一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 109344556 A(43)申请公布日 2019.02.15

(21)申请号 201811456321.7(22)申请日 2018.11.30

(71)申请人 中南大学

地址 410083 湖南沙市岳麓区麓山南

路932号(72)发明人 王树英　刘正日　胡钦鑫　王海波　

黄硕　刘朋飞　钟嘉政　(74)专利代理机构 长沙市融智专利事务所

43114

代理人 颜勇(51)Int.Cl.

G06F 17/50(2006.01)

权利要求书3页 说明书9页 附图1页

CN 109344556 A(54)发明名称

一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法(57)摘要

本发明公开了一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法，以盾构机排出的渣土和现场使用的改良剂为渣土改良试验材料，进行现场坍落度试验，根据坍落度试验及渣土表观状态评价其流塑性状态；若渣土为过改良状态，则依据针对不同的渣土类型，采用调整盾构机注水量及泡沫注入量的方式进行改良；若渣土为欠改良状态，对渣土进行二次改良试验，直至渣土状态符合要求，根据盾构机的初始掘进参数及二次改良时水及泡沫的添加量，计算得到修正后的渣土改良参数值。本发明考虑了盾构机掘进过程中渗流作用对渣土含水率的影响，且能在掘进过程中随着地层条件的变化对改良参数的动态调整提供依据，使改良参数设置更加合理。

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1.一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法，其特征在于：以盾构机排出的渣土和现场使用的改良剂为渣土改良试验材料，进行现场坍落度试验，根据坍落度试验及渣土表观状态评价其流塑性状态；若渣土为过改良状态，则依据针对不同的渣土类型，采用调整盾构机注水量及泡沫注入量参数值的方式进行改良；若渣土为欠改良状态，取得渣土并添加一定量的泡沫及水进行二次改良，直至渣土状态符合要求，根据盾构机的初始掘进参数及二次改良时水及泡沫的添加量，计算得到修正后的渣土改良参数值。

2.根据权利要求1所述的修正方法，其特征在于，渣土改良参数修正的具体过程为：从皮带输送机上取得渣土进行现场坍落度试验，根据试验结果判断渣土流动性是否满足要求，在流动性判断的基础上，结合渣土的表观状态评价其塑性状态，确定渣土坍落度值合理范围[Tmin，Tmax]，然后针对渣土不同的流塑性状态，采用相应的改良措施：

工况一：当渣土坍落度值在[Tmin，Tmax]之间，渣土流动性合适，但是需要根据渣土塑性、析水、析泡沫情况进行分类处理，渣土改良思路如下：

若渣土呈理想塑性，渣土不松散，无析水、析泡沫情况，无需修正渣土改良参数；若渣土出现析水现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，降低注水量；对于砂性渣土，在降低注水量的同时，增加泡沫注入量；

若渣土出现析泡沫的现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，降低泡沫注入量；对于砂性渣土，在降低泡沫注入量的同时，减少注水量；

采用上述渣土改良修正策略后，取皮带输送机出口渣土进行坍落度试验，判断其流塑性状态，如仍不满足要求，则根据以上修正策略继续进行改良，直至渣土流塑性状态满足要求为止；

工况二：当渣土坍落度值大于Tmax时，表明渣土流动性过大，渣土改良思路如下：若渣土呈理想塑性状态，无析水、析泡沫现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，同时降低泡沫注入量与注水量；对于砂性渣土，降低注水量及适当减少泡沫注入量；

若渣土出现析水现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，降低注水量及泡沫注入量；对于砂性渣土，降低注水量；

若渣土出现析泡沫现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，降低泡沫注入量；对于砂性渣土，降低泡沫注入量及适当减少注水量；

采用上述渣土改良修正策略后，取现场皮带输送机出口渣土进行坍落度试验，判断其流塑性状态，如仍不满足要求，则根据以上修正策略继续进行改良，直至渣土流塑性状态满足要求为止；

工况三：当渣土坍落度值小于Tmin时，表明渣土流动性不足，通过增加注水量和/或泡沫注入量对渣土进行改良，直至渣土流塑性满足要求为止；通过改良试验的注水量、泡沫注入比、掘进速度来反算得到优化后的渣土改良参数，计算步骤如下：

