论文部分内容阅读
摘要：本文以深圳地铁7号线工程为例，对地下连续墙泥浆应用技术进行了研究，以资相关从业人员借鉴和探讨。
关键词：地铁 地下连续墙 泥浆
中图分类号：U213+4 文献标识码：A
正文：
1.工程概况
深圳地铁7号线工程车站主体围护结构大部分由地下连续墙组成。从深圳地铁一期、二期的施工经验看，地下連续墙具有整体稳定性好，刚度强，防水效果好等优点；其中泥浆的控制和处理对成槽和环境的影响非常重要，属于关键工序。结合工程实践经验，笔者对本工程地下连续墙泥浆的应用技术进行了研究和探讨。
2.工程地质
深圳地铁7号线工程沿线所经地区的地层主要为第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、海积层(Q4m)、海冲积层(Q4m+al)、冲洪积层(Q4al+pl)、洪积层（Q4pl）、第四系上统更新统坡积层（Q3dl）、第四系残积层（Qel）、震旦系混合岩和花岗片麻岩（Z）、燕山期花岗岩（γ53）和加里东期混合花岗岩（Mγ3）。受区域断裂构造影响，局部岩石碎裂岩化。断层破碎带上发育碎裂岩等构造岩。
1）沿线场地普遍分布有素填土，填土成分复杂，软硬不均，属较不稳定土体，易造成局部基坑坍塌及不均匀沉降。
2）海积平原区普遍分布软土且厚度较大，软土具有孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低等特点，具触变性、流变性和不均匀性，属不稳定土体，施工中易产生侧向滑动和地面沉降。
3）海积平原区普遍存在饱和砂层、圆砾层，局部夹卵石，富水性大，结构松散，属较不稳定土体，透水性强，施工中易发生坍塌、涌水、涌砂、管涌等现象，部分松散～稍密的饱和砂层为地震液化土，液化等级一般轻微～严重。
4）饱和状态下残积土、全风化花岗岩、花岗片麻岩、混合花岗岩土质不均，属较不稳定土体，受施工扰动，强度骤降，渗透性增大，明挖段围护桩施工易发生桩底涌泥、涌砂等危害，也极易造成基坑侧壁失稳，基坑底板隆起变形，翻浆冒泥，涌水等危害。
5）地下水的浸泡会使岩土抗剪强度降低，变形加大，易造成基坑和隧道围岩变形、失稳、坍塌。在施工过程中，随着地下水向基坑和洞身的涌出，砂土中细颗粒也随水流失，造成砂层结构更加松散，渗透性加强，地下水和细颗粒土流失加剧。基坑和隧道开挖后，改变原有地下水渗流场，具承压性的强风化岩中地下水会通过其残积土和全风化层以越流的形式向基坑和隧道内渗透，加大基坑和隧道内出水量，给施工带来困难。基坑开挖引起基坑内外水头差加大，易引起基坑隆起、管涌等不良现象。随着地下水的流失，土体失水固结，引起地面沉降，危及路面、既有建筑物和管线管道的安全。
3.泥浆制作
1) 泥浆材料选择
（1）水的选定
泥浆制作前应进行配比试验，在泥浆配比前要对水质进行检查。对于膨润土泥浆，最好使用钙离子浓度不超过100ppm、钠离子浓度不超过500ppm和pH值为中性的水。超出这个范围时，应考虑在泥浆中增加分散剂和使用耐盐性的材料或改用盐水泥浆。
（2）膨润土的选定
钠膨润土与钙膨润土相比，其湿胀度较大，但容易受阳离子影响。对于水中含有大量的阳离子或在施工过程中可能有显著阳离子污染时，最好采用钙膨润土。膨润土的种类不同，泥浆的混合浓度、外加剂的种类及掺加浓度、泥浆的循环使用次数等会有很大的差异，所以在选用时要充分考虑成本因素。
（3）CMC的选定
预计有海水混入泥浆时，应选用耐盐性CMC。当溶解性有问题时，要使用颗粒状的易溶性CMC。一般CMC的黏度可分为高、中、低三种，越是高黏度的CMC价格越高，但它的防漏效果好。
