用于泥水盾构隧道的聚合物正电胶泥浆研究

通过试验发现聚合物和正电胶(MMH)作为处理剂具有抑制粘土分散、稳定砂土和改善泥浆特性等效果,据此经主要原材料优选试验、造浆率试验、抗污染试验及分散岩屑回收率试验研发了聚合物正电胶泥浆(PMS).在上海复兴东路泥水盾构隧道工程中的应用结果表明:PMS能生成孔隙小、致密性高且厚度大的泥膜,具有良好的实用性及应用前景.     

泥水盾构用泥浆浆液的流变性能研究

用预水化法配制泥浆浆液,通过测量泥浆浆液的漏斗粘度、滤失量和流变性能研究了膨润土含量和CMC掺量对泥浆性能的影响。结果表明:低固含量时,随着膨润土含量的增加,泥浆的漏斗粘度、表观粘度和塑性粘度显著提高,滤失量逐渐降低;而当固含量较高时,随着膨润土含量的增加泥浆的滤失量、粘度等性能趋于稳定。随着CMC掺量的提高,泥浆粘度和抗滤失性能得到明显提高。综合考虑膨润土含量和CMC掺量的影响,当膨润土和CMC配比为3 000:1时泥浆粘度大,泥浆滤失量小,较易形成薄而致密的泥膜,综合性能最佳。     

泥水盾构泥膜渗透性及其对开挖面稳定性影响

泥膜是维持泥水盾构开挖面稳定的关键因素。通过渗透柱试验研究了加压泥浆向砂土渗透、并在砂土表面形成泥膜的行为,获得了泥膜渗透性与时间的关系。结果显示泥水盾构在开挖时,由于刀盘不断切削泥膜,开挖面上只能形成微透水的泥膜;当拼装管片时,刀盘停止转动,开挖面上则会形成难透水的泥膜。建立了在开挖面上设置微透水的泥膜的二维数值模型,通过瞬态渗流分析获得土体孔压的最大值。根据地层孔压计算了失稳区域内的渗透力,获得了不同泥浆压力下在泥膜表面和地层中的分配比例。当有效泥浆压力越大,孔压在泥膜和失稳区以外地层的下降幅度就越大,对维持开挖面稳定的贡献越小。基于极限平衡法,提出了泥水盾构开挖面极限泥浆压力的计算方法,结果显示目前工程中采用的方法高估了开挖面极限泥浆压力。     

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。     

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。     

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.     

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。     

钱塘江粉土对泥浆和泥膜渗透特性影响

杭州未来规划33条过江通道,多数采用泥水盾构技术,因为泥浆会在开挖面形成阻止地下水的泥膜。在实际工程中,钱塘江粉土会混入泥浆导致泥浆和泥膜的特性发生变化,可能导致工程事故的发生,针对这一现象,系统探讨钱塘江粉土对泥浆性能和泥膜渗透特性的影响,通过滤失试验分析比较16种不同压力下的泥浆试样,获得了泥膜的孔隙比-渗透系数-压力的相互关系参数,并计算了不同压力下不同泥浆形成的泥膜渗透系数。加入钱塘江粉土后,含有PAA-Na(1200)的泥浆粘度增大最明显,增大了1.79倍;而含有CPAM的泥浆所生成的泥膜平均渗透系数增大172倍,含有APAM的泥浆渗透系数缩小为原来1/20。钱塘江粉土的加入可能导致同样压力变化下渗透系数变化更小,为预防相关工程问题提供科学依据与解决方案。     

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。     

大直径泥水盾构下穿机场的施工控制

 上海仙霞西路隧道穿越虹桥机场绕滑道工程采用直径?11.58 m泥水盾构施工。通过分析盾构穿越的风险,给出相应的控制措施。在盾构正式穿越前,通过现场推进试验研究盾构施工参数的调控规律,指导盾构穿越的施工参数设置,最终沉降达到了机场滑道的控制要求。为解决穿越飞行禁区对地表沉降监测范围和频率的限制,采用非开挖技术设置地层水平测斜监测断面,该方法可以及时、准确地了解盾构推进对上方土体的扰动情况。监测数据分析表明非开挖水平测斜监测方法可以在飞机不停航条件下反映盾构穿越机场的土体变形规律,通过该方法可避免监测对机场运营的干扰,对类似工程有重要借鉴意义。     