步骤1：计算试验环平均掘进速度：

式中，L为盾构管片宽度，t为掘进该环的时间；步骤2：计算水的注入变化量：

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式中，△V水为每分钟掘进时需要增大的注水体积，V水为试验时水的注入体积，A为盾构机开挖面积，K为松散系数；

步骤3：计算泡沫的注入变化量：

式中，△Vf为每分钟掘进时需要增大的泡沫体积，Vf为试验时泡沫的注入体积。3.根据权利要求2所述的修正方法，其特征在于：在步骤3之后还包括参数设置的步骤：①水的设置

若盾构土仓中有喷水口，则将水的增量分配关系为刀盘喷水占70％，土仓喷水占30％；②泡沫的设置

若盾构土仓中有泡沫喷口，泡沫的增量分配关系为土仓仓占30％，刀盘泡沫占70％，其中中心处喷口占40％，其他喷口占30％；若盾构土仓中没有泡沫喷口，则泡沫增量的分配为刀盘中心喷口占50％，其他喷口占50％。

4.根据权利要求2或3所述的修正方法，其特征在于：当渣土坍落度值小于Tmin时，渣土改良具体过程如下：

若渣土呈散粒状、散块状或一定塑性，改良参数修正策略如下：对于黏土，优先增大注水量，从皮带输送机中取得10L渣土，每次混入1L的水，搅拌均匀后对其进行坍落度试验判断渣土流塑状态，当渣土状态不能满足流塑性要求时，重复上述步骤，当一共增大2L的注水量渣土流塑性依然不能满足流塑性要求时，继续添加时改为每次增加0.5L水和1L泡沫搅拌；对于砂土，优先增大泡沫注入量，取得10L渣土，每次混入1L泡沫搅拌均匀后进行坍落度试验，观察其流塑性是否满足要求，如果不满足要求则重复此步骤，当累积混入3L泡沫依然不能满足要求时，继续添加时改为每次混入1L泡沫和0.25L水，直至渣土流塑性满足要求。

5.根据权利要求2或3所述的修正方法，其特征在于，针对工况一：若渣土出现析水现象时，对于粘性渣土，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的10％；对于砂性渣土，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的10％，泡沫注入量增加比例为所有管路泡沫注入总量的5％；

若渣土出现析泡沫的现象，对于粘性渣土，泡沫注入量降低比例为所有管路的泡沫注入总量的10％；对于砂性渣土，泡沫注入量降低比例为所有管路的泡沫注入总量的5％，注水量降低比例为所有管路注水总量的5％。

6.根据权利要求2或3所述的修正方法，其特征在于，针对工况二：若渣土呈理想塑性状态，无析水、析泡沫现象，对于粘性渣土，泡沫注入量降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的10％，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的5％；对于砂性渣土，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的10％，泡沫注入量降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的5％；

若渣土出现析水现象，对于粘性渣土，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的10％，泡沫注入量降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的5％；对于砂性渣土，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的10％；

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若渣土出现析泡沫现象，对于粘性渣土，泡沫注入量降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的10％；对于砂性渣土，泡沫注入量降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量设置值降低10％，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的5％。

7.根据权利要求2或3所述的修正方法，其特征在于：进行现场坍落度试验前，需要对泡沫的质量进行校核，在盾构机发泡末端取得泡沫后进行泡沫发泡率和半衰期试验，若泡沫发泡率在10以上和半衰期在5min以上，则泡沫质量合格；当泡沫发泡率和半衰期其中有一项不满足要求时，则优先检查发泡处压力传感器压力，当发泡压力低于0.35bar时，则增大泡沫系统空气工作压力，当发泡压力表显示工作压力大于0.35bar后再次进行测试，若泡沫质量依然不能满足要求则增大泡沫剂浓度的设置值，每次增大1％，直至泡沫满足要求后再进行渣土状态测试。

