不能转动刀盘，并防止螺旋机出土时，产生负压，破坏衡盾泥 泥膜的整体性。 3.5 开仓情况 5 1、工程概况 兰州某区间右线长1128.097m，区间隧道穿越地层大部分为全断面
9、 卵石层：灰黄色、 青灰色，饱和，局部夹有薄层或透镜状砂层。粒径大于200mm 的漂石、卵石平均含量占64.53， 一般粒径20mm60mm，最大粒径为500mm；粒径2mm20mm 的圆砾平均含量占14.82； 水位埋深为3.1211.65m，主要受大气降水、地表水入渗以及黄河水补给，以迳流与地下越流 方式排泄。地下水丰富、渗透系数大（渗透系数：65-72米/天）。 案例分析 案例分析 4 五五 5 盾构掘进至750环位置时， 需要开仓检查更换刀具。停机 位置为富水大粒径卵石地层， 土体灵敏度高，受扰动易发生 坍塌，刀盘位置隧顶埋深32米， 洞身范围地层为卵石层,水头高 度16米，开仓作业压
10、力设定为 2.5bar。 5 本次开仓距离上次换刀共计推进137环，穿越地层为全断面卵石层。正常推进过程中，速 度为1030mm/min，土仓压力2.5bar，扭矩20003500kN.m，推力11000kN14000kN。 掘进至730环开始，刀盘扭矩波动增大，多次出现刀盘卡死、螺旋机卡死现象，螺旋机喷 涌现象比较严重，掘进过程中发现有正面刮刀及断裂滚刀从螺旋机排出。 5 a、采取洞内拌合方式； b、试用自带膨润土箱进行衡盾泥A 液拌合。 c、A液拌合好后泵送到同步注浆罐 与B液混合，再通过同步注浆系统注 入土仓。 d、采用配比：A粉：水=1:2（质量 比） A液：B液=15:1 上料口 剪
11、切泵 2、衡盾泥现场拌制情况2、衡盾泥现场拌制情况 5 A液拌制情况 A、B液混合塑化后的衡盾泥 5 a、置换渣土前，利用双液浆对脱出盾尾3-7环管片注浆止水； b、通过前体径向孔向盾体外侧注入 衡盾泥3.5m3，对盾体进行包裹； c、衡盾泥通过同步注浆系统在土仓隔板1点、3点和11点位置球阀注入。 d、共计注入衡盾泥材料约36m3，排出渣土约15m3。 3、衡盾泥渣土置换3、衡盾泥渣土置换 5 a、采用梯级加压，每级0.2bar。 b、加压过程中回退刀盘5cm，便于在刀盘前方形成一定厚度泥墙。 4、分级加压4、分级加压 5 a、进行气压置换衡盾泥，共计排出衡盾泥约8m3，置换过程转动刀盘约5
12、min，转速 0.1r/min； b、打开前体胸板上部球阀检查有气体排出。根据位置判断土仓内渣土位置位于10点位 置，停机打开samsons系统保压2.5bar稳压在12h以上。 5、浆气置换5、浆气置换 5 初次压气进仓检查结果，刀盘切口环位置、刀盘背板位置衡盾泥材料覆盖情况良好， 泥膜效果非常明显，仓内无渗漏水现象。10点钟方向脱落滚刀刀箱位置前方掌子面有部 分衡盾泥材料，10CM左右厚度。 6、开仓效果情况6、开仓效果情况 a、衡盾泥扩散范围、衡盾泥扩散范围 本次衡盾泥材料共计注入36m,置换过程出渣15 m，另有约4 m材料填充至切 口环、护壁刀盘背板及覆盖土仓内剩余渣土表面，剩余17
13、 m材料推测扩散填充至 盾体周圈及之前盾构掘进过程中超挖而形成的松散体或空洞中，以致在盾构机刀盘 上方形成衡盾泥材料填充层区域。 b、泥膜及固结体情况、泥膜及固结体情况 后期滚刀更换过程中，对掌子面进行了掏空作业，3点钟、9点钟位置掌子面掏空作业 50CM，渣土干燥无水，部分需用羊镐或风镐凿除。 经分析衡盾泥材料中的微细颗粒在渣土置换过程及分级保压过程中渗透至人为固结体中 及掘进过程中刀盘扰动地层而形成的松散体中，最终形成较为致密的结构体，该构造气 密性及隔水性较之人为固结体更为良好。 c、衡盾泥材料有效时间 表观现象：表观现象：据进仓情况发现，压气进仓作业4天左右时间可见切口环位置有裂纹现
14、象，分布较少，并不密集，人工重新涂抹。 实际效果：实际效果：此次压气作业时间共计38天，压气进仓180仓，除初期更换正面滚 刀过程中进行过人工涂抹补强工作外，其余时间未做任何处理。衡盾泥作用情 况下的固结体区域土体稳定无坍塌，压气作用下区域干燥无水，固结强度高.。 展望展望 4 六六 1、配套设备的研制 2、其他用途 序号序号产品名称产品名称所起作用所起作用工作方法工作方法备注备注 1衡盾泥2号 控水作用：通过盾体径向 孔注满盾体与围岩之间的 空隙隔绝盾体前后水通道。 盾构径向孔、注 浆泵 2衡盾泥3号 排渣作用：盾构出现滞排 时，悬浮、裹携大颗粒物 排出。 利用膨润土管注 入 3衡盾泥4号 防喷作用：土压平衡过砂 层时，渣土改良、防喷涌。 利用膨润土管注 入 4衡盾泥5号控制沉降和防塌方作用：径向孔注入