泥水盾构施工废弃泥浆配置对同步注浆材料性能的影响

泥水盾构施工废弃泥浆配置对同步注浆材料性能的影响

胡叶桂

桂林理工大学    广西壮族自治区桂林市   541004

摘要：随着城市基础设施的不断发展与科学技术的进步，盾构隧道施工技术得到越来越多的应用，但施工过程中会产生废弃泥浆，废弃泥浆排放量大，处理费用高，其造成的污染也非常大。基于此，一种可持续发展的泥水盾构泥浆及渣土综合处理施工技术得到研究与实践。。

关键词：盾构；废弃泥浆；注浆材料

0引言

近年来，随着城市地铁工程、大型过江过河隧道工程及引水工程的大规模建设，泥水盾构隧道技术的应用也越来越广泛，但其施工过程中会产生大量的废弃泥浆，这些废弃泥浆的处置一直是需要关注的工程重难点问题。目前废弃泥浆通常采用外运堆放的方法进行处理，不仅污染环境、费用高，而且占用大量土地，同时也是对泥浆资源的浪费，因此对盾构废弃泥浆进行绿色化处置及资源化利用具有重要的环保价值和经济效益。因此，有必要开展废弃泥浆黏粒含量对砂浆性能影响的研究以及废弃泥浆部分替代膨润土的研究。

1盾构废弃泥浆现状

目前，施工泥浆主要用于桥梁桩、地下隧道防护板和一些未挖掘工程，以平衡井壁压力、保持井壁稳定、冷却钻头和运输钻渣。在施工过程中，由于纳入了钻渣，泥浆的性质发生了变化，如果未满足规定的使用要求，则必须进行泥浆调制。在国家建设项目中，建筑泥浆处置通常有直接排放、自然沉淀在农场之外或与水泥混合等方式。由于经济原因选择直接排放，导致周围的自然植被损毁，土壤受到污染，环境破坏大；采用自然沉淀在农场之外或与水泥混合的方法，污泥清除难度大，效率低下，运输成本高。因此，污水污泥处置标准和污泥资源再利用已成为社会的当务之急。

盾构结构穿过的土层以粘土粉层和细砂粉层为主。当在细砂层上挖掘时，产生大量废弃砂，单线隧道平均每环排放180至200立方米的渣，每天向前推进7至8圈，双线太阳升起的渣总量约为3000立方米。在粘土粉层进行挖掘时，每圈需要2200m³的淤泥来运输矿渣，回收80%的矿渣需要20%的排放，每圈需要440m³的淤泥。每天大约54立方米的污泥和大量的中性、无色和无味的污水是通过絮凝-带过滤处理后产生的。

2废弃泥浆处理方式

挖掘泥水屏蔽层产生的泥通过泥水管道输送到地面泥水分离设备(黑旋风)，以便简单地泥浆渣土分离，在筒仓中通过调制重新使用部分泥水，以平衡表面的土压力和水压力。而绝大部分泥浆需经过二次筛分和沙石试验，以获得可用于建筑材料的沙土，而来自洗沙的废水则通过压力过滤器进行无害环境的处理。

（1）废弃泥饼用作绿化用土技术

带滤清器分离的泥饼主要是粘土，研磨后加入少量的砂，分别由泥水分离系统、专用校正剂、调理剂等组成。可以通过特殊的混合装置来准备满足不同要求的耕地。绿泥石中粘土块量可达80%至98%。制备出的可用于种草的一般植生土见图1(a)。其最佳质量调整比率:粘土:沙尘:细砂=10:10:80。为植树准备的标准种植土壤如图1(b)所示。其最佳质量协调报告为粘土:沙尘:细砂=15:15:70，施用酸性或有机肥料提高了养分含量，达到了CJ/T340—2016《绿化种植土壤》相关要求。

（a）            （b）

图1采用废弃泥饼制备的绿化用土

（2）废弃粉细砂用于制作免烧砖技术

以细砂粉为主要材料，加入少量分离的粘土、少量专用压路砖放大器、少量细粒，调整适当的尺寸、粒度和含水量，采用无炸砖型。配合比:粘土:石头:砂粉:水泥=50:100:250:50。均匀混合在搅拌器中，去除搅拌陈后100kN的压力成形，然后覆盖薄膜在设置浓度码后保持1d，使用排出水保持7d块表面湿润。

