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。     

富水砂卵石地层盾构施工渣土改良技术创新与应用

在富水砂砾、砂卵石地层盾构施工中,一般采用添加泡沫剂及膨润土浆液的方法进行渣土流塑化改良。特别在细颗粒含量极少的砂卵石地层,所需要添加的一定粘稠度的泥浆的量比较大,泥浆搅拌制作、储浆发酵、高粘度泥浆的运输等造成的成本高、对环境的污染也比较大、质量控制要求高、质量控制不好容易导致推进困难。本文基于沈阳及北京等富水砂卵石地层渣土改良机理及效果的研究和探索,通过采用高分子聚合物溶液替代膨润土浆液,研究分析出一种操作简便、成本低、效率高、对场地要求低且相对环保的富水砂卵石地层改良技术,并依托于沈阳南运河综合管廊盾构隧道施工项目的实践,形成一套严谨完整的富水砂卵石地层盾构施工渣土改良新技术,实现了更高的社会及经济效益。     

富水砂卵石地层渣土改良试验研究

针对成都富水砂卵石地层,采用泡沫剂和膨润土对盾构施工中的渣土进行改良,给出了渣土改良相应指标的控制标准。通过室内坍落度试验、渗透性试验以及研发的土体磨蚀试验,分析了不同添加剂掺入比下渣土坍落度、渗透系数以及土体磨蚀系数的变化规律。结果表明,采用泡沫剂浓度3%、体积注入率15%和膨润土质量比1∶6、体积注入率15%进行渣土改良,渣土坍落度和渗透系数满足控制指标要求且土体磨蚀系数最小。最后通过刀具的磨损量验证了刀具磨损值在控制范围内。     

无水大粒径漂卵砾石地层土压平衡盾构施工渣土改良分析

土压平衡盾构在砂卵石地层掘进时,会出现盾构推力、刀盘扭矩异常增大,刀盘、刀具和螺旋输送机磨损严重等问题,通过渣土改良是解决上述问题的有效手段。因此,本文以北京地铁9号线砂卵石地层中的盾构隧道工程为背景,进行了采用膨润土和泡沫改良后渣土的现场试验及施工性能分析。试验结果表明:采用膨润土和泡沫作为混合改良添加剂对渣土进行改良能够显著降低盾构的推力和扭矩以及渣土温度;膨润土和泡沫混合注入后在掌子面形成的泥膜具有良好的保压性,能有效提高盾构停机状态下的安全性。     

无水砂卵石地层盾构施工

为降低刀具磨损、尽量减少开仓换刀,无水砂卵石地层盾构施工时,应优先选用不安装滚刀的大开口率刀盘和卵石输出能力强的无轴螺旋,大卵石含量高的地层还应考虑加装大稠度的膨润土液注入系统。宜保持低土压掘进,控制土体改良材料添加量,使卵石能随砂子经螺旋输送机排出。做好同步注浆、盾构配件等环节管理,以保持均衡连续施工。     

厚卵石地层地下连续墙槽壁失稳机理及护壁泥浆性能研究

北京地铁16号线国家图书馆站主体结构采用明挖法施工,围护结构为地下连续墙。该地下连续墙穿越的地层主要为厚卵石地层,具有含砂率低、渗透系数大、自稳能力差等特点。由于卵石地层渗透系数大,容易导致泥浆流失,连续墙槽壁容易失稳,因此基于极限平衡理论,采用简化平面滑动模型,推导出卵石地层中地下连续墙的临界稳定深度计算公式,并分析了卵石地层中影响地下连续墙整体稳定性的影响因素及失稳机理。在此基础上,通过现场试验研制了适合超厚卵石地层的护壁泥浆,并根据试验段的检测结果,及时调整了泥浆参数使工程得以顺利进行。     

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。     

复杂地层泥水盾构泥浆及渣土综合处理施工技术

为解决由于黏土或含泥量大的地层造浆能力强,泥水盾构掘进产生废弃泥浆量大及砂层或含砂率高的地层中渣土富含的砂石资源存在浪费,利用不充分的问题,本文以新白广城际白云机场隧道段工程为例,通过重点介绍工艺流程、材料设备投入及操作要点,分析"盾构弃浆代替膨润土用于同步注浆+压滤机泥浆处理+洗砂机筛分渣土"综合处理工艺在盾构泥浆零外运及盾构渣土资源利用上的处理效果.     

