砂性地层盾构施工渣土改良试验研究

土压平衡盾构机在砂性地层中掘进时,因颗粒间的摩擦阻力、渗透系数大等原因需要进行渣土改良,但目前国内尚未系统地制定某类地层渣土改良的技术标准,因此采用室内试验和现场论证的方法进行渣土改良试验,以泡沫土的搅拌（扭矩）、坍落度、压缩性、直剪性能和渗透性5个方面作为渣土改良的评价依据。通过对泡沫剂改良渣土的主要性能指标进行量化研究,得出了泡沫剂改良渣土的最佳注入比;通过实际工程应用,验证了泡沫剂在渣土改良中效果较明显,推力、刀盘扭矩、螺旋输送机扭矩、土仓压力等施工参数都得到了改善,为实际工程提供了助力。     

富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验研究

为得到3种不同富水砂层土中最佳膨润土泥浆体积的注入比，通过膨润土泥浆优化试验、坍落度试验、渗透试验研究了膨润土泥浆对不同种类富水砂土的改良作用。结果表明：钠基膨润土更有利于渣土改良。在细砂层、中砂、粗砂地层，钠基膨润土泥浆体积注入比差别较大。将试验结果应用于盾构施工，发现经改良优化后盾构掘进参数明显改善，渣土流塑性良好，渗透系数呈数量级降低，有效防止了喷涌现象的发生。     

南宁泥质粉砂岩地层中土压平衡盾构掘进渣土改良技术

南宁地铁1号线泥质粉砂岩地层中土压平衡盾构掘进土施工中,为使仓渣土达到塑性流动状态以提高掘进效率,采用泡沫剂作为渣土改良材料,通过发泡率、稳定性、坍落度等室内试验确定渣土改良参数并应用于施工,达到了预期效果。     

黄土地层大断面马蹄形盾构隧道渣土改良技术

依托浩吉铁路白城隧道马蹄形盾构隧道工程,考虑多刀盘同时开挖、搅拌效果不均、存在搅拌盲区,渣土改良不均匀性等因素,针对砂质新黄土地层进行了复合式渣土改良。文章通过试验测试了泡沫剂及膨润土的性能,并得出不同添加量对渣土坍落度的影响规律,找到了最佳配比参数。综合考虑施工经济效益,结合地层情况,加泡沫后的改良效果优于加S1膨润土,并确定本项目渣土改良参数为泡沫原液浓度3%,泡沫注入率为15%,此时其性能、经济性最佳,研究成果在实际工程中得到了成功应用,可为类似工程提供借鉴。     

破碎地层土压平衡盾构渣土改良试验研究

针对浅埋段破碎地层,通过现场采取不同掘进参数下的渣土试样,定量研究不同含水率及不同配比的泡沫剂改良砂质、岩质渣土后塑流状混合物的含水率、坍落度等指标,分析含水率、泡沫剂掺量与渣土流动性的关系。结果表明,含水率在16%~18%,泡沫剂掺量为40%时,改良效果最佳且能获得较好的经济效益。     

生石灰膨润土泥浆土压盾构渣土改良试验研究

土压平衡盾构在砂性地层施工中,常出现盾构刀盘磨损严重、扭矩过大、土压舱土体难形成塑流状态等问题,施工中常使用膨润土泥浆作为土体改良剂对切削渣土进行改良来解决上述问题。本文以膨润土和生石灰为原料配制土体改良剂,通过采用泥浆粘度和相对密度为参考指标优选出合适的泥浆作为土体改良剂对渣土进行改良,并对改良渣土开展坍落度试验和剪切试验来综合评价生石灰含量对渣土改良效果的影响。试验结果表明:对于生石灰掺量为0%~2.8%的膨润土泥浆,随着生石灰含量的增加,泥浆的粘度和相对密度有所增加,改良后渣土的抗剪强度有所降低,在生石灰含量为1.4%时坍落度能较好的满足施工要求。     