8.根据权利要求2或3所述的修正方法，其特征在于：当采用现有改良剂始终不能够改良，或者改良剂注入比大于50％时：对于粘性渣土，考虑停机将泡沫剂变化为分散型泡沫剂或单独配置分散剂进行室内试验，得到相应改良参数后复推；对于砂性地层，泡沫不能填充于土颗粒孔隙中，表现为土和泡沫分离时，则考虑停机将改良剂变化为注入泥浆和泡沫进行室内试验，得到相应改良参数后复推。

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一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正

方法

技术领域

[0001]本发明属于盾构施工技术领域，尤其涉及一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法。

背景技术

[0002]由于土压平衡盾构开挖隧道对周围环境影响小、施工速度快且不需要大型场地进行渣土后期处理，可以有效地利用城市有限的建设场地，其已成为城市隧道施工中的首选机型。然而，其顺利掘进的关键是盾构渣土保持为一种“塑性流动”状态，利于土仓内渣土建立有效土压来平衡掌子面水土压力，同时防止出现喷涌、刀盘结泥饼或土仓闭塞等问题，确定掘进参数稳定在合适的范围之内。由于经切削入土仓内原状渣土难以满足盾构持续稳定工作的需求，务必进行渣土改良，改善渣土的流塑性。[0003]为保证盾构机能够正常的工作，我们需要根据渣土的不同性质向渣土之中添加诸如泡沫、膨润土等之类的改良剂以使渣土保持为理想的“塑性流动”状态，以利用渣土在土仓内建立有效土压平衡的同时，避免发生结泥饼、喷涌、刀具严重磨损、螺旋输送机扭矩过大等问题。

[0004]专利201410561509.3“一种以泡沫为添加剂的粘性地层土压平衡盾构渣土改良的参数选取方法”通过曲线数学关系式拟合，得到液塑限与泡沫注入比的函数关系式以及坍落度与泡沫注入比、含水量的函数关系式。基于塑性指数0.4～0.75的要求，构建了含水量与泡沫注入比之间的关系式，并绘成曲线。根据曲线由最佳坍落度范围确定出最佳泡沫注入比范围。

[0005]专利201510983075.0“一种富水砂层盾构渣土改良施工系统和施工方法”针对具体的工程实例提出对应的改良参数，在掘进过程中参数的设定依靠盾构司机对渣土状态的判定来动态调整改良剂用量。[0006]专利201710595112.X“高水压、高渗透砂性地层土压平衡盾构的渣土改良方法”给出了针对高水压高渗透砂性地层膨润土泥浆改良剂的配方，并根据渣土的含水量确定泥浆的注入量。

[0007]专利201711331938.1“土压平衡盾构强透水性砂土改良方法”给出了改良强透水砂性土的膨润土泥浆配比，将渣土改良至流动性及渗透性等符合要求的状态，依据渣土的状态通过人机界面自动化控制系统的流量仪进行实时控制使用。[0008]专利201810153466.3“粘性地层渣土改良泡沫剂添加量确定方法”采用线性回归方法拟合曲线，确定土体粘聚力与外摩擦角与泡沫比之间的关系，并拟合坍落度与土体粘聚力和外摩擦角之间的关系，确定泡沫的最优添加量。

[0009]上述改良方法大多是针对于某种特殊地层的改良方案，诸如富水砂卵石地层、粘性地层、复合地层等，其方法适用范围有限，主要通过室内试验得出的渣土改良参数以用于现场，适用于与所取渣土的颗粒级配、物质组成、含水率等因素匹配的现场施工。在盾构的

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掘进过程中地层条件随之改变，显然将此改良参数用于整个掘进过程是不合理的。[0010]此外，盾构机掘进过程中会发生渗流作用，土体的含水率会随之改变，上述专利并没有充分考虑此方面的影响，改良后的渣土状态可能不太理想。在盾构始发后，仅能通过盾构司机对渣土流塑性状态的直观判断来动态调整改良参数，未能系统地形成基于现场渣土状态的渣土改良参数确定定量方法，一旦判断失误可能会产生较大风险隐患。发明内容

[0011]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种基于现场渣土状态的一种土压平衡盾构渣土改良参数修正方法。该方法考虑了盾构机掘进过程中渗流作用对渣土含水率的影响，且能在掘进过程中随着地层条件的变化对改良参数的动态调整提供依据，使改良参数设置更加合理，令渣土保持理想的塑性流动状态。