丹东市砂、卵石资源的开发利用

一、丹东市砂、卵石资源比较丰富,储量达274万m~3 主要分布在鸭绿江、叆河、大沙河、汤池河等河流下游地区,砂、卵石厚度一般0.7～1.5m左右,砂的主要成分以石英、长石为主,为石英长石砂。含砂量40％～60％,含泥量小于10％,其它为卵石占10％～30％,有机物     

富水砂卵石地层钻孔灌注桩黄土护壁工艺研究与应用

结合成都地铁在富水砂卵石地层钻孔灌注桩施工,以现场施工数据为基础,采用数据统计及线性函数拟合的方法,对砂卵石地层钻孔灌注桩混凝土超方系数进行了分析,并通过室内试验以及现场实际应用,对砂卵石地层护壁材料的选择进行了评定。结果表明,黄土的黏聚性及防渗水性效果最佳,是富水砂卵石地层首选的护壁材料。结合泥浆护壁以及其他辅助措施可以有效地降低富水砂卵石地层钻孔灌注桩混凝土超方系数(降低为50%),以此降低了施工成本,提高了经济效益,并对前期施工成本预算提供了参考依据。     

砂卵石地层盾构施工引发的滞后地面塌陷机理

针对砂卵石地层盾构施工地面突发塌陷频发的情况,结合成都地铁1、2号线地面塌陷实例,研究了盾构施工引发的滞后地面塌陷机理;分析了砂卵石地层地质条件,利用大型三轴剪切试验获得其力学特性;选用颗粒离散元法进行数值计算,通过三轴数值试验标定了土体的细观参数;通过数值计算模拟了开挖面失稳和空洞向地表移动.研究结果表明,当开挖面支护压力较小时,位移大于0.1m的颗粒接触力极低,该区域的土体孔隙率变大、力学性质也降低,该区域是开挖面失稳区,掘进过后将在盾构上方形成空洞;砂卵石层开挖面上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞,也不会立刻引起地面塌陷,这是地面滞后塌陷的重要原因.     

砂卵石地层中灌注桩后压浆模型试验设计与分析

通过室内模型试验,分析了砂卵石地层中不同压浆方式下的灌注桩的荷载传递特点,桩端阻力、侧阻的变化规律及二者荷载分担关系.试验表明,砂卵石地层灌注桩采用后压浆技术,能显著提高其承载能力,减小沉降.所得结论真实反映模型试验结果,对工程实践及理论研究起到一定指导作用.     

富水砂性地层盾构渣土改良试验与喷涌防治技术

为解决土压平衡盾构穿越富水砂性地层螺旋输送机喷涌、排渣不畅等难题,基于渣土改良剂的地层适应性规律研发新型化学改良剂并开展相关室内试验.试验结果表明:非离子聚合型泡沫剂可兼备发泡倍数与稳定性能,适当提高泡沫剂浓度Cf能够增大发泡倍率FER和半衰期HT.当cf＞5％时,由于达到临界胶束浓度,FER和HT趋于最大值.透射电镜...     

不同含水率砂卵石围岩宏细观力学特性研究

含水率对具有颗粒物质性质的隧道砂卵石围岩稳定性有较大影响,通过室内大型三轴试验与颗粒离散元数值三轴试验相结合的方法,对中密状态下不同含水率砂卵石围岩在100、200、300 kPa三种围压下的宏细观力学特性展开研究,分析了含水率对隧道砂卵石围岩宏细观力学参数影响规律。研究结果表明:随着含水率的增加,砂卵石围岩的应力峰值、内摩擦角和粘聚力均随之减小;砂卵石围岩变形破坏时轴向应变约为4%,其应力峰值后仍可承受较大的应力特性;确定了中密状态时不同含水率砂卵石围岩的接触模量、摩擦系数、颗粒刚度比、法向接触强度等离散元细观参数。研究成果为砂卵石地层隧道围岩稳定性离散元精细化模拟提供理论依据。     