富水砂性地层盾构施工泡沫改良渣土渗透特性试验研究

针对在砂土、砂卵石地层盾构施工中易出现喷涌现象等问题,对取自广州地铁12号线某区间的泥质粉砂岩进行了泡沫改良渗透性试验。结果表明：渗透压差、泡沫注入率、发泡液浓度、土体含水率以及气液比对泡沫改良渣土的渗透性有不同程度的影响;压差越大、泡沫注入率和发泡液浓度越小,改良土体的抗渗性越差,存在临界压差(0.5bar),当压差超过临界压差后,改良渣土的抗渗性将大幅度降低;改良渣土的抗渗性随土体含水率升高呈先增大后减小的变化特征,随气液比的增大呈先减小后增大的变化特征;在试验砂土级配下,最佳改良参数为：泡沫注入率40%、发泡液浓度3%、土体含水率6%、气液比10。研究成果可为地铁土压平衡盾构施工泡沫改良渣土提供理论和技术支撑。     

超固结强黏性黏土地层土压平衡盾构施工土体改良技术研究

为了解决土压平衡盾构施工在遇到超固结强黏性黏土层时存在的推进阻力大、易形成刀盘“泥饼”、造成隧道轴向偏离等影响正常掘进的一系列问题,制定有效的土体改良措施。以宁波某管廊工程(5)₁层黏土中盾构掘进施工为研究背景,进行了超固结强黏性土体改良的室内试验和现场施工应用。室内试验选择水、减黏剂、泡沫剂、膨润土、工业碱水、砂浆等6种改良添加剂并研究其对土体改良性能的影响,得出6种土体改良添加剂中,水、减黏剂及泡沫剂具有较好的改良效果,其中泡沫剂泡沫浓度2%、发泡率10,稳泡时间11 min,注入率20%在土体室内改良试验效果最佳。并通过盾构掘进现场土体改良应用,确定了实际应用中泡沫剂泡沫浓度2%、发泡率10、稳泡时间11 min,注入率10%时,可满足盾构正常施工要求。     

哈尔滨地区富水砂层盾构施工的渣土改良技术研究

针对哈尔滨地区的富水砂层盾构施工难题,进行了实验室内的渣土改良研究。试验采用膨润土泥浆和高分子吸水树脂等添加剂,以改善渣土性状,并测试渣土的坍落度和渗透系数。其后,将实验室研究的配比结果应用于现场盾构施工,并设置试验段来测试盾构采用不同渣土改良手段后的扭矩变化。研究结果表明:采用1.05 g/ml的膨润土泥浆,配合质量百分数为0.3%的高分子吸水树脂溶液,注入量为渣土质量的5%～7%,可以满足盾构在富水砂层施工中的渣土改良要求。     

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。     

深圳风化花岗岩地层盾构防泥饼渣土改良技术

依托深圳地铁某线盾构工程开展了风化花岗岩地层土压平衡盾构防泥饼渣土改良技术研究。通过对盾构掘进参数和刀具磨损分析,阐述了泥饼对盾构掘进参数和刀具磨损的影响,并结合地层制订了相应的渣土改良方案,有效预防泥饼出现。研究表明:盾构发生"结泥饼"后,推力明显增大,掘进速度逐渐减慢接近0,扭矩变化不大,采用分散剂浸泡刀盘,能消除一部分泥饼,但若渣土改良不合适,泥饼又将会快速形成;盾构结泥饼过程中,滚刀的磨损方式主要是偏磨,且刀具的磨损相对于刀盘回转中心呈现出一定的中心对称性;在风化花岗岩地层中,采用分散性泡沫剂和水可有效提高渣土的流动性,取得理想的改良效果;但在卵石土和风化花岗岩复合地层中,需采用膨润土、分散性泡沫剂和水相结合的渣土改良方案,提高渣土的抗渗性和流动性,且在风化花岗岩与卵石土复合地层和风化花岗岩地层中理想渣土的坍落度值为15～20cm;相比于渣土改良,地层对掘进参数的影响更明显,且盾构在卵石土和强风化花岗岩复合地层中掘进时,推力和扭矩相对较小。     