[0012]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0013]一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法，以盾构机排出的渣土和现场使用的改良剂为渣土改良试验材料，进行现场坍落度试验，根据坍落度试验及渣土表观状态评价其流塑性状态；若渣土为过改良状态，则依据针对不同的渣土类型，采用调整盾构机注水量及泡沫注入量参数值的方式进行改良；若渣土为欠改良状态，取得渣土并添加一定量的泡沫及水进行二次改良，直至渣土状态符合要求，根据盾构机的初始掘进参数及二次改良时水及泡沫的添加量，计算得到修正后的渣土改良参数值。[0014]进一步的，渣土改良参数修正的具体过程为：从皮带输送机上取得渣土进行现场坍落度试验，根据试验结果判断渣土流动性是否满足要求，在流动性判断的基础上，结合渣土的表观状态评价其塑性状态，确定渣土坍落度值合理范围[Tmin，Tmax]，然后针对渣土不同的流塑性状态，采用相应的改良措施：[0015]工况一：当渣土坍落度值在[Tmin，Tmax]之间，渣土流动性合适，但是需要根据渣土塑性、析水、析泡沫情况进行分类处理，渣土改良思路如下：[0016]若渣土呈理想塑性，渣土不松散，无析水、析泡沫情况，无需修正渣土改良参数；[0017]若渣土出现析水现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，降低注水量；对于砂性渣土，在降低注水量的同时，增加泡沫注入量；[0018]若渣土出现析泡沫的现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，降低泡沫注入量；对于砂性渣土，在降低泡沫注入量的同时，减少注水量；[0019]采用上述渣土改良修正策略后，取皮带输送机出口渣土进行坍落度试验，判断其流塑性状态，如仍不满足要求，则根据以上修正策略继续进行改良，直至渣土流塑性状态满足要求为止；[0020]工况二：当渣土坍落度值大于Tmax时，表明渣土流动性过大，渣土改良思路如下：[0021]若渣土呈理想塑性状态，无析水、析泡沫现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，同时降低泡沫注入量与注水量；对于砂性渣土，降低注水量及适当减少泡沫注入量；[0022]若渣土出现析水现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，降低注水量及泡沫注入量；对于砂性渣土，降低注水量；[0023]若渣土出现析泡沫现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，降低泡沫注入

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量；对于砂性渣土，降低泡沫注入量及适当减少注水量；[0024]采用上述渣土改良修正策略后，取现场皮带输送机出口渣土进行坍落度试验，判断其流塑性状态，如仍不满足要求，则根据以上修正策略继续进行改良，直至渣土流塑性状态满足要求为止；[0025]工况三：当渣土坍落度值小于Tmin时，表明渣土流动性不足，通过增加注水量和/或泡沫注入量对渣土进行改良，直至渣土流塑性满足要求为止；通过改良试验的注水量、泡沫注入比、掘进速度来反算得到优化后的渣土改良参数，计算步骤如下：[0026]步骤1：计算试验环平均掘进速度：

[0027][0028][0029][0030]

式中，L为盾构管片宽度，t为掘进该环的时间；

步骤2：计算水的注入变化量：

式中，△V水为每分钟掘进时需要增大的注水体积，V水为试验时水的注入体积，A为

盾构机开挖面积，K为松散系数；[0032]步骤3：计算泡沫的注入变化量：

[0033][0034][0035][0036][0037]

[0031]

