泥浆处理技术在地铁盾构施工中的应用
摘要：为了提高盾构施工的掘进速率，同时避免由于盾构扰动造成的地层沉降和塌方，采用特殊的泥浆配比对刀盘削切下的渣土进行改良，改善其流动性、降低其摩阻力、提高其流塑性等成为盾构施工中日益受到关注的焦点。
特别是对于成都地区的富水砂卵石地层，盾构渣土的力学行为特征直接影响其工程效益，也影响着盾构机的使用时间，亟待需求一种泥浆改良方案，以提高砂卵石的流动性和稳定性。
这是因为砂卵石地层具有粒径悬殊、充填黏土或砂土、卵石块质坚硬以及受扰定后极不稳定等特征，造成削切下来的渣土容易结成泥饼、大漂石破损刀具和螺旋输送机等危害，影响了掘进的数量和提高了施工成本。
通过对膨润土泥浆的处理，达到改良盾构施工渣土行为特性的目的。
关键词：泥浆处理技术；地铁盾构施工；应用
1泥浆处理技术改良渣土试验方案
以某地铁某卵石层区间盾构隧道施工的泥浆处理为研究对象开展试验。
1.1膨润土性能测试
（1）随着膨化时间的增长，钠基膨润土黏度与钙基膨润土黏度呈现不同的变化规律，前者不断增加而后者则随膨化时间变化不大，且相同浓度下钠基膨润土黏度比钙基膨润土黏度大。
因此，膨润土泥浆要达到较大黏度要求时，钠基比钙基更加适合。
（2）随着膨化时间增加，钠基膨润土比重与钙基膨润土比重表现规律一致，均随膨化时间增加变化不大，且相同浓度下钠基膨润土比重比钙基膨润土比重略大。
因此，膨润土泥浆要达到较大比重要求时，钠基比钙基更加适合。
（3）钠基膨润土浓度对膨润土黏度和比重影响较大，且浓度越大，黏度和比重均越大；钙基膨润土浓度对膨润土黏度影响较小，对膨润土比重影响较大，且浓度越大，黏度基本不变，而比重越大。
（4）钠基膨润土ｐＨ随着浓度的增大而增大，说明钠基膨润土为碱性；钙基膨润土ｐＨ随着浓度增大基本不变，说
明钙基膨润土偏中性。
综上所述，钠基膨润土比钙基膨润土性能好，可以达到较
好的黏度、比重及pH。
1.2膨润土泥浆改良处理试验
1.2.1钠基膨水比1：2
钠基膨润土膨水比为1：2时膨化18ｈ以后，泥浆太稠，用苏式漏斗测不出
其黏度，但可以用棍子搅拌，用此样品与土样进行拌和，拌和添加比分别为5％、7％、10％、12％、15％、17％和20％。
往一定含水量土样中加人膨润土，土样
性状有明显变化。
加入20．8％水后，搅拌机轴及叶片均黏附有泥渣，加人膨润
土泥浆后，黏附在轴上的泥渣明显减少，且卵石逐渐被泥浆覆盖，这是由于膨润
土泥浆均为细颗粒，细颗粒可以填充砂卵石间的孔隙。
从土样性状来看，膨润土
膨水比1：2，注人率10％~20％，土样中卵石基本可以被泥浆所包裹。
试验开始前，对土样进行了渗透系数测试，结果显示该土样渗透系数为1．35X1CT3cm／s；试验结束后，对膨润土注人率为20％的土样进行渗透系数测试，测试结果得到该
土样渗透系数为2X1（T5cm／s，即添加膨润土泥浆补充细颗粒后土样渗透系数得
到了大大地减小。
1.2.2钠基膨水比1：3
钠基膨润土膨水比为1：3时膨化18ｈ以后，泥浆较稠，用苏式漏斗测试时
泥浆不易漏出来，但可以用棍子轻松揽拌，用此样品与土样进行拌和，拌和添加
比分别为5％、7％、10％、12％、15％、17％和20％。
随着膨润土添加量的增加，土样流塑性发生明显变化，卵石旁边的泥浆逐渐增多，且泥浆逐渐将卵石覆盖。
当泥浆注人率达到10％~20％时，泥浆基本可以将卵石包裹住。
因此采取1：3膨润土泥浆改良时，建议泥浆注入率控制在10％~20％。
试验开始前，对土样
进行了渗透系数测试，结果显示该土样渗透系数为2．5X1（T3ｃｍ／ｓ；试验结
束后，对膨润土注人率为20％的土样进行渗透系数测试，测试结果得到该土样渗
