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[摘 要]介绍了渣土改良的目的及目前渣土改良的一些方法，还有泡沫参数计算和取值，分析了南京软土地层的特点，最后介绍了不同地层段的实际泡沫的使用情况和渣土改良状态。
[关键词]软土，渣土改良，泡沫，注入率
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0044-01
随着盾构施工配套技术逐步完善，盾构施工渣土的管理与改良越来越引起关注。在掘进过程中，渣土的流动性、止水性、流塑性对盾构的掘进效率及经济效益影响很大，同时也影响盾构机的使用寿命。如何防止渣土在刀盘上形成泥饼、在土仓堵仓，螺旋输送机处产生堵塞、喷涌，仍然是盾构施工中的难题。渣土改良效果的成功与否，将直接影响到盾构机的掘进速度、掘进模式、掘进成本，甚至决定了盾构施工的成败。
1 工程概况
南京地铁三号线TA09标段包含大行宫站～常府街站区间和常府街站～夫子庙站区间两个盾构区间。盾构区间线路设计最小曲线半径350m；盾构掘进最大上坡为25‰；盾构掘进最大下坡22.752‰；左右线线间距在10.63～16.2m之间；隧道覆土厚度在9.54～20.36m之间。
1.1 地质情况介绍
常府街站～夫子庙站区间场地位于秦淮河古河道区，地形平坦，地面高程在9.02～
10.83m之间。填土层之下，深度25.6～34.6m以上为全新世中晚期沉积的粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土、粉细砂及其交互沉积层。
1.2 水文情况介绍
常府街站～夫子庙站区间场地范围内有浅层潜水和承压含水层分布，水量丰富。勘探期间，浅层潜水水位在地面下1.2～2.8m。水位年变化幅度在1.0m左右。
2 土层分析
区间土层主要为粉质粘土和粉砂两大类，其中③-3b1-2、③-4b1-2粉质粘土为硬～可塑状，含水量小，渗透系数小，可以認为是隔水层，其中细颗粒含量大、粘性大、颗粒间内聚力大，具有一定的硬度和强度，稳定性良好；②-3b4+d3粉质粘土与粉砂互层、②-3b4+c3粉质粘土夹薄层粉土为流塑状态，含水量高，弱渗透；②-4d2粉砂，状态为稍密，含水量大，渗透率大，沙性土内摩擦角大，渣土流动性差。
3 渣土改良的目的及方法
3.1 渣土改良的目的
渣土改良主要目的为以下几点：
（1）是渣土具有良好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降；
（2）提高渣土不透水性，使渣土具有良好的止水性，从而控制地下水流失；
（3）提高渣土流塑性，利于螺旋输送机排土；
（4）防止开挖的渣土黏结刀盘产生泥饼；
（5）防止螺旋输送机排土出现喷涌现象；
（6）降低刀盘扭矩和螺旋输送机扭矩，同时减少对刀具和螺旋输送机的磨损，提高盾构的掘进效率。
3.2 改良剂的选择
根据对区间土层的物理力学指标及颗粒组成分析可知，在区间各段土层盾构施工渣土改良需要解决以下问题：
（1）提高土舱内渣土的可塑性，防止渣土粘附在盾构刀盘形成泥饼事故；
（2）降低土舱内渣土以及掌子面土体的内摩擦角，减少对盾构刀盘、刀具的磨损，降低盾构刀盘扭矩；
（3）提高土舱内渣土的抗渗透能力，避免掌子面因排水固结而造成较大的地表沉降或坍塌事故；
（4）增加土舱内渣土的流动性能，避免排土不畅而导致的闭塞事故。
综上所述，根据经济性和场地条件限制等综合考虑，选用泡沫剂作为主要的改良剂，根据土层变化实际情况合理添加膨润土和高分子聚合物作为辅助材料。
4 泡沫系统介绍及泡沫参数取值
4.1 泡沫系统介绍
泡沫系统的主要组成部分有泡沫剂罐、泡沫剂泵、泡沫剂泵安全阀、水泵、水路电磁阀、水路液体流量计、4个溶液剂量控制阀、4个液体流量计、4个气体流量计、4个气体剂量控制阀、4个泡沫发生器、4个透明的泡沫观察管、4个压力感应塞及带有若干单向阀、压力表及球阀的连接管路。