（4）分散剂的选定
为使泥浆在沉淀槽内容易产生泥水分离，应使用能够减少泥浆凝胶强度及屈服值的分散剂。对于深圳地铁施工泥浆来说，应首选使用纯碱（Na2CO3），但在透水性高的地基内，如果对已经变质的、过滤水量增多的泥浆再使用不适当的分散剂，就会进一步增大槽壁坍塌的危险性，所以在这种情况下，最好使用尽管泥浆变质也不会增加失水量的分散剂（碳酸钠或三磷酸钠等分散剂）。
（5）加重剂的选定
易塌槽孔成槽难度较大时，可考虑泥浆中加入重晶石粉，以增大泥浆比重。
（6）防漏剂的选定
泥浆的漏失通常分大、中、小三种情况，选用防漏剂时要根据漏失的空隙大小而定。一般认为防漏剂的粒径相当于漏浆层土砂粒径的10%～15%最好。可考虑采用槽内投入粘土、锯末等材料。
2) 泥浆池设计
为了发挥泥浆的功能，膨润土泥浆最好在膨化24h之后再使用。泥浆系统还应满足泥浆的重复利用等条件，故此，需设置制浆池、储浆池、沉淀池、调整池、废浆池几个部分。回收浆液通过净化器处理或二次搅拌等手段达到重复利用标准，不可处理的废弃浆液打入废浆池。泥浆池的大小应根据工程规模而定，型式可分为相对固定型及流动型两种。
根据场地条件，流动型泥浆池也可采用钢制储浆罐。若在地下挖坑作为储浆池使用，必须防止地面水流入池内。
泥浆系统平面布置示意图
3）泥浆制备工艺及性能指标
（1）泥浆制备工艺流程
泥浆制备工艺流程图
（2）泥浆参考配比及性能指标
泥浆的参考配合比
泥浆材料 膨润土 纯碱 CMC 清水
1m3投料量（kg） 116.6 4.664 0.583 9.493
泥浆性能指标
泥浆指标
泥浆类别 粘度（秒） 比 重
（g/㎝3） 酸碱度
（PH值） 失水量（cc） 含沙量（%） 滤皮厚（mm）
新鲜泥浆 20～25 1.05～1.10 8.0～8.5 <10 <1 <1.5
再生泥浆 30～40 1.08～1.15 7.0～9.0 <15 <4 <2.0
挖槽时泥浆 20～60 1.05～1.25 7.0～10.0 <20 可以不测 可以不测
清孔后泥浆 20～25 1.05～1.15 7.0～10.0 <20 <4 <2.0
劣化泥浆 >60 >1.30 >14 >30 >10 >3.0
4．泥浆的循环工艺
泥浆池中的泥浆，一部分来自旧泥浆的再生处理，一部分为新制泥浆。泥浆循环采用3LM型泥浆泵输送，4PL型泥浆泵回收，由泥浆泵和泥浆管组成泥浆循环管路。
泥浆循环示意图
新泥浆配制采用螺旋桨式搅拌机按试验的配合比进行调配，生产能力为10m3/h。
旧浆液主要采用物理再生处理方式，即重力沉淀处理。在单位槽段浇筑混凝土过程中，利用泥浆泵将旧浆送回沉淀池，经沉淀，浆液中的土碴粗粒沉淀到池中，较轻的浆液在上，流到循环池中。循环泥浆经过分离净化之后，虽然清除了许多混入其间的土渣，但并未恢复其原有的护壁性能，因为泥浆在使用过程中，要与地基土、地下水接触，并在槽壁表面形成泥皮，这就会消耗泥浆中的膨润土、纯碱和CMC等成分，并受混凝土中水泥成分与有害离子的污染而削弱了的护壁性能，因此，循环泥浆经过分离净化之后，还需调整其性能指标，恢复其原有的护壁性能。
再生泥浆基本上恢复了原有的护壁性能，但总不如新鲜泥浆的性能优越，因此，再生泥浆不宜单独使用，应同新鲜泥浆掺合在一起使用。
5.泥浆处理
泥浆处理，是指成槽设备在（手把式冲击钻、旋挖钻、槽壁机、双轮铣等）作业过程中产生的含有废渣的泥浆（废浆）。废浆可根据可回收和不可回收分别进行处理，可回收废浆利用泥浆净化系统处理后泥浆可循环使用，处理后的废渣进行外运。不可回收废浆利用压滤机进行泥水分离处理，处理后的废渣进行外运，达到施工现场零污染、零排放。
