岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (9): 3170-3186.doi: 10.16285/j.rsm.2025.1072CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.1072
路遥1, 2,黄明2,关振长2,张元超1, 2,周麒2,宋珲3,郑金伙4
LU Yao1, 2, HUANG Ming2, GUAN Zhen-chang2, ZHANG Yuan-chao1, 2, ZHOU Qi2, SONG Hui3, ZHENG Jin-huo4
摘要:
全风化花岗岩因其高细粒含量所呈现的显著黏性,对我国东南沿海地区地铁隧道土压平衡盾构施工构成严峻挑战,易引发刀盘黏附形成泥饼,导致扭矩激增、排渣受阻、掘进效能下降,甚至因摩擦高温致使泥饼干结固化,被迫停机开舱,带来显著的经济与安全风险。泡沫改良是应对此类黏性地层的有效途径。然而,现有方法在全风化花岗岩地层中缺乏对泡沫组分进行系统性优化的鲁棒策略,难以统筹兼顾发泡性能、改良效果与经济性等多重目标,且忽视了多组分泡沫体系中复杂的交互效应。为此,引入响应面法(response surface methodology,简称RSM)与中心复合设计(central composite design,简称CCD),以阴离子表面活性剂a-烯烃磺酸钠(sodium alpha-olefin sulfonate,简称AOS)、非离子表面活性剂烷基糖苷(alkyl polyglucoside,简称APG)、泡沫稳定剂黄原胶(xanthan gum,简称XHG)及无机分散剂六偏磷酸钠(sodium hexametaphosphate,简称SHMP)为自变量,构建了泡沫性能的RSM预测模型。在性能评价方面,发泡能力采用改进罗氏泡沫仪测得的泡沫体积表征;稳定性以泡沫半衰期与5 min消泡率共同表征;对渣土黏附倾向的降低效果,则通过改进的艾德堡锥形拉拔测试仪测量的界面黏附力进行量化。结合期望函数法进行多目标决策,确定了最优复配方案,命名为福岩-1S型泡沫剂(简称FY-1S):AOS、APG、XHG、SHMP质量分数分别为4.18%、1.59%、0.16%、0.95%。室内试验表明,FY-1S型泡沫剂在稳定时长与界面黏附力削减等关键性能上均优于所选用的3种商用泡沫剂。现场工程验证于厦门地铁3号线EPB盾构区间开展,通过对比FY-1S与商用泡沫剂的改良效果,系统评估了渣土性状(界面黏附力、不排水剪切强度、竖向坍落度)与盾构掘进参数(刀盘扭矩、总推力、掘进速度、土舱压力)。结果表明,FY-1S能有效改善渣土和易性,显著降低渣土力学强度、刀盘扭矩与掘进阻力,提升了盾构掘进效率与适应性。
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