卵石地层土压平衡盾构施工土体改良试验研究

卵石地层摩擦性高,塑流性差,在土压平衡盾构施工过程中遇到了许多困难,通过对其进行土体改良改善土层性能成为不可缺少的辅助施工措施。但是,卵石地层土体改良缺乏系统研究,添加剂配比多依靠工地摸索或工程经验,容易造成添加剂使用不合理,直接影响到盾构施工效率。为此以北京地铁10号线2期隧道区间卵石地层土压平衡盾构施工为案例,进行了一系列土体改良室内试验,研究、评价常用添加剂及改良渣土性能,得到理想改良渣土的添加剂配比参数为泡沫注入比为30%,泥浆注入比为10%,最佳坍落度范围为150～200 mm。利用上述添加剂配比方案进行了盾构掘进试验,显著提高了盾构施工效率。试验结果可为类似地层盾构施工土体改良提供参考。     

砂性土层盾构掘进面前土体改良现场试验

针对土压平衡盾构在砂性土层掘进时常面临的闭塞、喷涌、刀具严重磨损、掘进速度过慢及刀盘扭矩过大等难题,依托上海某盾构在高含砂率砂性土层中掘进的工程实例,在盾构掘进面前方掺加肥皂水、泡沫剂进行现场试验,通过试验前后盾构施工参数的反馈分析结果,确定出土体改良最佳方案。将试验成果应用于相似地层,通过长距离改良前后掘进速度、刀盘扭矩以及刀具磨损变化来检验试验成果。研究结果表明:肥皂水改良效果不明显,泡沫剂改良效果优于肥皂水,适量浓度泡沫剂能大幅度提高掘进速度、降低刀盘扭矩和减少刀具损耗。     

地铁隧道穿越砂-黏地层沉降控制技术研究

依托广州地铁区间隧道下穿条形浅基础密集民居建筑群工程,通过渣土改良试验,明确各改良参数对渣土力学性能的改良效果及其合理范围。利用FLAC3D软件模拟盾构穿越松散富水砾砂、粉质黏土和风化花岗岩复合地层的施工过程,探究可有效控制地层沉降变形的盾构施工参数范围。研究表明:基于室内渣土改良试验用发泡剂浓度为3%的泡沫剂进行渣土改良,控制渣土含水率在16.95%、20.95%左右,泡沫剂掺入比分别为21%~46%、71%~92%,可将渣土塌落度、渗透性等力学性能改良至理想状态;根据盾构实况,应调整土仓压力大于原应力平衡体系静水土仓压力;通过增大注浆压力,最大化密实地层空隙与盾尾脱空间隔,提高加固层弹性模量,控制地层不均匀沉降;对比分析试验段、下穿段和危害建筑物的沉降监测数据,施工过程中采取渣土改良措施与设定优化的盾构参数,可将地层与危害建筑物的变形控制在规定的安全范围内。为类似盾构隧道提供技术指导。     

复合地层中土压平衡盾构渣土改良试验研究

依托滁宁城际铁路（滁州段）二期工程，对粉质粘土及泥质砂岩复合地层盾构渣土开展了改良试验和对比分析。结果表明：在不同含水量下，复合地层改良渣土坍落度随着泡沫比的增加，其总体增长较为缓慢，对泡沫比的变化敏感度较差。在含水量和泡沫比相同条件下，复合地层改良渣土坍落度要远小于泥质砂岩单一地层改良渣土，粉质粘土降低了渣土的流动性。本项目复合地层渣土改良最佳坍落度值取为12 cm，最优含水量范围为24%～26%，相应最佳泡沫比范围为20%～60%。     