4.2 泡沫参数的取值
泡沫剂浓度：泡沫原液与水的比例，一般取值为1.5%-8%，渣土流动性不好适当增加泡沫剂浓度。
FER：发泡率，压缩空气与泡沫水溶液的比值，一般取值 1：6-1：15，主要取决与泡沫原液粘度和泡沫剂原液浓度，FER 大发泡效果好，但泡沫的有效作用时间短，稳定时间短，半衰期较快，抗粘性能力差，改良效果不佳。FER 小发泡不充分，对渣土改良效果不明显。
FIR：注入率，泡沫注入量与开挖渣土体积的比值。泡沫剂量的注入率根据地质的不同，注入率有所不同，根据目前经验砂性土：30-50%；砂、砾石性土：25-35%；砂、粘土混合：25-30%；硬粘土20-35%；软粘土50-70%
5 泡沫的实际工程应用
在常～夫区间按地层主要划分为三段，夫子庙～四象桥、四象桥～小火瓦巷、小火瓦巷～常府街，下面将分段介绍地层情况和渣土改良情况。
5.1 夫子庙～四象桥
这一段隧道埋深为16-19m，隧道断面下半部地层为③-4b2-3+d2粉质粘土夹团块状粉细砂、上半部为③-3b1-2粉质粘土，上部的粉质粘土为硬～可塑状态，具有一定强度，比较硬，含水率低，不透水，其中胶粒含量大（25.8%），有结泥饼的风险；下部的粉质粘土夹团块状粉细砂为流塑状态，很软弱，含有承压水，渗透性大，有发生喷涌的的风险。
实际泡沫的使用情况及渣土改良状态统计如下：混合液体量1900L/环，空气量11500L/环，泡沫浓度2%，加水量0，FIR32%，渣土状态为流塑状。 5.2 四象桥～小火瓦巷
这一段隧道主要为③-4b1-2粉质粘土为硬～可塑状，含水量小，渗透系数小，隔水效果好。因為这一段的地层含水量低，渗透率低，细颗粒含量大，胶粒含量多，颗粒间内聚力大，掌子面具有较高的强度和韧性，在推进时刀盘扭矩大，推力大，切削下来的土块也很大，由于掘进速度快，在土仓搅拌的时间较短，大块渣土不易被搅散，容易出现土仓和螺旋机闭塞，应通过回转中心向土仓加水，同时提高泡沫浓度，降低发泡率。
实际泡沫使用情况和渣土改良状态统计如下：混合液体量2268L/环，空气量7700L/环，泡沫浓度2.5%，加水量1400L/环，FIR24%，渣土状态为流塑状。
5.3 小火瓦巷～常府街
这一段隧隧道埋深14-10m，隧道断面的隧道断面的主要地层是②-3b4+c3粉质粘土夹薄层粉土，含水量高，弱透水，状态为流塑状态。由于土层含水率高，弱透水，为流塑状态，土层颗粒配级良好，细颗粒多，黏性颗粒少，内凝聚力小，内摩擦角小，原状土的就是比较理想的状态，在盾构掘进过程中推力小，刀盘扭矩小，出渣顺畅。在渣土改良方面无需加入过多泡沫进行改良，根据实际出土状态适当加一些水就可以了。
实际泡沫使用情况和渣土改良状态统计如下：混合液体量0L/环，空气量0L/环，加水量600L/环，渣土状态为流塑状。
6 含水量对渣土改良的影响
根据对常～夫区间的这几段主要地层的渣土改良情况及掘进参数分析，在粘土地层中土层的含水量对渣土改良的效果有很大的影响，含水量大可能会造成喷涌，含水量低渣土流动性差可能会造成螺旋输送机闭塞，所以在渣土改良时一定要把握好土层的含水量及渗透率。在类似③-3b1-2粉质粘土这种低含水率、若渗透率的地层中，要降低泡沫的发泡率，同时加入适量的水，改善渣土的流动性，才会有较好的改良效果；在类似③-4b2-3+d2粉质粘土夹团块状粉细砂这种高含水率、高渗透率的地层，要增大泡沫的发泡率，降低渣土的透水性。
7 结束语
地层千变万化，在盾构掘进前，技术部门应根据地勘报告提供基准的渣土改良方案，根据掘进参数和出土状况及时修正渣土改良方案，本文针对常～夫区间不同软土地层的性质选用不同的渣土改良参数，达到了盾构掘进正常出土顺畅的目的，使得地表沉降可控，为安全顺利完成本区间盾构施工打下良好的基础，也为以后相似地层的渣土改良提供了参考依据。
参考文献
[1] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工程出版社，2004.
