泥水盾构开挖面渗透带土体电阻率特性试验研究

泥浆渗透是泥水盾构开挖面成膜的关键过程,土体电阻率表征方法能够及时、有效反映泥浆渗透状态。采用二电极交流电法电阻率测试仪对泥浆 土体混合物的电阻率进行了测试,研究了孔隙水、CMC(羧甲基纤维素钠)、电极间距和泥浆浓度等因素对土体电阻率的影响。结果表明：土体电阻率随泥浆浓度增大而减小;海水和CMC的掺入将降低土体电阻率,但两者对膨润土颗粒的作用机理有所不同,海水的掺入导致膨润土颗粒发生絮凝和团聚,而CMC的掺入将使泥浆中离子的定向迁移能力增强;接触电阻亦对土体电阻率产生影响,为了获得可靠的土体电阻率测试值,应进行多次不同电极距离的测试。     

泥水盾构泥膜形成时开挖面地层孔压变化规律研究

为保证开挖面的稳定，泥水盾构泥水舱中的泥浆必须在开挖面上形成微透水的泥膜，将部分泥浆压力转化为有效应力，泥浆压力才能平衡地层中的土压力和水压力。目前关于泥膜形成时泥浆压力的转化规律及其影响因素尚不清楚。针对这一问题，在自制的泥浆渗透装置中，以12组不同性质的泥浆开展渗透试验，通过测定泥膜形成过程中地层超静孔隙水应力的变化，并分析影响其分布的因素，明确了泥膜的作用机理。结果表明：随着泥膜的形成，泥浆压力在地层中转化为抵抗地层静水压力的孔压、超静孔隙水应力和抵抗地层土压力的有效应力；超静孔隙水应力在泥膜段迅速降低，在地层深处逐渐趋于稳定；泥浆的密度是影响地层超静孔隙水压力分布规律的主要因素之一，泥浆黏度对其影响较小。这一结果对于泥浆压力的设定和泥浆的配制有重要的指导意义。     

大直径泥水盾构近距离穿越桥桩影响分析

为了确保大直径泥水盾构安全顺利穿越桥桩,避免桥梁桩基的过量变形,依托天津站—天津西站地下直径线工程,分析了泥水盾构近距离穿越时对桩基的影响。通过数值模拟及对现场监测数据的分析,明确了泥水盾构近距离穿越桥桩时桩基的变形规律以及重要的影响因素。研究结果表明:大直径泥水盾构近距离穿越桥桩,桩基竖向变形为隆起;盾构开挖范围内桩基横向水平变形最大,主要向盾构隧道所在一侧发生偏移。桩基变形有别于土压平衡盾构其主要原因为泥浆、同步注浆的影响,数值模拟应重点考虑隧道周围液体的影响。盾构近距离施工时应综合考虑泥浆的浓度、流动性以及合理增加同步注浆的压力。     

大型泥水盾构隧道开挖面稳定机理与应用研究

针对大型泥水盾构隧道开挖面平衡这一难题,以复兴东路越江隧道工程为工程背景,对泥水盾构开挖面稳定机理进行了理论分析;通过室内泥浆的特性实验及微观分析,结合工程现场试验和监测数据分析,详细论述了泥水盾构隧道开挖面的平衡理论和稳定机理,对影响泥水盾构隧道开挖面平衡与稳定的主要因素进行了分析.通过PMS泥水体系与原有泥水体系在工程中应用效果对比,发现PMS泥水体系能快速形成高质量的泥膜,更有利于大型泥水盾构隧道的开挖面稳定,在大型泥水盾构隧道施工中应用前景广阔.     

泥浆渗透对盾构开挖面稳定性的影响研究

针对泥水平衡盾构工法遇到渗透性较大的砂性土体,或在特殊地质条件下出现泥浆与土体性质不匹配的情况,泥膜不能有效的阻止泥浆对土体产生渗透,泥浆的有效压力以渗透力的形式作用于开挖面土体,形成了开挖面稳定性的泥浆渗透模型.结合村山公式,考虑泥水的渗透区域与滑动面之间的几何关系对有效泥水压力进行折减,得到了泥浆渗透模型的开挖面稳定性安全系数,并采用此渗透模型探讨了泥浆渗透对开挖面稳定性的影响,通过实际工程算例的对比分析,表明该渗透模型是合理、有效的.     