透系数为2．15Xｌ（TsCm／S，即添加膨润土泥浆补充细颗粒后土样渗透系数得
到了大大地减小。
1.2.3钠基膨水比1：4
钠基膨润土膨水比为1：4时膨化18ｈ以后，用苏式漏斗测试时泥浆黏度为
42ｓ，用此样品与土样进行拌和，拌和添加比分别为5％、7％、10％、12％、15％、17％和20％。
随着膨润土添加量的增加，土样流塑性发生明显变化，卵石
逐渐被泥浆覆盖，且在搅拌的过程中逐渐变为水洗石头的情况。
泥浆注人前，此
土样加水率为16．7％，因此初始时土样较干，当加人5％泥浆后，土样流塑性
得到很大改观，但当泥浆注人率达到10％~20％时，在搅拌的过程中明显可以观
察到搅拌机叶片在搅拌石头，这是由于泥浆黏度不够且其比重较小，导致所注人
的泥浆难以包裹卵石。
因此采取1：4钠基膨润土泥浆改良时，改良效果较差，
建议选取黏度较大的膨润土进行改良。
2不同盾构施工阶段的泥浆处理
盾构掘进过程中土层地质千变万化，因此对于渣土改良添加剂的注人比没有
一个固定的值，需要根据渣土性状不断调整添加剂注人比，使盾构能够顺利安全
地运行。
根据室内试验的结果，本次试验报告给出了添加剂配比及注入率范围，
盾构掘进过程中可在此基础之上进行调整。
膨润土配比：钠基膨水质量比1：2
或1：3，钙基膨水质量比1：1及以上膨润土泥浆注人率：10％~20％水注人率：
根据渣土性状进行调整。
可由现场出渣土进行添加水试验确定。
盾构掘进主要分
为始发阶段、正常掘进阶段以及接收阶段，在盾构始发及接收阶段，洞门附近土
层会采取降水措施保证进洞和出洞的安全，此时盾构机刀盘掘进土体较干；盾构
正常掘进阶段，由于盾构所在地层均处于水位线以下，此时盾构机刀盘掘进土体
较湿；同时，对于盾构穿越重大危险源地区，地表沉降要求较高，渣土改良需要
尽量保证地层稳定。
对于不同阶段渣土改良添加剂配比需在试掘进阶段进行摸索，在此建议试掘进渣土改良配比如下。
2.1始发阶段改良配比
始发阶段洞门附近地层进行了加固处理，并采取了降水措施，因此在此阶段
掘进过程中需要往掌子面前方注人水，改变渣土流塑性的同时降低刀盘温度，同
时需要加入泡沫减小刀盘磨损，加人膨润土泥浆包裹住大粒径卵石，防止出现卵
石或加固体沉积卡刀盘。
2.2正常掘进阶段改良配比
正常掘进阶段与始发接收阶段不同之处在于盾构机掘进土层未采取加固或降
水措施，因此在此阶段土样含水量较高，由室内试验结果可知，土样初始含水量
对渣土改良性状影响较大，需对加水量进行控制，若水量加人过多，会导致渣土
黏度小、比重小，卵石易沉积导致刀盘扭矩增大甚至卡刀盘和螺旋机。
这一阶段，建议先加少量水，并増加钠基膨润土添加量。
在掘进过程中若发现渣土较稀，可
以适当增加泡沫溶液浓度，同时减少水的用量，并可増加膨润土膨水比至1：2；
若发现渣土较干，可减小膨润土用量及膨水比至1：4，或适当增加水的用量。
同
时在试掘进过程中可将钠基膨润土换为钙基进行试掘进，以此节约成本，若使用
钙基膨润土，建议配比如下：添加5％水＋钙基膨润土膨水比1：1、注人率15％
十泡沫浓度3％、注人率25％。
5
3结语
盾构施工方法在城市地铁的修建中发挥了极其重要的作用。
然而受到地层条
件的影响，盾构过程中需要克服渣土的不易流动性以及块石大小不一、坚硬程度
不同等不利因素的影响，采取一定的泥浆处理措施改善渣土的行为特性，进而提
高掘进效率和控制出土量。
参考文献
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[2]刘敏林，王永贵.泥浆处理技术在地铁盾构施工中的应用[J].南水北调与
水利科技，2004，（05）：50-51.。