[2] 竺维彬，鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M].北京：中国科学技术出版社，2006.
[关键词]软土，渣土改良，泡沫，注入率
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0044-01
随着盾构施工配套技术逐步完善，盾构施工渣土的管理与改良越来越引起关注。在掘进过程中，渣土的流动性、止水性、流塑性对盾构的掘进效率及经济效益影响很大，同时也影响盾构机的使用寿命。如何防止渣土在刀盘上形成泥饼、在土仓堵仓，螺旋输送机处产生堵塞、喷涌，仍然是盾构施工中的难题。渣土改良效果的成功与否，将直接影响到盾构机的掘进速度、掘进模式、掘进成本，甚至决定了盾构施工的成败。
1 工程概况
南京地铁三号线TA09标段包含大行宫站～常府街站区间和常府街站～夫子庙站区间两个盾构区间。盾构区间线路设计最小曲线半径350m；盾构掘进最大上坡为25‰；盾构掘进最大下坡22.752‰；左右线线间距在10.63～16.2m之间；隧道覆土厚度在9.54～20.36m之间。
1.1 地质情况介绍
常府街站～夫子庙站区间场地位于秦淮河古河道区，地形平坦，地面高程在9.02～
10.83m之间。填土层之下，深度25.6～34.6m以上为全新世中晚期沉积的粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土、粉细砂及其交互沉积层。
1.2 水文情况介绍
常府街站～夫子庙站区间场地范围内有浅层潜水和承压含水层分布，水量丰富。勘探期间，浅层潜水水位在地面下1.2～2.8m。水位年变化幅度在1.0m左右。
2 土层分析
区间土层主要为粉质粘土和粉砂两大类，其中③-3b1-2、③-4b1-2粉质粘土为硬～可塑状，含水量小，渗透系数小，可以認为是隔水层，其中细颗粒含量大、粘性大、颗粒间内聚力大，具有一定的硬度和强度，稳定性良好；②-3b4+d3粉质粘土与粉砂互层、②-3b4+c3粉质粘土夹薄层粉土为流塑状态，含水量高，弱渗透；②-4d2粉砂，状态为稍密，含水量大，渗透率大，沙性土内摩擦角大，渣土流动性差。
3 渣土改良的目的及方法
3.1 渣土改良的目的
渣土改良主要目的为以下几点：
（1）是渣土具有良好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降；
（2）提高渣土不透水性，使渣土具有良好的止水性，从而控制地下水流失；
（3）提高渣土流塑性，利于螺旋输送机排土；
（4）防止开挖的渣土黏结刀盘产生泥饼；
（5）防止螺旋输送机排土出现喷涌现象；
（6）降低刀盘扭矩和螺旋输送机扭矩，同时减少对刀具和螺旋输送机的磨损，提高盾构的掘进效率。
3.2 改良剂的选择
根据对区间土层的物理力学指标及颗粒组成分析可知，在区间各段土层盾构施工渣土改良需要解决以下问题：
（1）提高土舱内渣土的可塑性，防止渣土粘附在盾构刀盘形成泥饼事故；
（2）降低土舱内渣土以及掌子面土体的内摩擦角，减少对盾构刀盘、刀具的磨损，降低盾构刀盘扭矩；
（3）提高土舱内渣土的抗渗透能力，避免掌子面因排水固结而造成较大的地表沉降或坍塌事故；
（4）增加土舱内渣土的流动性能，避免排土不畅而导致的闭塞事故。
综上所述，根据经济性和场地条件限制等综合考虑，选用泡沫剂作为主要的改良剂，根据土层变化实际情况合理添加膨润土和高分子聚合物作为辅助材料。
4 泡沫系统介绍及泡沫参数取值
4.1 泡沫系统介绍
泡沫系统的主要组成部分有泡沫剂罐、泡沫剂泵、泡沫剂泵安全阀、水泵、水路电磁阀、水路液体流量计、4个溶液剂量控制阀、4个液体流量计、4个气体流量计、4个气体剂量控制阀、4个泡沫发生器、4个透明的泡沫观察管、4个压力感应塞及带有若干单向阀、压力表及球阀的连接管路。
4.2 泡沫参数的取值
泡沫剂浓度：泡沫原液与水的比例，一般取值为1.5%-8%，渣土流动性不好适当增加泡沫剂浓度。