式中，△Vf为每分钟掘进时需要增大的泡沫体积，Vf为试验时泡沫的注入体积。

进一步的，在步骤3之后还包括参数设置的步骤：①水的设置

若盾构土仓中有喷水口，则将水的增量分配关系为刀盘喷水占70％，土仓喷水占

30％；

②泡沫的设置

[0039]若盾构土仓中有泡沫喷口，泡沫的增量分配关系为土仓仓占30％，刀盘泡沫占70％，其中中心处喷口占40％，其他喷口占30％；若盾构土仓中没有泡沫喷口，则泡沫增量的分配为刀盘中心喷口占50％，其他喷口占50％。[0040]进一步的，当渣土坍落度值小于Tmin时，渣土改良具体过程如下：[0041]若渣土呈散粒状、散块状或一定塑性，改良参数修正策略如下：对于黏土，优先增大注水量，从皮带输送机中取得10L渣土，每次混入1L的水，搅拌均匀后对其进行坍落度试验判断渣土流塑状态，当渣土状态不能满足流塑性要求时，重复上述步骤，当一共增大2L的注水量渣土流塑性依然不能满足流塑性要求时，继续添加时改为每次增加0.5L水和1L泡沫搅拌；对于砂土，优先增大泡沫注入量，取得10L渣土，每次混入1L泡沫搅拌均匀后进行坍落度试验，观察其流塑性是否满足要求，如果不满足要求则重复此步骤，当累积混入3L泡沫依然不能满足要求时，继续添加时改为每次混入1L泡沫和0.25L水，直至渣土流塑性满足要求。

[0042]进一步的，针对工况一：[0043]若渣土出现析水现象时，对于粘性渣土，注水量降低比例为当前所有管路注水总

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量的10％；对于砂性渣土，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的10％，泡沫注入量增加比例为所有管路泡沫注入总量的5％；[0044]若渣土出现析泡沫的现象，对于粘性渣土，泡沫注入量降低比例为所有管路的泡沫注入总量的10％；对于砂性渣土，泡沫注入量降低比例为所有管路的泡沫注入总量的5％，注水量降低比例为所有管路注水总量的5％。[0045]进一步的，针对工况二：[0046]若渣土呈理想塑性状态，无析水、析泡沫现象，对于粘性渣土，泡沫注入量降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的10％，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的5％；对于砂性渣土，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的10％，泡沫注入量降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的5％；[0047]若渣土出现析水现象，对于粘性渣土，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的10％，泡沫注入量降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的5％；对于砂性渣土，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的10％；[0048]若渣土出现析泡沫现象，对于粘性渣土，泡沫注入量降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的10％；对于砂性渣土，泡沫注入量降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量设置值降低10％，注水量降低比例为当前所有管路注水总量的5％。[0049]进一步的，进行现场坍落度试验前，需要对泡沫的质量进行校核，在盾构机发泡末端取得泡沫后进行泡沫发泡率和半衰期试验，若泡沫发泡率在10以上和半衰期在5min以上，则泡沫质量合格；当泡沫发泡率和半衰期其中有一项不满足要求时，则优先检查发泡处压力传感器压力，当发泡压力低于0.35bar时，则增大泡沫系统空气工作压力，当发泡压力表显示工作压力大于0.35bar后再次进行测试，若泡沫质量依然不能满足要求则增大泡沫剂浓度的设置值，每次增大1％，直至泡沫满足要求后再进行渣土状态测试。[0050]进一步的，当采用现有改良剂始终不能够改良，或者改良剂注入比大于50％时：对于粘性渣土，考虑停机将泡沫剂变化为分散型泡沫剂或单独配置分散剂进行室内试验，得到相应改良参数后复推；对于砂性地层，泡沫不能填充于土颗粒孔隙中，表现为土和泡沫分离时，则考虑停机将改良剂变化为注入泥浆和泡沫进行室内试验，得到相应改良参数后复推。

[0051]与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0052](1)本发明提供的渣土改良参数修正方案，因直接采用盾构排出渣土，相对于采取未经盾构掘进及改良的渣土，本方法无需根据地层情况重新配置渣土，试验时间短，本方法采用改良剂为盾构现成改良系统中取得，试验结果更为准确的。[0053](2)本发明可在盾构机掘进过层中，实时从皮带输送机上取得渣土进行改良试验试算得到优化改良参数，在地层条件变化的情况下，能够为盾构机改良参数的动态调整提供理论依据。[0054](3)本发明所采用的改良渣土在盾构掘进过程中已经经历了渗流作用，对此渣土进行优化改良，可有效考虑地下水渗流作用对于渣土含水率的影响，而直接采用未经盾构切削及改良的原状土进行改良，未考虑渗流作用对渣土含水率的影响，所提出的改良优化方案更加合理。[0055](4)本发明获得的渣土改良剂添加量为在原有改良参数上的变化值，经过简单计