钻孔灌注桩废弃泥浆快速泥水分离试验研究

针对钻孔灌注桩在施工过程中产生的大量废弃泥浆问题,在施工现场进行了快速泥水分离试验。首先研究了泥水样品的基本性质,采用配制不同浓度的絮凝剂与废弃泥浆融合试验,得出絮凝剂最佳配合比与泥水分离效果的关系;其次根据新型泥水分离设备工作原理进行了不同类型的泥水分离设备的性能、分离速率以及经济性试验研究;同时,将新型设备的试验结果与传统未经处理的泥浆外运进行综合对比分析。     

泥水盾构泥浆渗透试验及成膜规律研究进展

泥水盾构维持开挖面稳定的关键在于及时形成致密的微透水或不透水泥膜,但泥膜在开挖面上的形成机理尚不明确。为了进一步弄清泥膜的形成机理,有必要针对泥水盾构开挖面泥膜形成规律的研究进展进行总结与分析。通过总结国内外学者关于泥膜形成机理的研究成果,分析泥膜形成的一般规律,指出目前研究中存在的不足并给出建议。研究得出,泥浆渗透试验主要有竖向和横向两种形式,但试验方案以及试验装置还有待改进;泥浆性质和地层特性是影响泥膜形成的主要因素;泥浆性质可以通过添加物进行调整;通过总结泥浆颗粒与砂土地层颗粒的匹配关系获得泥膜形成的一般规律。     

砂性土层泥水盾构泥浆成膜性能试验

泥水盾构在高渗透性砂性土层施工中泥浆的成膜质量会影响工程的安全与进度,设计室内试验研究泥浆相对密度对滤水量的影响,采用均匀设计法对不同制浆材料在砂性土层中的填充效果进行实测与回归分析。结果表明,泥浆的相对密度反应了单位体积内所能提供的用于孔隙填充的颗粒数量,是影响滤水量以及填充致密程度的首要因素;泥膜的形成质量受到制浆材料的影响,在中粗砂地层中,孔隙可以由膨润土和黏土颗粒共同填充,而对砾砂地层中孔隙较大的区域,黏土的填充效果已不再显著,主要依靠膨润土水化后形成的胶结颗粒集合进行填充;中、粗砂与含砾中、粗砂地层中宜采用的泥浆相对密度为1.20~1.25,制浆材料宜选取膨润土、黏土共同配制的新浆与原浆混合浆液。结合南京地铁某越江隧道,实际施工过程中泥浆相对密度控制在1.20~1.25,且每制备1 m3新浆,膨润土加入量为3~5 kg,施工反馈表明对应的掘进区间出浆相对密度稳定,研究成果可为现场泥浆的配置与管理提供一定参考。     

一般应力状态下泥浆渗入对泥水盾构开挖面土体剪切强度影响分析

 采用真三轴实验定量研究一般应力状态下泥浆渗入对泥水盾构开挖面土体剪切强度的影响,基于空间滑移面理论、三剪切角理论等考虑中主应力的破坏准则,研究天然土体一般应力条件下中间主应力对强度参数的影响规律。结合上海长江隧道工程,运用村山公式定量刻画同时考虑一般应力状态及泥浆作用时土体强度对泥水盾构开挖面有效泥浆支护压力设定值的影响程度。研究结果表明：对于砂质粉土,泥浆作用和中主应力的影响共同制约着有效泥浆压力的取值,且泥浆作用的影响更为显著,实验中有效泥浆压力相比天然土体情况提高了53%;而对于淤泥质黏土,泥浆作用及中主应力对泥水盾构开挖面的有效泥浆压力设定值影响较小,但中主应力系数的变化同样制约着泥浆作用对有效泥浆压力取值的影响程度。     