泥浆处理流程图
（1）可回收废浆处理
采用ZX-200型泥浆净化装置处理能力达200m3/h，对74μm以上的颗粒净化效率达90%以上。碴料经筛分后，含水率极低，有利于节约泥浆，并减少环境污染，筛出的废渣可直接外运。6BS砂石泵与ZX-200型泥浆净化机组合成泥浆反循环回路，用于净化可回收废浆。
施工现场正在处理泥浆的净化器装置
泥浆净化系统的优点：
①泥浆经处理后，泥浆性能指标得到提高，提高了护壁效果，有益于提高造孔工效，减少孔故；
②泥浆的循环利用，降低了施工成本；
③泥浆处理设备筛分出的渣料含水率低于30%，可满足泥头车外运需要，现场无需设置大的渣土堆场，同时减少了渣土堆场可能产生的扬尘污染。
（2）不可回收废浆处理
采用DYQ2000WP1带式压滤脱水机，将废浆进行初步絮凝沉降后，进行机械压滤脱水处理，压滤出的干污泥饼装袋外运或作其他回收利用处置。
压滤脱水机工作流程图
施工现场正在处理泥浆的压滤脱水机装置
压滤脱水机装置优点有：
①合理先进的成套脱水工艺及设备，泥浆的输送、混凝反应、重力浓缩脱水、滤网剪切挤压脱水、对辊高压脱水、滤饼排出及收集、连续可靠成套运行。
② 处理量大、效果好、滤饼产量高，絮凝压滤脱水出泥饼以方便处置，不对环境造成二次污染。
③ 处理后滤饼含水率低，易于渣土外运。
④设备自动化程度高，操作、维护、维修、清洁、管理方便，工人劳动强度低。
5.结语
地铁项目地下连续墙施工常处于繁华闹市段，施工难度大、风险高，成槽稳定性不容有失，城市施工对泥浆排放及环保要求高，能合理利用膨润土泥浆的固壁效果，并采取机械化手段达到重复利用、低耗环保的目的，是今后地铁工程围护结构施工中的重点。
关键词：地铁 地下连续墙 泥浆
中图分类号：U213+4 文献标识码：A
正文：
1.工程概况
深圳地铁7号线工程车站主体围护结构大部分由地下连续墙组成。从深圳地铁一期、二期的施工经验看，地下連续墙具有整体稳定性好，刚度强，防水效果好等优点；其中泥浆的控制和处理对成槽和环境的影响非常重要，属于关键工序。结合工程实践经验，笔者对本工程地下连续墙泥浆的应用技术进行了研究和探讨。
2.工程地质
深圳地铁7号线工程沿线所经地区的地层主要为第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、海积层(Q4m)、海冲积层(Q4m+al)、冲洪积层(Q4al+pl)、洪积层（Q4pl）、第四系上统更新统坡积层（Q3dl）、第四系残积层（Qel）、震旦系混合岩和花岗片麻岩（Z）、燕山期花岗岩（γ53）和加里东期混合花岗岩（Mγ3）。受区域断裂构造影响，局部岩石碎裂岩化。断层破碎带上发育碎裂岩等构造岩。
1）沿线场地普遍分布有素填土，填土成分复杂，软硬不均，属较不稳定土体，易造成局部基坑坍塌及不均匀沉降。
2）海积平原区普遍分布软土且厚度较大，软土具有孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低等特点，具触变性、流变性和不均匀性，属不稳定土体，施工中易产生侧向滑动和地面沉降。
3）海积平原区普遍存在饱和砂层、圆砾层，局部夹卵石，富水性大，结构松散，属较不稳定土体，透水性强，施工中易发生坍塌、涌水、涌砂、管涌等现象，部分松散～稍密的饱和砂层为地震液化土，液化等级一般轻微～严重。