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算后就可用于现场施工，试验与实践衔接时间短，特别是盾构在地层变化快的地层中掘进时，渣土改良参数调整频繁，利用该种方法确定改良参数时，便捷快速的特点尤为突出。[0056](5)本发明内容详实，针对土压平衡盾构机在粘性土及砂性地层中掘进过程中可能出现的各种渣土状态都提出了相应的改良方案，能够有效地为工程实际提供技术指导。附图说明

[0057]图1为本发明得流程图。

具体实施方式

[0058]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0059]实施例1[0060]参见图1，一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法，针对砾砂类复合地层进行参数修正，其步骤如下：[0061](1)先对泡沫的质量进行校核，在盾构机发泡末端取得泡沫后进行泡沫发泡率和半衰期试验，若泡沫发泡率在10以上和半衰期在5min以上，则泡沫质量合格，当泡沫发泡率和半衰期其中一项不满足要求，则优先检查发泡处压力传感器压力，但发泡压力低于0.35bar时，则增大泡沫系统空气工作压力，当发泡压力表显示工作压力大于0.35bar后再次进行测试，若泡沫质量依然不能满足要求则增大泡沫剂浓度的设置值，每次增大1％，直至泡沫满足要求后再进行渣土状态测试。[0062](2)从皮带输送机上取得10L渣土进行现场坍落度试验，根据试验结果判断渣土流动性是否满足要求。[0063](3)在流动性判断的基础上，结合渣土的表观状态评价其塑性状态，确定渣土坍落度值合理范围为[13，17]cm，然后针对渣土不同的流塑性状态，采用相应的改良方法：[00]工况一、当渣土坍落度值在[13，17]cm之间，渣土流动性合适，但是需要根据渣土塑性、析水、析泡沫等情况进行分类处理，渣土改良思路如下：[0065]子工况1、若渣土呈理想塑性，渣土不松散，无析水、析泡沫等情况，无所修正渣土改良参数。

[0066]子工况2、若渣土出现析水现象，改良参数修正策略如下：对于砂性渣土，在降低注水量(降低比例为当前所有管路注水总量的10％)的同时，增加泡沫注入量(增加比例为所有管路泡沫注入总量的5％)。[0067]子工况3、若渣土出现析泡沫的现象，改良参数修正策略如下：对于砂性渣土，在降低泡沫注入量(降低比例为所有管路的泡沫注入总量的5％)的同时减少注水量(降低比例为所有管路注水总量的5％)。

[0068]采用上述渣土改良修正策略后，取得皮带输送机出口渣土进行坍落度试验，判断其流塑性状态，如不满足则要求，则根据以上修正策略继续采取相应改良修正措施，直至渣土流塑性状态满足要求。

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工况二、当渣土坍落度值大于17cm时，表明渣土流动性过大，渣土改良思路如下：

[0070]子工况1、若渣土呈理想塑性状态，无析水、析泡沫现象，改良参数修正策略如下：对于砂性渣土，主要降低注水量(降低比例为当前所有管路注水总量的10％)及适当减少泡沫注入量(降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的5％)。[0071]子工况2、若渣土出现析水现象，改良参数修正策略如下：对于砂性渣土，主要降低注水量(降低比例为当前所有管路注水总量的10％)。[0072]子工况3、若渣土出现析泡沫现象，改良参数修正策略如下：对于砂性渣土，主要降低泡沫注入量(降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量设置值降低10％)及适当减少注水量(降低比例为当前所有管路注水总量的5％)。[0073]采用上述渣土改良修正策略后，取得现场皮带输送机出口渣土进行坍落度试验，判断其流塑性状态，如不满足则要求，则根据以上修正策略继续采取相应改良措施，直至渣土流塑性状态满足要求。[0074]工况三、当渣土坍落度值小于13cm，表明渣土流动性不足，渣土改良思路如下：[0075]若渣土呈散粒状、散块状，改良参数修正策略如下：对于砂性土，优先增大泡沫注入量，取得10L渣土，每次混入1L泡沫搅拌均匀后进行坍落度试验，观察其流塑性是否满足要求，如果不满足要求则重复此步骤，当累积混入3L泡沫依然不能满足要求时，继续添加时改为每次混入1L泡沫和0.25L水，直至渣土流塑性满足要求。[0076]针对渣土坍落度小于13cm的工况，通过改良试验的注水量、泡沫注入比、发泡率、掘进速度来反算得到优化后的渣土改良参数。计算步骤如下:[0077]A.计算试验环平均掘进速度：

