富水砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工关键技术研究
（3）掘进效率降低；
（4）工作面支护土压力不均。
综合以上分析，在条件允许的情况下，EPB的设计及施工应充分提高工作面的土压支撑率。
2.4 土压平衡控制方法
根据该地层中的土压特点来进行针对性的土压平衡控制措施，管理方法如图2.20所示。
土仓竖向均匀提高渣土特性土压分布特点土仓前后应力比改进施工参数工作面土压支撑率图2.20 土压平衡管理思路
提高渣土的特性包括以下几个方面： （1）提高其流塑性；
（2）减小对刀盘刀具的磨耗；
（3）降低渗透系数，阻止喷涌发生； 提高施工参数包括以下几个方面： （1）提高土压支撑率；
（2）根据计算结果调整土仓土压力； （3）提高土仓土压规则系数；
（4）根据土仓前后应力的计算结果，前后应力比在“盈压状态”下较大，因此，在掘进过程中，一方面要减小盈压率，降低土仓前后应力比，另一方面，由于土仓前后存在应力比大于1的情况，应响应减少压力隔板的控制土压力。
2.5 渣土改良试验及结果分析
根据土压平衡盾构施工的要求，需要对改良土体进行试验研究。由于该种土
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体的特殊性：卵石颗粒直径达到了100mm以上，因此，采用常规的试验不能满足该条件。根据特殊情况，设计了如下的试验。
测试项目见表2.4。
表2.4 试验测试项目
No. 1 试验项目 塌落度试验 目 的 改良土的塑流性 流动度（cm） 自制直径为20cm的有2 渗水试验 改良土的止水性 改良土和钢之间的摩3 滑动试验 擦 搅拌难易程度、内摩4 电机搅拌试验 擦角、粘聚力 是否离析，流动性、5 观 察 包裹小卵石的情况 电流消耗 机，数字电流计 擦系数 采用拉力计测得拉力 转速为60rpm的搅拌渗透系数（cm/s） 机玻璃渗透系数仪 铁块与土体之间摩自制角钢和土体接触，试验求取值 塌落度（cm） 标准塌落度桶 试验设备 本试验添加材料类型见表2.5。
表2.5 试验添加材料类型
No. 改良类型 材 料 1 泡沫 采用YT-2型泡沫剂 2 矿物材料 粘土和膨润土 3 复合式 泡沫+矿物材料 电解质制成 4 硅溶胶 采用硅胶溶液和强试验分别对粗粒土，细粒土和一般情况下的土进行了针对性的试验、研究及对比。
2.5.1 对偏细颗粒土的试验
该组试验主要对偏小颗粒的渣土进行了试验，首先对该细粒土进行了颗分，测得该土的颗分曲线如图2.21所示
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100??p`P@0 %0%0.01系列1百分比0.11粒径101001000
图2.21 细颗粒的级配曲线
由该曲线可以看出，该试验所用的细粒径的土粒径大于20mm的占了25%。小于1mm的接近50%，其中小于0.1mm的颗粒含量占到了10%。
试验中，往该样渣土中加水，将其加到饱和状态，当含水率17%时，塌落度为19cm。根据观察具有较好的塑性流动性和一定的保水性。
但是通过拉动试验和搅拌测功率的试验，表明该土体的摩擦系数还偏大，因此，需要加入泡沫剂进行减磨。
加入浓度为3%的泡沫剂200ml发泡后，掺入该土体。该土体具有了更好的流塑性，并且内摩擦角大大地减小，减少了机器及刀盘刀具的消耗。
2.5.2 对偏大颗粒的土的改良试验
该组试验主要由大粒径的卵石组成，级配曲线如图2.22所示。
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图2.22 大粒径颗粒的级配曲线
由级配曲线可以看出，该组试验的大颗粒的渣土，颗粒粒径大于20mm的占
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了83%，粒径小于10mm的仅占10%左右，小于0.1mm的含量极少。
试验首先对该渣土进行了掺入泡沫的试验，试验结果表明，对于该大粒径的卵石渣土，仅对该渣土添加泡沫材料，可以得到以下几个结论：
(1) 对其流动性基本没有改善；
(2) 钢条的拉动试验表明，拉力在25N左右，而且拉动时波动较大，说明大块易发生卡住；
(3) 渗透系数测试发现，该大粒径渣土只加泡沫的情况，会直接发生涌水，渗透系数远远不能满足使用要求。
因此，需要对该种土体进行进一步改良，添加粘土类矿物材料，一方面，补充粗颗粒中的细颗粒量，另一方面，适当增加粘性，提高土体的保水性和抗水性。
因此，在渣土中加入了浓度为55%的粘土浆2360ml，30.3%的膨润土浆330ml，进行搅拌，矿物材料的掺入率为48%。
试验表明，加入粘土及膨润土后的土体，有了一定的流动性和保水性。
2.5.3 对中等颗粒分布的的改良试验
对该组渣土进行了较为详细的试验，级配曲线如图2.23所示。
100??p`P@0 %0%0.01系列1百分比0.11粒径101001000 图2.23 该组的级配曲线
对该组渣土，进行了几组试验： ① 只添加泡沫材料； ② 只添加矿物材料；
③ 添加泡沫和矿物复合材料； ④ 添加硅溶胶材料；
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取渣土16kg，含水率大概4～5%，做塌落度试验，结果如图8.11，塌落筒取出后，渣土为崩塌，不具有流动性。又在其中加入270g水时，此时含水率大概在6～7%左右，此时又做了塌落度试验，显示塌落度为零，也不具流动性。
对该渣土进行拉动钢条试验，试验表明，拉动钢条的力很不均匀，拉动过程中的力的波动达到了10N。最大为45N。 （1）添加泡沫材料试验
土体中添加的泡沫指标如表2.6所示。
表2.6 添加泡沫指标
项目 指标 泡沫掺入比 35% 发泡倍率 25 每延米泡沫成本（元） 600 对加入泡沫后的渣土进行塌落度试验，加入泡沫后的塌落度为15.5cm。试验表明：改良后的渣土具有较好的流动性和一定的保水性。
拉动试验表明拉动钢条的力为13N，可见泡沫材料对于改善钢条和渣土之间的摩擦有很大作用。
对改良后的搅拌电流进行了测试，结果表明，电流消耗仍有一定的波动不稳定性。
4.54.34.13.93.73.53.33.12.92.72.50102030405060系列1 图2.24 改良后的电流情况
对于该组试验改良后的渣土进行了渗透系数试验。试验中，当水头加到30cm左右时，渣土突然出现了涌水，渣土上部的水压贯通了渣土。不得已，试验人员把渣土取出，挑拣出其中的大块，保留了其中的偏小的颗粒，重新进行了渗透系数的试验，测得渗透系数1.4x10-4cm/s。
因此，该组试验表明：在渣土中添加泡沫进行土体改良，仅添加泡沫剂的渣
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