不同地层条件泥水盾构开挖面失稳状态颗粒流模拟方法研究

采用颗粒流方法合理地模拟泥水盾构隧道掘进的全过程及对模拟结果的有效处理是一个难点。基于钱江隧道和上海长江隧道工程复杂地层条件,建立能全面反映盾构隧道掘进全过程的模拟实现方法,并在结果处理中采用细观尺度与宏观表象相结合方法,研究宏观现象下隐藏的细观机制,同时用定量的细观结构变化解释或预测宏观力学行为。研究结果表明：通过设计,颗粒流方法可合理并有效地模拟盾构推进过程中的开挖问题,即开挖量与土体的密实度及开挖面压力有关：当土颗粒刚度大于模拟开挖面的墙体单元刚度时,表示该压力下土体被开挖掉;反之,压力过小盾构机将停止掘进。研究成果在应用于背景工程中取得了良好的一致性,可为类似工程提供参考。     

泥水盾构下穿堤防的风险分析及控制研究

 采用泥水盾构法在软土地区修筑水底隧道时,不可避免地要穿越堤防。对泥水盾构穿越堤防的风险源进行系统分析,阐述风险产生的原因、造成的危害及规避和处理措施,并结合杭州庆春路过江隧道泥水盾构穿越钱塘江南岸大堤的工程实例,验证所述风险控制措施的合理性及可行性。分析表明,优化的泥水盾构掘进参数控制,主要包括合理的切口泥水压力设定、良好的盾构姿态控制、及时有效充分的盾尾同步注浆等、外部不利条件的避免,如持续降雨、江河汛期、堤防顶面道路车辆荷载等、实时精准的监测,详实可行的应急预案的制定等,可以降低或规避泥水盾构穿越堤防的部分风险,以确保堤防结构及施工安全。     

全断面泥浆式盾构在香港填海地区顶管施工中的应用

Pipe jacking has become a popular method in drainage construction in Hong Kong. However, the varied ground conditions encountered in reclaimed land may pose severe problems to pipe jacking operation. This paper presents the experience of using the full face slurry shield for pipe jacking in a reclaimed area. The study shows that the full face slurry shield with a rock cutting head performs satisfactorily. To ensure the machine can work effectively in all ground conditions, other factors need to be considered including the rock cutting head being worn away, the hitting of under ground structures, the sustainability of jacked pipes alignment, the associated ground settlement and the damage to the jacked pipes caused by the jacking pressure.     

盾构隧道管片接头形式的探讨与选择

针对盾构隧道管片接头的详细研究,简要介绍了目前国内常用管片接头构造及其优缺点,对国外多种新型管片接头连接件进行了分析,初步提出了盾构隧道管片接头形式选择的建议。     

广州地铁隧道施工中的盾构选型及盾构改进应用

 分析了盾构选型需考虑的因素,提出了盾构选型的流程,阐述了刀盘刀具对不同地层的切削机理。然后结合广州地铁二号线某区间隧道盾构施工实际情况,发现全断面滚刀设置不适合强度较低及粘性较强的的全风化地层,而适合强度较高的地层,其掘进速率分别为0.5 mm/d和2～4 mm/d;而全断面先行刀设置适合6#及8#岩层,不太适合9#微风化岩层,其掘进速率分别为8～10 mm/d和4～7 mm/d。     

隧道冻结壁解冻温度场演化规律研究综述

文中介绍了冻结法在隧道中的应用,阐明了隧道冻结法施工冻结壁温度场的发展情况一直是工程中关注的热点,并分别从现场实测、理论解析法、相似模型试验和数值模拟等方面,对隧道冻结壁解冻温度场演化规律的研究现状进行了综述,指出了当前温度场研究存在的不足对未考虑冻结壁温度梯度的影响,最后提出隧道冻结壁解冻温度场研究中存在的问题和今后...     

复杂地层条件下管片设计与计算方法研究

隧道衬砌结构设计模型随着国际技术合作和交流的增加而趋于一致 ,但各国对衬砌结构计算理论的研究从来没有停止过 ,提出了越来越多的计算模型。针对盾构隧道施工过程中的施工步骤、管片与土层接触面并结合盾构施工的特点 ,利用应力释放系数的概念 ,建立了模拟盾构隧道衬砌施工全过程的有限元分析方法 ,进行了有限元模拟分析。对隧道衬砌的优化设计提供参考。     

超大直径泥水盾构掘进对土体的扰动研究

 依托南京长江超大直径泥水盾构隧道工程,通过在始发试验段埋设地表沉降观测点、测斜管、土压计力及孔隙水压力计,进行相应项目的试验。研究泥水平衡盾构掘进各阶段对土体的扰动机制、扰动规律、影响范围以及影响程度。分析得出应力扰动度与距离之间的相关关系,在此基础上计算出盾构推进对土体的显著应力扰动区域(应力扰动度≥5%)为盾构外侧16 m(约一倍洞径)。建立切口压力、同步注浆压力与地表沉降之间的数学模型,进一步修正Peck公式,使之能更好地预估泥水盾构掘进引起的地表沉降。最后结合盾构掘进参数,探究减小土体扰动的措施。