随着国内基础建设的迅猛发展，盾构法施工越来越多地应用在铁路、市政、管廊等隧道工程当中。其中泥水平衡式盾构机以其控制地面沉降性好等特点，特别适用于城市区域内隧道的施工。泥水盾构平衡机在掘进过程中，会产生大量废弃泥浆，废弃泥浆的常规处理方法是通过旋流、分离设备将泥土和水分离，循环利用水资源，泥土则形成泥饼外运。项目在设计环节一般会设置数个渣土消纳场所，但受限于目前国内越来越严格的环保态势，此类消纳场所较少审批通过。因此项目施工方往往只能采取建筑垃圾消纳的方式，额外增加施工成本。因此，有必要对废弃渣土绿色无害化利用展开研究，降低相关施工成本，实现泥水盾构施工“零排放”。

1华北某盾构隧道渣土特性及实验思路

华北某盾构隧道，采用单洞双线隧道，全长4448.5m，隧道管片外径12.2m，内径11.1m，管片环宽2m，壁厚0.55m，“6+2+1”模式拼装。地层以第四系全新统（Q4ml）杂填土和第四系全新统（Q4al+pl）黏性土、粉土、砂类土、圆砾土及卵石土为主。每掘进1环产生约400立方的废弃泥浆，总废浆量约75万方，其中约含46万方渣土。

预拌流态固化土是一种水泥处理土，属于泥浆预拌土，可被用作建筑工程的回填材料。然而随着水泥稳定剂添量的增加，其脆性也会增加。考虑到强度降低，当用作明挖隧道、路基等的回填土时，为了降低上覆压力，一般会使用泥浆密度相对较低的配比。此外，也见增加纤维材料改善脆性的方法。本文计划通过三轴无侧限抗压强度试验，研究水泥浆密度、水泥掺量和纤维掺量的变化对水泥浆三轴压缩实验的影响。

2材料及拌制方法

2.1 配制材料

试验材料选取华北某盾构隧道泥水处理设备产出的渣土。由于掘进地层以黏土为主体，在这项试验中，QHY-黏土被用作均质基础材料，这是掘进过程中可大量获得的粘性土，具有明确的物理参数，如表1所示。水泥固化剂采用某公司提供的Geoset 200水泥，该水泥是一种专门用于类软粘土的水泥基固化剂。将由粉碎机粉碎成条絮状的废旧报纸用作纤维材料。

表1 QHY-黏土物理参数

2.2 混合法

预拌流态固化土混合方法一般有两种，一种是由开挖土壤、水和水泥稳定剂组成的浆液型，另一种是由浆液型和细粒砂或粘性土粉组成的调整浆液型。在本文中，由于更容易制备，使用了浆料型。在该方法中，向渣土中适度加入水以调节泥浆密度，然后加入水泥稳定剂并混合。通过改变水泥浆密度和水泥含量，进行了水泥浆型的一般搅拌试验。泥浆密度定义为泥浆质量除以泥浆体积。通过将粘土与水混合来制备浆料。

2.3 试件制备方法

通过应用浆料型方法，通过以预先计算的量混合水和QHY-粘土来制备目标密度为1.250或1.125g/cm³（考虑浆液密度较低时取95%）的浆料。在通过几次调整达到目标密度后，将水泥稳定剂以80和100kg/m³的量加入到浆体中。根据类似研究，纤维材料添加量为10kg/m³（如表2所示）。加入纤维材料后，用手摇式搅拌机对液化稳定土进行充分搅拌。为了减少在添加纤维材料和混合过程中可能产生的气泡，将实验材料在约90kPa的负压下在密封槽中抽真空30min。去除气泡后，用直径为50mm、高度为100mm的塑料模具对试样进行固化。然后在28d或56d左右的恒温下养护20℃、中等含水量条件下，进行固结不排水三轴压缩试验和无侧限压缩实验。实验有效围压控制在98kPa左右，背压196kPa，单元压力294kPa。

表2 试件制备参数表

3实验结果

3.1不排水三轴剪切特性

基于以上试件制备方法，在不排水条件下，对不同泥浆密度、水泥含量、纤维含量和养护时间的试样进行了三轴试验。在本部分中，分析了试件的应力-应变关系和变形特性。

影响不排水三轴压缩试验的所有情况应力-应变关系的因素，主要为浆体密度变化率（%）、水泥含量变化率（kg/m³）和纤维含量变化率（kg/m³）等试验条件。

实验结果直观表明，泥浆密度会显著影响液化稳定土的强度。在养护28d的情况下，最大应力与泥浆密度变化率之间的关系呈现正相关。这种关系表明，水泥浆密度变化的影响与水泥的加入量有关。水泥含量越高，水泥浆密度变化的影响比水泥含量较低的影响显著得多。设若：最大应力的平均降低率=（最大应力的降低值/基本泥浆密度下的最大应力）×100%

则可以计算出100kg/m³水泥含量的降低率是80kg/m³水泥含量的2倍。这一结果表明，即使在施工现场水泥含量为80kg/m³的情况下能够满足所需的强度，也需要谨慎使用较低泥浆密度制备的液化稳定土，以控制土体可能产生的裂变。

关于纤维材料对试件的具体影响，可以确定在浆体中加入纤维后，最大应力略有增加，并且可以在某些特性上改善后峰行为。在达到最大应力后，纤维试件通常表现出更稳定的性能。同时，不仅峰后脆性变化得到改善，而且试件的残余强度也得到了一定提高。

结论：

通过室内试验研究了采用渣土配制浆体制作的试件液化稳定土的力学特性。利用应变控制式三轴仪，对不同养护龄期、泥浆密度、水泥含量和纤维含量的试件进行了一系列不排水三轴压缩试验。可以得出以下结论：

（1）使用粉土、粉质黏土地层产生的渣土配制预拌固化土可行，强度可满足基本使用需求；

（2）浆体密度对脆性变化的影响很大，纤维材料的加入有降低剪切损伤程度的趋势；

（3）与水泥浆密度相比，水泥含量对刚度的影响相对较小，而水泥含量对强度的影响比水泥浆密度大。因此，即使水泥含量增加，浆体密度的降低也会导致流态稳定土质量的降低。

参考文献

[1]杜衍庆,王新岐,曾伟等.道路用流态固化土的基本性质与工程实践[J].天津建设科技,2021,31(03):12-15.

[2]刘成龙.新型预拌流态固化土性能及回填施工工艺[J].山东交通学院学报,2021,29(04):91-98.

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