1.材料选择
试验人员将膨润土性能指标提供给物资人员进行采购，经试验挑选出本项目所用的材料。
膨润土由于具有吸湿膨胀性、低渗性、高吸附性及良好的自封闭性能，国外从20世纪60 年代就已经开始将膨润土用作防渗材料。土压平衡式盾构施工对加入的膨润土泥浆的一个基本要求就是它能够形成“滤饼”，可以形成于土粒内部和土粒之间，由胶结和固结的膨润土组成。这个“滤饼”可以演变为一个低渗透性的薄膜，从而可以将过量的地下水压力中的液体压力转化为土颗粒和土颗粒之间的有效应力，这对稳定地层防止推进中的地面塌陷至关重要。因此在盾构穿越重要建（构）筑物的过程中膨润土的作用就尤其重要了。
在盾构施工过程中，为了满足膨润土的使用，我们在地面上设一膨润土搅拌站，配有一台膨润土搅拌罐，容量为1 900 L，一次搅拌1.5 m3。膨润土选用优质钠基膨润土，并对膨润土的质量严格控制。
膨润土型号：钠基；膨润土厂家：绵阳堃山。（采用膨润土与水质量比1∶8 配置溶液静置8 h，溶液不出现分层离析状态。）样品土样取车站挖出同地质砂卵石土或泥岩。如图9.6.1、图9.6.2。
图9.6.1 钠基膨润土样品
图9.6.2 膨润土掺砂沉淀试验
土压平衡盾构机配备泡沫注入系统，泡沫发生器自动运行，通过专用管路分别将泡沫注入不同位置，一般以注入刀盘前部为主，另外也注入土仓或螺旋输送机内改良渣土，以增加渣土的流塑性及止水性。
泡沫剂型号：PF-1000；品牌：西策齐和。试验测得其固含量为12.1%。如图9.6.3、图9.6.4。
图9.6.3 泡沫剂pH 值测试
图9.6.4 泡沫剂固含量检测
盾构渣土（砂层）改良剂为聚合物材料：盾构渣土（砂层）改良剂；型号：EPB DY2；品牌：大友品丰；建议掺量：1‰～5‰，测试掺量3‰。如图9.6.5、图9.6.6。
2.试验步骤及方法
膨润土试验，分别按下面比例进行试验对比（质量比）：
①1∶5 膨润土溶液，泥浆比重为1.32 g/cm3。
②1∶6 膨润土溶液，泥浆比重为1.15 g/cm3。
③1∶7 膨润土溶液，泥浆比重为1.03 g/cm3。
根据试验对比，①②号浆液的泥浆比重要求满足要求，③号浆液较稀，不能满足拌制效果。从经济性出发所以选定②1∶6 膨润土溶液进行本次渣土改良室内试验。
图9.6.5 盾构渣土（砂层）改良剂
图9.6.6 掺量3‰样品
泡沫剂试验：泡沫剂按3%配置泡沫剂溶液，泡沫剂溶液的发泡率为10 倍。按发泡后体积比分别掺入15%、20%、25%进行室内试验。
盾构渣土（砂层）改良剂：取3‰盾构渣土（砂层）改良剂加入1 000 mL 水，拌和均匀，放置30 min 后，加入掺量为1∶6（水∶膨润土）膨胀好的膨润土浆液，再加入掘进时取出的渣土样品进行室内试验。
按上述配比进行试验，发现这种流塑性胶状物黏度十分大，并且不容易被水稀释，具有很好的流塑性和止水性，如图9.6.7 所示。
图9.6.7 常温条件下高分子聚合物流塑性试验
3.试验结果
膨润土改良前后及试验结果见图9.6.8、图9.6.9 及表9.6.1。
图9.6.8 改良前
(www.xing528.com)
图9.6.9 改良后
表9.6.1 膨润土改良结果
通过试验“膨润土+水”这种改良方式的效果仍然不理想，渣土流塑性及止水性均较差，容易出现出土困难或渣土偏干或偏稀等情况，且渣土改良效果不够稳定，应研究新的改良剂组合。
泡沫剂改良前后对比及试验结果见图9.6.10、图9.6.11 及表9.6.2。
图9.6.10 泡沫剂掺量3%改良前后对比
图9.6.11 泡沫剂掺量5%改良前后对比
表9.6.2 泡沫剂改良结果
通过试掘进试验表明，“泡沫剂+水”这种改良方式的效果不是很理想，渣土流塑性及止水性较差，且渣土改良效果不够稳定，应研究新的改良剂组合。
聚合物[盾构渣土（砂层）改良剂+膨润土浆液]改良前后对比及试验结果见图9.6.12和表9.6.3。
表9.6.3 聚合物[盾构渣土（砂层）改良剂+膨润土浆液]改良结果
图9.6.12 聚合物改良前后对比
通过室内试验，选定配比①，适合大量喷涌现象；少量喷涌时使用掺 3‰聚合物就能解决，改良前砂石分离对出土造成很大阻碍，改良后砂石都连在一起，渣土流塑性及止水性较好，且渣土改良效果稳定、渣土黏聚性和稠度好，适合砂卵石地层。
膨润土和泡沫剂+水混合改良试验结果见表9.6.4。
表9.6.4 膨润土和泡沫剂+水混合改良结果
另外，根据提供的聚合物配置渣土改良配比，按3‰的聚合物溶液掺量10%，采用聚合物改良后的效果比膨润土改良效果好，改良后的渣土黏聚性和稠度好。如图9.6.13。
图9.6.13 3%泡沫溶液+（100 kg∶20 kg）膨润土试验+水+土样
4.试验总结及现场效果
（1）泥岩地层采用“泡沫剂+水”，根据地层选择改良比例：1∶（3%～5%）。
（2）砂砾石地层采用“5∶1（水∶膨润土）的膨润土浆液+掺3%～5%泡沫剂+少量水”进行改良。
（3）出现喷涌情况采用添加“盾构渣土（砂层）改良剂掺量3‰”改良渣土。
（4）出现连续喷涌现象采用添加“1∶0.6 的膨润土浆液+3‰聚合物”进行改良。
采用上述渣土改良措施后，地面沉降得到了有效控制，确保了盾构过建（构）筑物的安全。
渣土改良作为盾构施工中一个重要的环节，尤其对提高盾构掘进效率以及控制地面沉降有较大的影响，同时对地铁隧道的建设发展有着深远的影响。纵观目前国内各个地方盾构机的使用工况，不难发现土质改良技术应用的好坏，对降低工程造价提高工程施工进度都有着决定性的作用。
通过现场试验，膨润土溶液+盾构渣土（砂层）改良剂（聚合物溶液）对成都富水砂卵石地层的改良效果较好，并且能有效控制地面沉降，特别对盾构下穿建（构）筑物沉降控制非常有利，能确保建（构）筑物的安全，对成都富水砂卵石地层的掘进提供了一项新的渣土改良技术。现场试验图如图9.6.14。
图9.6.14 现场试验图
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