[0078][0079][0080][0081]

式中，L为盾构管片宽度，t为掘进该环的时间。B.计算水的注入变化量：

式中，△V水为每分钟掘进时需要增大的注水体积，V水为试验时水的注入体积，A为

盾构机开挖面积，K为松散系数。[0083]C.计算泡沫的注入变化量：

[0084][0085][0086][0087][0088]

[0082]

式中，△Vf为每分钟掘进时需要增大的泡沫体积，Vf为试验时泡沫的注入体积。D.参数设置①水的设置

若盾构土仓中有喷水口，则将水的增量分配关系为刀盘喷水占70％，土仓喷水占

30％；

[00]

②泡沫的设置

[0090]若盾构土仓中有泡沫喷口，泡沫的增量分配关系为土仓仓占30％，刀盘泡沫占70％，其中中心处喷口占40％，其他喷口占30％；若盾构土仓中没有泡沫喷口，则泡沫增量

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的分配为刀盘中心喷口占50％，其他喷口占50％。[0091](4)当采用现有改良剂始终不能够改良，或者改良剂注入比过大(泡沫注入比大于50％)：对于砂性地层，可能因为粗颗粒含量较多，泡沫不能填充于土颗粒孔隙中，表现为土和泡沫分离时，则考虑停机将改良剂变化为注入泥浆和泡沫进行室内试验，得到相应改良参数后复推。[0092]实施例2

[0093]一种基于现场渣土状态的土压平衡盾构渣土改良参数修正方法，针对粘性土地层进行参数修正，其渣土改良步骤如下：[0094](1)对泡沫的质量进行校核，在盾构机发泡末端取得泡沫后进行泡沫发泡率和半衰期试验，若泡沫发泡率在10以上和半衰期在5min以上，则泡沫质量合格，当泡沫发泡率和半衰期其中一项不满足要求，则优先检查发泡处压力传感器压力，但发泡压力低于0.35bar时，则增大泡沫系统空气工作压力，当发泡压力表显示工作压力大于0.35bar后再次进行测试，若泡沫质量依然不能满足要求则增大泡沫剂浓度的设置值，每次增大1％，直至泡沫满足要求后再进行渣土状态测试。[0095](2)从皮带输送机上取得10L渣土进行现场坍落度试验，根据试验结果判断渣土流动性是否满足要求。[0096](3)在流动性判断的基础上，结合渣土的表观状态评价其塑性状态，确定渣土坍落度值合理范围为[15，20]cm，然后针对渣土不同的流塑性状态，采用相应的改良方法：[0097]工况一、当渣土坍落度值在[15，20]cm之间，渣土流动性合适，但是需要根据渣土塑性、析水、析泡沫等情况进行分类处理，渣土改良思路如下：[0098]子工况1、若渣土呈理想塑性，渣土不松散，无析水、析泡沫等情况，无所修正渣土改良参数。

[0099]子工况2、若渣土出现析水现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，主要降低注水量(降低比例为当前所有管路注水总量的10％)；[0100]子工况3、若渣土出现析泡沫的现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，主要降低泡沫注入量(降低比例为所有管路的泡沫注入总量的10％)；[0101]采用上述渣土改良修正策略后，取得皮带输送机出口渣土进行坍落度试验，判断其流塑性状态，如不满足则要求，则根据以上修正策略继续采取相应改良修正措施，直至渣土流塑性状态满足要求。[0102]工况二、当渣土坍落度值大于20cm时，表明渣土流动性过大，渣土改良思路如下：[0103]子工况1、若渣土呈理想塑性状态，无析水、析泡沫现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，同时降低泡沫注入量(降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的10％)与注水量(降低比例为当前所有管路注水总量的5％)；[0104]子工况2、若渣土出现析水现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，主要降低注水量(降低比例为当前所有管路注水总量的10％)及泡沫注入量(降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的5％)；[0105]子工况3、若渣土出现析泡沫现象，改良参数修正策略如下：对于粘性渣土，降低泡沫注入量(降低比例为当前所有管路的泡沫注入总量的10％)；[0106]采用上述渣土改良修正策略后，取得现场皮带输送机出口渣土进行坍落度试验，