FER：发泡率，压缩空气与泡沫水溶液的比值，一般取值 1：6-1：15，主要取决与泡沫原液粘度和泡沫剂原液浓度，FER 大发泡效果好，但泡沫的有效作用时间短，稳定时间短，半衰期较快，抗粘性能力差，改良效果不佳。FER 小发泡不充分，对渣土改良效果不明显。
FIR：注入率，泡沫注入量与开挖渣土体积的比值。泡沫剂量的注入率根据地质的不同，注入率有所不同，根据目前经验砂性土：30-50%；砂、砾石性土：25-35%；砂、粘土混合：25-30%；硬粘土20-35%；软粘土50-70%
5 泡沫的实际工程应用
在常～夫区间按地层主要划分为三段，夫子庙～四象桥、四象桥～小火瓦巷、小火瓦巷～常府街，下面将分段介绍地层情况和渣土改良情况。
5.1 夫子庙～四象桥
这一段隧道埋深为16-19m，隧道断面下半部地层为③-4b2-3+d2粉质粘土夹团块状粉细砂、上半部为③-3b1-2粉质粘土，上部的粉质粘土为硬～可塑状态，具有一定强度，比较硬，含水率低，不透水，其中胶粒含量大（25.8%），有结泥饼的风险；下部的粉质粘土夹团块状粉细砂为流塑状态，很软弱，含有承压水，渗透性大，有发生喷涌的的风险。
实际泡沫的使用情况及渣土改良状态统计如下：混合液体量1900L/环，空气量11500L/环，泡沫浓度2%，加水量0，FIR32%，渣土状态为流塑状。 5.2 四象桥～小火瓦巷
这一段隧道主要为③-4b1-2粉质粘土为硬～可塑状，含水量小，渗透系数小，隔水效果好。因為这一段的地层含水量低，渗透率低，细颗粒含量大，胶粒含量多，颗粒间内聚力大，掌子面具有较高的强度和韧性，在推进时刀盘扭矩大，推力大，切削下来的土块也很大，由于掘进速度快，在土仓搅拌的时间较短，大块渣土不易被搅散，容易出现土仓和螺旋机闭塞，应通过回转中心向土仓加水，同时提高泡沫浓度，降低发泡率。
实际泡沫使用情况和渣土改良状态统计如下：混合液体量2268L/环，空气量7700L/环，泡沫浓度2.5%，加水量1400L/环，FIR24%，渣土状态为流塑状。
5.3 小火瓦巷～常府街
这一段隧隧道埋深14-10m，隧道断面的隧道断面的主要地层是②-3b4+c3粉质粘土夹薄层粉土，含水量高，弱透水，状态为流塑状态。由于土层含水率高，弱透水，为流塑状态，土层颗粒配级良好，细颗粒多，黏性颗粒少，内凝聚力小，内摩擦角小，原状土的就是比较理想的状态，在盾构掘进过程中推力小，刀盘扭矩小，出渣顺畅。在渣土改良方面无需加入过多泡沫进行改良，根据实际出土状态适当加一些水就可以了。
实际泡沫使用情况和渣土改良状态统计如下：混合液体量0L/环，空气量0L/环，加水量600L/环，渣土状态为流塑状。
6 含水量对渣土改良的影响
根据对常～夫区间的这几段主要地层的渣土改良情况及掘进参数分析，在粘土地层中土层的含水量对渣土改良的效果有很大的影响，含水量大可能会造成喷涌，含水量低渣土流动性差可能会造成螺旋输送机闭塞，所以在渣土改良时一定要把握好土层的含水量及渗透率。在类似③-3b1-2粉质粘土这种低含水率、若渗透率的地层中，要降低泡沫的发泡率，同时加入适量的水，改善渣土的流动性，才会有较好的改良效果；在类似③-4b2-3+d2粉质粘土夹团块状粉细砂这种高含水率、高渗透率的地层，要增大泡沫的发泡率，降低渣土的透水性。
7 结束语
地层千变万化，在盾构掘进前，技术部门应根据地勘报告提供基准的渣土改良方案，根据掘进参数和出土状况及时修正渣土改良方案，本文针对常～夫区间不同软土地层的性质选用不同的渣土改良参数，达到了盾构掘进正常出土顺畅的目的，使得地表沉降可控，为安全顺利完成本区间盾构施工打下良好的基础，也为以后相似地层的渣土改良提供了参考依据。
参考文献
[1] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工程出版社，2004.
[2] 竺维彬，鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M].北京：中国科学技术出版社，2006.