（3）废弃泥浆配制同步注浆材料

同步注浆材料盾构渣土用作同步注浆材料具有经济、高效等优点，有效避免了盾构渣土转运过程中带来的污染。地铁盾构施工包括在开挖过程中在衬砌环与土层之间的间隙内注入同步砂浆，采用密叠设计思想，进行灌浆密度试验研究，对渣、黄砂和粘结料进行筛分，确定比例。研究泥浆对同步喷浆液性能的影响。研究发现，废弃污泥配方中同步注入液分层和水率显著降低，解决了同步注入污泥泵输送过程中堵塞管的问题。利用室内试验确定具有不同强度干粉(物料a)和液体刺激性剂(物料b)混合率的同步双液面糊的物理特性，研制新型同步双液面糊调节初始冷凝时间，新型双面面糊，从而克服了横向围岩层中单液面糊与传统双液面糊同时运行的问题。所以用于制备同步注浆材料仅适用于含砂量较多的盾构渣土。

3废弃泥浆对同步注浆材料性能影响及对策

（1）废弃泥浆对同步注浆材料性能的影响

在目前的招牌构件重用阶段，研究方法局限于材料冲突、准备工艺参数调整、优化产品再生性能等方面，仍然局限于某些设计应用的目标效果、试验一个以上的贫困线、反复验证的经验以及没有系统的理论体系指导，所形成的结论与成果多数情况下仅适用于所依托的具体工程案例。特别是在盾构渣土改性的再利用方式，回收产品的性能往往受到多种因素的影响，例如改变的材料、改变的环境、改变的过程等等，而实证方法很难取得准确的结果。因此,有必要借鉴相关成熟技术,如多目标规划方法等,开展进一步研究。

（2）配合比与性能优化

一般来说，护堤后面糊的性能受到胶结比、胶砂比、通货膨胀比、粉灰比等原材料质量比的影响。性能测试采用统一的设计方法进行，从而使测试组更少，从而获得更全面的测试法。二阶scheffe混合规范多项式的渐进回归，建立了考虑各种因素相互作用的壁后注入材料运行性能非线性回归模型。相关性测试表明，这些因素之间的相互作用会定期影响工作绩效。材料运行性能与比例因子的变化关系表明，原料比对油浆材料运行性能有显著影响，确定油浆材料的最佳比例是保证油浆材料运行性能的关键。最后，最佳品质比是由水胶比0.81、胶砂比-0.78、泥比-0.20和灰比-1.84计算得出的。

4结论

总结了国内外学者对盾构渣资源化技术的研究成果和不足，针对盾构渣资源化技术面临的一些问题，提出了研究的发展方向。(1)分析了盾构出渣资源化技术研究的发展与创新，详细介绍了盾构出渣的分类、盾构出渣预处理方式以及固化后应用盾构出渣的典型技术进展。此外，还提出了目前盾构出渣资源再利用的技术压力过滤效率低、固化剂成本高、路基回填材料中污染物分析不足、利用率低、市场效益不明显等问题。(2)分析了盾尾回收技术研究的不足，提出了以下展望。①提出盾构出渣分级系统，考虑盾构出渣污染问题以及资源再利用的广阔场景，有利于100%利用盾构出渣。②优化盾构出渣预处理方式，开发高效生产设备，提出开发环保、高效、廉价的复合固化剂。③提出了分类前盾构出渣处理——再利用评价——回收方案——性能效果评价的提取工艺。④提出了污染物运移的研究思路。首先用电镜对污染物成分进行分析，在污染物成分分析的基础上，通过土柱试验、数值模拟等室内试验得出污染物迁移规律。最后，通过现场技术验证室内试验规律，将有助于促进盾构出渣资源更安全、更可靠的利。

参考文献

[1]历朋林.粉质黏土地层泥水盾构泥浆脱水处理技术研究[J].铁道建筑技术,2020(11):123-127.

[2]汪永兴.泥水盾构废弃泥浆环保处理的技术研究[J].城市道桥与防洪,2020(04):196-198+25.

[3]彭康,周东波,梅源.泥水盾构弃浆处理方案综合比选[J].施工技术,2020,49(04):5-8+43.

[4]戴勇,阳军生,张聪,谢亦朋.泥水盾构弃渣在同步注浆材料中的再利用研究[J].华中科技大学学报(自然科学版),2019,47(10):40-45.

[5]杨钊,贺祖浩,刘毅,陈培帅,李德杰.福州地铁过江通道泥水盾构弃浆在壁后注浆材料中的再利用[J].现代隧道技术,2019,56(03):192-199+205.