泡沫改良泥岩气压辅助掘进空气损失试验及计算
袁明1，田海洋1，谭爽2，赵伟3，刘振川4*，潘秋景4
（1. 中铁投资集团有限公司，北京 100160； 2. 中铁二局集团第四工程有限公司，成都 610306； 3. 中铁二局集团长春工程有限公司，长春 130100； 4. 中南大学 土木工程学院， 长沙 410075）
摘要：气压辅助掘进因其减轻设备负荷、降低刀盘卡滞与刀具磨损等优势被广泛应用于盾构工程，但土舱气体会沿多路径逸散，气压损失过多可能引发地层失稳与地表沉降。针对现有研究对泥岩地层中泡沫改良土气体渗透规律尚不明确，气体损失计算模型可靠性差，尤其是未充分研究泡沫改良土渗气性质对气体损失规律的影响等问题。依托长春地铁5号线泥岩段工程，开展泡沫改良泥岩气体渗透性试验，构建泡沫注入比与渗气系数的定量关系，并将实测渗气系数引入Krabbe公式，考虑泡沫改良的影响并对螺旋输送机损失系数进行修正，形成基于实验数据的气体损失预测模型，结合现场施工记录的土舱上部绝对压强开展空气损失量计算与敏感性对比分析。结果表明：泡沫注入比由0%增至7.5%与30%时，渗气系数均值分别降至1.71×10-6、8.47×10-7、1.88×10-7m/s，气体损失量均值分别为5.58×10-5、2.68×10-5、4.83×10-6m3/s；在掘进过程中，舱内绝对压强与气体损失量呈同步变化趋势，且在较高舱压条件下损失更敏感，泡沫改良的对气体损失的抑制效果随舱压升高而增强，当舱内绝对压强高于150kPa时，泡沫改良的作用更为突出。基于实测渗气系数与FIR修正损失系数的预测方法可用于供气能力校核与开挖面稳定性控制参数确定，为泥岩地层为气压辅助掘进的保压与风险控制提供依据。
关键词：铁路隧道；气体损失计算；气体渗透性；泡沫改良；气压辅助掘进；
中图分类号: U25;U455.43 文献标识码: A DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.202512240007