4）饱和状态下残积土、全风化花岗岩、花岗片麻岩、混合花岗岩土质不均，属较不稳定土体，受施工扰动，强度骤降，渗透性增大，明挖段围护桩施工易发生桩底涌泥、涌砂等危害，也极易造成基坑侧壁失稳，基坑底板隆起变形，翻浆冒泥，涌水等危害。
5）地下水的浸泡会使岩土抗剪强度降低，变形加大，易造成基坑和隧道围岩变形、失稳、坍塌。在施工过程中，随着地下水向基坑和洞身的涌出，砂土中细颗粒也随水流失，造成砂层结构更加松散，渗透性加强，地下水和细颗粒土流失加剧。基坑和隧道开挖后，改变原有地下水渗流场，具承压性的强风化岩中地下水会通过其残积土和全风化层以越流的形式向基坑和隧道内渗透，加大基坑和隧道内出水量，给施工带来困难。基坑开挖引起基坑内外水头差加大，易引起基坑隆起、管涌等不良现象。随着地下水的流失，土体失水固结，引起地面沉降，危及路面、既有建筑物和管线管道的安全。
3.泥浆制作
1) 泥浆材料选择
（1）水的选定
泥浆制作前应进行配比试验，在泥浆配比前要对水质进行检查。对于膨润土泥浆，最好使用钙离子浓度不超过100ppm、钠离子浓度不超过500ppm和pH值为中性的水。超出这个范围时，应考虑在泥浆中增加分散剂和使用耐盐性的材料或改用盐水泥浆。
（2）膨润土的选定
钠膨润土与钙膨润土相比，其湿胀度较大，但容易受阳离子影响。对于水中含有大量的阳离子或在施工过程中可能有显著阳离子污染时，最好采用钙膨润土。膨润土的种类不同，泥浆的混合浓度、外加剂的种类及掺加浓度、泥浆的循环使用次数等会有很大的差异，所以在选用时要充分考虑成本因素。
（3）CMC的选定
预计有海水混入泥浆时，应选用耐盐性CMC。当溶解性有问题时，要使用颗粒状的易溶性CMC。一般CMC的黏度可分为高、中、低三种，越是高黏度的CMC价格越高，但它的防漏效果好。
（4）分散剂的选定
为使泥浆在沉淀槽内容易产生泥水分离，应使用能够减少泥浆凝胶强度及屈服值的分散剂。对于深圳地铁施工泥浆来说，应首选使用纯碱（Na2CO3），但在透水性高的地基内，如果对已经变质的、过滤水量增多的泥浆再使用不适当的分散剂，就会进一步增大槽壁坍塌的危险性，所以在这种情况下，最好使用尽管泥浆变质也不会增加失水量的分散剂（碳酸钠或三磷酸钠等分散剂）。
（5）加重剂的选定
易塌槽孔成槽难度较大时，可考虑泥浆中加入重晶石粉，以增大泥浆比重。
（6）防漏剂的选定
泥浆的漏失通常分大、中、小三种情况，选用防漏剂时要根据漏失的空隙大小而定。一般认为防漏剂的粒径相当于漏浆层土砂粒径的10%～15%最好。可考虑采用槽内投入粘土、锯末等材料。
2) 泥浆池设计
为了发挥泥浆的功能，膨润土泥浆最好在膨化24h之后再使用。泥浆系统还应满足泥浆的重复利用等条件，故此，需设置制浆池、储浆池、沉淀池、调整池、废浆池几个部分。回收浆液通过净化器处理或二次搅拌等手段达到重复利用标准，不可处理的废弃浆液打入废浆池。泥浆池的大小应根据工程规模而定，型式可分为相对固定型及流动型两种。
根据场地条件，流动型泥浆池也可采用钢制储浆罐。若在地下挖坑作为储浆池使用，必须防止地面水流入池内。
泥浆系统平面布置示意图
3）泥浆制备工艺及性能指标
（1）泥浆制备工艺流程
泥浆制备工艺流程图
（2）泥浆参考配比及性能指标
泥浆的参考配合比
泥浆材料 膨润土 纯碱 CMC 清水
1m3投料量（kg） 116.6 4.664 0.583 9.493
泥浆性能指标
泥浆指标
泥浆类别 粘度（秒） 比 重
（g/㎝3） 酸碱度
（PH值） 失水量（cc） 含沙量（%） 滤皮厚（mm）
新鲜泥浆 20～25 1.05～1.10 8.0～8.5 <10 <1 <1.5