福州中粗砂地层泥水盾构泥浆成膜特性试验研究

泥水平衡盾构在掘进过程中维持开挖面土体稳定的关键在于泥浆性能与地层相匹配。以福州地铁泥水平衡盾构全断面穿越中粗砂层掘进为工程背景,首先分析制浆材料对泥浆性质的影响,并开展泥浆成膜室内试验,采用析因设计综合分析不同泥浆相对密度和黏度下试验的单位滤水量、成膜时间和泥膜形态,以及泥仓压力和含砂率对泥浆成膜的影响。结果表明:在本试验泥浆成膜试验条件下,最终滤水量随着相对密度的增大先减小后增加,随着黏度的增大而减小,同时,黏度对试验最终滤水量的影响小于相对密度的影响;随着泥浆中含砂率的增加,试验最终滤水量先减小后增大;当含砂率为10%~16%时,泥浆成膜最终单位滤水量小,泥浆成膜效果良好;就地取材,将淤泥质土作为泥浆组分之一时,适应福州中粗砂层的泥浆相对密度为1.12~1.18,黏度为26~30 s。     

砂性地层孔隙特征对泥水盾构泥浆成膜的影响

透水砂性地层开挖面上成膜特征是影响开挖面稳定性的关键因素,而地层孔隙特征与成膜特征量化关系的建立是进行相关分析的必要条件。通过在不同孔隙特征地层中开展渗透成膜试验,确定了地层孔隙特征和成膜特征的量化指标,基于二者量化关系的构建,研究了地层孔隙特征对泥浆成膜特征的影响规律。研究表明,地层滤失量曲线双参数模型可以描述地层滤失量变化特征,模型参数a,b可量化滤失量曲率特征、成膜时间和成膜阶段等成膜特征,具有明确的物理意义。基于参数a,b和孔隙体积v的幂函数关系,确定了地层孔隙特征和成膜特征的量化关系。研究成果可为泥水盾构穿越透水砂性地层合理确定泥浆配比方案和施工参数,保证开挖面稳定提供试验和理论基础。     

地铁盾构穿越富水砾砂地层渣土改良试验研究

富水砾砂地层具有内摩擦角大、渗透性强等特点,在盾构掘进时容易造成螺旋输送机堵塞或刀盘结泥饼等工程事故。通过改变含水率、泡沫剂浓度及膨润土泥浆浓度,测试砾砂渣土的坍落度得到其变化规律,同时观察土样的流塑状态,采用析因试验设计理论对多因素影响渣土改良试验效果的耦合作用进行显著性分析。研究结果表明:含水率是影响渣土改良试验的主要因素,最优坍落度范围为185～200 mm;当含水率为5%时,坍落度随着改良剂浓度的增高逐步降低;当含水率为16%时,坍落度随着改良剂浓度的增高而增大。对坍落度的显著性影响从大到小依次为含水率(A)、一级交互作用(A×C、A×B)、膨润土泥浆浓度(C)、一级交互作用(B×C)、泡沫剂浓度(B)、二级交互作用(A×B×C)。基于现场试验与等值关系图,得到最优坍落度对应的含水率、泡沫剂浓度、膨润土泥浆浓度范围分别为10.6%～14.2%、 2.5%～4%、11%～13%,研究结果对于提高富水砾砂地层的盾构掘进效率具有重要的指导意义。     

基于响应面法的盾构施工膨润土改良参数优化

为确定福州地铁4号线金牛山—工业路盾构区间强风化花岗岩地层中的膨润土改良最优参数,分别选择膨润土泥浆浓度、掺入比和盾构推进速度3个影响因素,以渣土塌落度、渗透系数和改良成本为响应值。采用中心复合试验设计方法进行了20组试验,分别构建了各响应值的响应面函数。试验结果表明,膨润土泥浆浓度、掺入比和盾构推进速度对渣土改良效果均有较大影响,且各因素之间存在显著交互作用。利用响应面–满意度函数,将渣土改良的3个响应值优化问题转化为单一响应值优化,获得强风化花岗岩地层在不同盾构推进速度下的最优改良参数。该方法科学合理,为金牛山—工业路盾构区间在强风化花岗岩内的高效施工提供了技术保障。     