富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验与应用

依托南昌市轨道交通4号线一期工程,针对土压平衡盾构穿越富水砂层时遇到排渣不畅、喷涌等工程技术难题,展开渣土改良试验研究。介绍了砂性地层中常用的三种改良剂泡沫剂、膨润土和高分子聚合物,并针对此工程中的富水砂性地层,选取泡沫剂+聚合物的复合改良方式。开展改良后渣土的坍落度和渗透性试验,测试其流动性和渗透性,通过试验可以得到最优改良方案。对改良后盾构机掘进参数进行监测,如掘进推力、刀盘扭矩、推进速度、刀盘转速,数据表明该富水砂层盾构掘进采用"泡沫剂+聚合物"的渣土改良手段效果很好,降低了该地层的渗透性及内摩擦角,提高了粘聚力,解决了盾构在富水砂性地层开挖的技术难题,达到了土压平衡盾构掘进的要求,保证了盾构施工的高效、安全掘进。     

土岩复合地层土压平衡盾构渣土改良试验研究

土压平衡盾构施工地铁隧道时经常会遇到土岩复合地层,在该类地层中掘进时,泡沫注入比更加难以确定.以深圳市地铁12号线某区间隧道土岩复合段为例,进行了室内泡沫改良剂试验、全风化混合花岗岩和土岩复合地层渣土改良试验.试验结果表明,在土岩复合地层中,掌子面土体占比每降低10％,泡沫注入比应当增加约50％,坍落度在100～220...     

武汉老黏土地层土压盾构适应性研究

以武汉地铁6号线20标老黏土地层盾构区间为依托,通过对土压盾构在此类地层掘进产生的实际工程问题及其适应性进行分析研究,提出了针对性的渣土改良方法、掘进参数选取和盾构选型要求。研究表明:1对于武汉地区老黏土地层,采用分散剂配合泡沫剂的方式进行土体改良是合理可行的。2建议坚硬老黏土地层每环泡沫注入比为15%~18%,分散剂混合比例为10%;硬塑老黏土地层每环泡沫注入比为7%~8%,分散剂混合比例为5%。3老黏土软硬程度对施工参数控制有较大影响,主要体现在刀盘扭矩与推进速度。4老黏土地层刀盘中心黏土黏附现象明显,建议选用开口率较大的辐条式刀盘同时保证刀盘中心部位泡沫注入量。5老黏土地层中刀具采用中心鱼尾刀+先行刀+切削刀+周边保护刀的组合形式是合理的,在地层中含少量砂砾石时,应加强对辐条外缘边刮刀和切刀刀刃的保护。     

顶管隧道砂土地层用高稳定性泡沫剂的制备研究

泡沫剂是盾构渣土改良中的重要材料,但目前无统一的泡沫剂产品标准及试验方法,通过不同规程中质量控制标准及试验方法的对比,合理选定了泡沫剂制泡方法、质量评价方法,提出了泡沫综合质量指标概念,并通过多种材料的复配适应性试验,以阴离子表面活性剂为主要组分,遴选出了配伍性好的非离子表面活性剂作为泡沫稳定组分,制备了性能优异的泡沫剂产品。经原地层取样土的试验表明,高稳定性泡沫剂适用于多种地层的渣土改良,特别是低黏土含量地层,对于黏粒含量较高的地层,高发泡力泡沫剂低稳定性泡沫剂亦可适用。     

昆明地区砾砂复合地层土压平衡盾构渣土改良技术

以昆明地铁4号线苏小盾构井—小菜园站盾构区间为工程依托,采用现场测试与室内试验相结合的方式探究土压平衡盾构穿越砾砂复合地层渣土改良技术。根据现场坍落度试验结果分析当前渣土状态,通过欠改良渣土二次改良试验及液、塑限试验得到使渣土流动性良好的改良参数。研究结果表明,昆明地区砾砂复合地层渣土较佳坍落度为13～18cm,每环泡沫原液用量20L,注水量8m~3,通过采用优化后的改良参数,掘进参数数值合理,改良效果显著。