再生泥浆 30～40 1.08～1.15 7.0～9.0 <15 <4 <2.0
挖槽时泥浆 20～60 1.05～1.25 7.0～10.0 <20 可以不测 可以不测
清孔后泥浆 20～25 1.05～1.15 7.0～10.0 <20 <4 <2.0
劣化泥浆 >60 >1.30 >14 >30 >10 >3.0
4．泥浆的循环工艺
泥浆池中的泥浆，一部分来自旧泥浆的再生处理，一部分为新制泥浆。泥浆循环采用3LM型泥浆泵输送，4PL型泥浆泵回收，由泥浆泵和泥浆管组成泥浆循环管路。
泥浆循环示意图
新泥浆配制采用螺旋桨式搅拌机按试验的配合比进行调配，生产能力为10m3/h。
旧浆液主要采用物理再生处理方式，即重力沉淀处理。在单位槽段浇筑混凝土过程中，利用泥浆泵将旧浆送回沉淀池，经沉淀，浆液中的土碴粗粒沉淀到池中，较轻的浆液在上，流到循环池中。循环泥浆经过分离净化之后，虽然清除了许多混入其间的土渣，但并未恢复其原有的护壁性能，因为泥浆在使用过程中，要与地基土、地下水接触，并在槽壁表面形成泥皮，这就会消耗泥浆中的膨润土、纯碱和CMC等成分，并受混凝土中水泥成分与有害离子的污染而削弱了的护壁性能，因此，循环泥浆经过分离净化之后，还需调整其性能指标，恢复其原有的护壁性能。
再生泥浆基本上恢复了原有的护壁性能，但总不如新鲜泥浆的性能优越，因此，再生泥浆不宜单独使用，应同新鲜泥浆掺合在一起使用。
5.泥浆处理
泥浆处理，是指成槽设备在（手把式冲击钻、旋挖钻、槽壁机、双轮铣等）作业过程中产生的含有废渣的泥浆（废浆）。废浆可根据可回收和不可回收分别进行处理，可回收废浆利用泥浆净化系统处理后泥浆可循环使用，处理后的废渣进行外运。不可回收废浆利用压滤机进行泥水分离处理，处理后的废渣进行外运，达到施工现场零污染、零排放。
泥浆处理流程图
（1）可回收废浆处理
采用ZX-200型泥浆净化装置处理能力达200m3/h，对74μm以上的颗粒净化效率达90%以上。碴料经筛分后，含水率极低，有利于节约泥浆，并减少环境污染，筛出的废渣可直接外运。6BS砂石泵与ZX-200型泥浆净化机组合成泥浆反循环回路，用于净化可回收废浆。
施工现场正在处理泥浆的净化器装置
泥浆净化系统的优点：
①泥浆经处理后，泥浆性能指标得到提高，提高了护壁效果，有益于提高造孔工效，减少孔故；
②泥浆的循环利用，降低了施工成本；
③泥浆处理设备筛分出的渣料含水率低于30%，可满足泥头车外运需要，现场无需设置大的渣土堆场，同时减少了渣土堆场可能产生的扬尘污染。
（2）不可回收废浆处理
采用DYQ2000WP1带式压滤脱水机，将废浆进行初步絮凝沉降后，进行机械压滤脱水处理，压滤出的干污泥饼装袋外运或作其他回收利用处置。
压滤脱水机工作流程图
施工现场正在处理泥浆的压滤脱水机装置
压滤脱水机装置优点有：
①合理先进的成套脱水工艺及设备，泥浆的输送、混凝反应、重力浓缩脱水、滤网剪切挤压脱水、对辊高压脱水、滤饼排出及收集、连续可靠成套运行。
② 处理量大、效果好、滤饼产量高，絮凝压滤脱水出泥饼以方便处置，不对环境造成二次污染。
③ 处理后滤饼含水率低，易于渣土外运。
④设备自动化程度高，操作、维护、维修、清洁、管理方便，工人劳动强度低。
5.结语
地铁项目地下连续墙施工常处于繁华闹市段，施工难度大、风险高，成槽稳定性不容有失，城市施工对泥浆排放及环保要求高，能合理利用膨润土泥浆的固壁效果，并采取机械化手段达到重复利用、低耗环保的目的，是今后地铁工程围护结构施工中的重点。