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。     

土压平衡盾构穿越富水砂层施工技术探讨

结合土压平衡盾构机穿越长345m富水砂层段工程实例,基于朗金土压力理论对配置了双螺旋出土输送器的盾构机在渗透系数较高的富水砂层中实现土压平衡模式掘进的性能进行了分析计算。结果表明:在正常状态下设备对富水砂层的适应性良好,然而一旦发生地下水大量渗入,仍有水土突涌的可能,需要采取相应的工程措施,来降低水土突涌的风险。通过室内试验进行了淤泥质砂层的碴土改良技术研究,结果表明气泡剂效果最优,高分子聚合物在喷涌事故发生时应急使用效果较好,现场监测结果表明碴土改良效果良好。最后探讨了气刨剂的掺入量与掘进机工作参数的关系。     

砂卵石地层高水压条件下盾构掘进喷涌控制研究

以兰州地铁1号线一期工程世纪大道站—中间风井区段为背景,综合运用现场调查与过程监测、实验室模拟试验、三维数值模拟等方法与手段,对砂卵石地层高水压条件下土压平衡盾构掘进基于渣土改良的喷涌控制的可靠性进行了研究。主要取得以下成果:(1)建立了砂卵石地层高水压条件下盾构掘进改良渣土抗渗性(喷涌控制)的定量试验模拟与测试方法;(2)确定了单掺钠基膨润土浆液改良渣土的膨润土浆液最优浓度和掺加膨润土浆液的最优体积比,并证明了其改良后的渣土的抗渗性能具有较高的喷涌控制可靠性;(3)同时掺加钠基膨润土浆液和泡沫改良渣土,泡沫的掺入体积比应小于1∶5。研究结果有力地支撑了世纪大道站—中间风井区段高水压条件下,盾构以-28‰的超大纵坡下坡掘进过程的喷涌控制,规避了盾构设备受淹风险。     

多刀盘土压平衡矩形顶管隧道土体改良试验研究

采用土压平衡矩形顶管施工的内蒙古科技大学地下通道处于砂性土地层中,分别采用了加水与加聚丙烯酰胺(PAM)溶液+粉土泥浆的土体改良方法,土体改良效果不理想,机头刀盘闭塞、结饼现象严重,实际顶进速度仅为1.5 mm/min;在此基础上,采用现场监控量测、室内试验等研究手段,对原土体改良方案进行了室内优化,确定出PAM溶液最佳浓度为2 g/L,膨润土泥浆质量浓度为9%较为合理,添加剂的最佳配比为泥浆注入比为12%,PAM溶液注入比为17%;采用优化后的土体改良配比方案,顶进速度提升至2.8 mm/min,地表沉降监测值均未超过控制标准,能够满足矩形顶管施工的要求。     

深基坑水下开挖变形特性及坑底分仓优化

依托北京地铁8号线永定门外站深基坑工程,介绍了适用于水位高、厚度大、透水性强的富水砂卵石地层深基坑水下开挖工法。采用数值模拟方法构建基坑水下开挖数值模型,结合实测数据对模型进行了验证,并利用该模型分析了深基坑水下开挖过程中坑外地表沉降、墙体水平位移变形的特性。结果表明:对于富水砂卵石地层的基坑工程,采用水下开挖及坑底分仓工艺能够较好地控制基坑变形; 坑外地表沉降主要发生在干开挖及疏干开挖阶段,水下开挖阶段引起的地表沉降量只占总变形量的7%左右; 分仓墙的设置可有效限制坑底隆起及基坑中下部变形; 墙体变形在上部支撑及下部分仓墙作用下呈“弓”字形分布,墙体变形大多发生在干开挖及疏干开挖阶段,水下开挖引起的墙体变形只占总变形量的10%左右; 分仓数量及仓位布置形式影响墙体中下部变形,仓位增加至一定数量(20仓)后可明显控制墙体变形; 在满足抗浮要求的情况下,仓位可减少至12仓; 分仓数量一定的情况下,横向布置较纵向布置形式更有利于控制墙体变形。