砂性地层注浆浆液扩散特性

对南京地区河砂采用筛孔分别为5,2,0.5,0.2 mm 的筛网筛分后,分为不同粒径的砂土,以渗透系数为控制指标,根据试验需要对所用河砂进行配比,模拟出4种砂砾土层。通过对自行研制的一种渗透注浆装置进行室内模拟注浆试验,研究了4种不同颗粒级配的砂样在不同注浆量、水灰比、注浆压力等影响因素下浆液的扩散特性,并在此基础上进行多元线性回归分析。结果表明:浆液扩散半径主要影响因素的主次顺序为注浆压力、渗透系数、水灰比; 注浆量主要影响因素的顺序为注浆压力、渗透系数、水灰比; 结核体强度主要影响因素的顺序为水灰比、渗透系数、注浆压力; 结合试验结果拟合得到了浆液扩散半径、注浆量、结核体强度与渗透系数、浆液水灰比、注浆压力之间的定量关系式; 砂性地层中的浆液扩散半径存在有效半径,为初始半径的75%～80%; 对于在砂性地层中的浆液扩散行为,具有多种浆液扩散模式并存的可能; 所得结论可供类似工程借鉴与参考。     

浅覆土段盾构过河研究

根据南京地铁二号线TA07标莫~汉区间盾构机过秦淮河的经验,从理论计算、盾构掘进参数选择等方面入手,着重分析盾构机过河的重点,并提出了相应的技术措施。例如:采取流动性好、止水、止砂的油脂防止盾尾漏水、漏砂情况;在管片侧面粘贴海绵条以防止管片渗漏水;通过出土量控制、膨润土浆液压注、同步注浆技术以及加强预测预报的措施完成盾构推进防突水控制。     

Parametric study of soil abrasivity for predicting wear issue in TBM tunneling projects

The lack of reliable methods for evaluation of soil abrasivity and revealing the effects of different parameters on wear rate are nowadays considered as a deficiency in geotechnical investigation during feasibility study, design and construction phases of tunneling projects with the use of tunneling boring machine (TBM). The subject is recently attracts a broad international attention and focus.The background of existing standard test methods are reviewed and wear types occurrences in TBM tunneling are discussed in this paper. A new soil abrasion testing system is developed which is called Soil Abrasion Testing Chamber (SATC) and the results of soil abrasion tests are compared with results of the commonly used tests such as: Cerchar, LCPC and SAT tests. Some of the most influencing factors including presence of water, bentonite slurry, soil particle size, quartz content, water pressure and confining chamber pressure are considered for the use of the new devise. The test results indicate that the soil abrasivity tends to increase with the increasing of soil particle size, bentonite slurry, soil pressure and quartz content. The effect of water on abrasivity varies for different types of soil. The soil abrasivity decreases with the increase of water pressure. The internal friction does not seem to have any influence on the wear rates measured with the new proposed apparatus.     

The face stability of slurry-shield-driven tunnels

During the excavation of a tunnel through soft water-bearing ground, a temporary support is often required to maintain the stability of the working face. In a slurry shield, this support is provided by a pressurized mixture of bentonite and water. Slurry-shield tunnelling has been applied successfully worldwide in recent years. Under extremely unfavorable geological conditions, however, face instabilities may occur. This paper aims at a better understanding of the mechanics of face failure when using a bentonite slurry support. The complex interrelations between the various parameters (shear strength and ground permeability, suspension parameters, slurry pressure, geometric data of the tunnel, safety factor) are studied. Attention is paid to the time-dependent effects associated with the gradual infiltration of slurry into the ground ahead of the tunnel. Related topics, such as the stand-up time, soil properties and the effect of advance rate, are discussed quantitatively.