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判断其流塑性状态，如不满足则要求，则根据以上修正策略继续采取相应改良措施，直至渣土流塑性状态满足要求。[0107]工况三、当渣土坍落度值小于15cm，表明渣土流动性不足，渣土改良思路如下：[0108]若渣土呈一定塑性，改良参数修正策略如下：对于黏土，优先增大注水量，从皮带输送机中取得10L渣土，每次混入1L的水，搅拌均匀后对其进行坍落度试验判断渣土流塑状态，当渣土状态不能满足流塑性要求时，重复上述步骤，当一共增大2L的注水量渣土流塑性依然不能满足流塑性要求时，继续添加时改为每次增加0.5L水和1L泡沫搅拌，直至渣土流塑性满足要求。

[0109]针对渣土坍落度小于15cm的工况，通过改良试验的注水量、泡沫注入比、发泡率、掘进速度来反算得到优化后的渣土改良参数。计算步骤如下:[0110]B.计算试验环平均掘进速度：

[0111][0112][0113][0114]

式中，L为盾构管片宽度，t为掘进该环的时间。B.计算水的注入变化量：

式中，△V水为每分钟掘进时需要增大的注水体积，V水为试验时水的注入体积，A为

盾构机开挖面积，K为松散系数。[0116]C.计算泡沫的注入变化量：

[0117][0118][0119][0120][0121]

[0115]

式中，△Vf为每分钟掘进时需要增大的泡沫体积，Vf为试验时泡沫的注入体积。D.参数设置①水的设置

若盾构土仓中有喷水口，则将水的增量分配关系为刀盘喷水占70％，土仓喷水占

30％；

②泡沫的设置

[0123]若盾构土仓中有泡沫喷口，泡沫的增量分配关系为土仓仓占30％，刀盘泡沫占70％，其中中心处喷口占40％，其他喷口占30％；若盾构土仓中没有泡沫喷口，则泡沫增量的分配为刀盘中心喷口占50％，其他喷口占50％。[0124](4)当采用现有改良剂始终不能够改良，或者改良剂注入比过大(泡沫注入比大于50％)：对于砂性地层，可能因为粗颗粒含量较多，泡沫不能填充于土颗粒孔隙中，表现为土和泡沫分离时，则考虑停机将改良剂变化为注入泥浆和泡沫进行室内试验，得到相应改良参数后复推。

[0125]本发明从皮带输送机取得的渣土，通过坍落度试验评价其流动性状态，再结合渣土的表观状态评价其塑性状态，确定坍落度值的合理范围为[Tmin，Tmax]，然后针对渣土不同的流塑性状态，采用相应的改良方法。[0126]当渣土流动性过大、出现析水、析泡沫现象时，针对不同的渣土类型采用减小盾构

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机注水量及泡沫注入量参数值的改良方式。[0127]当渣土流动性较差时，取得渣土并添加一定量的泡沫及水进行二次改良，直至渣土状态符合要求。依据试验结果算得改良每升渣土所需的额外注水量、泡沫添加量等，根据初步设定的渣土改良参数求出每升渣土的改良剂初始用量，结合两者反推出适用于该地层的渣土改良参数。根据盾构机的初始掘进参数及二次改良时水及泡沫的添加量，利用相应公式计算得到修正后的渣土改良参数值。

[0128]此方法考虑了盾构机掘进过程中渗流作用对渣土含水率的影响，且能在掘进过程中随着地层条件的变化对改良参数的动态调整提供依据，使改良参数设置更加合理，令渣土保持理想的塑性流动状态。

[0129]上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

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说　明　书　附　图

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图1

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