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。     

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。     

全断面富水砂层土压平衡盾构喷涌控制技术研究

以西安地铁十四号线盾构下穿灞河工程为依托,通过对盾构下穿高水压全断面砂层过程中喷涌问题进行原因分析,并针对性地提出多种喷涌控制手段,有效地抑制了喷涌的再次发生.研究表明:对于全断面富水砂层盾构喷涌的控制,采用泡沫剂+钠基膨润土等常规材料进行渣土改良是可行的;盾构掘进参数优化、降低开挖面水头、盾尾水流通路封堵及停机保压是...     

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。     

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。     

富水大粒径砂卵石地层盾构施工适应性研究

以兰州轨道交通1号线奥体中心站—世纪大道站区间右线盾构试验段为工程背景,分别采用泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机自两端车站始发,直至中间风井汇合进行到达接收,两盾构机全程穿越富水大粒径砂卵石地层,地质环境复杂、施工难度大。通过盾构机掘进参数、盾构施工难点及监测数据进行对比分析,得到了富水大粒径砂卵石地层盾构施工两种盾构工法的不同点及盾构选型依据。     

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。     

富水砂卵石地层土压平衡盾构刀盘中心注水系统改造研究

成都地区拥有独具特色的富水砂卵石地层,虽然随着我国隧道施工工艺技术的发展,盾构施工工法已日趋成熟,但是针对该地层的盾构掘进施工却一直未能取得良好效果。在此背景下,针对现有的土压平衡盾构进行改造,添加刀盘中心注水系统,使得土压盾构的适用范围大大增加,有效解决了喷涌及沉降控制不佳等难题,提高了渣土塑流性,保障了盾构在富水砂卵石地层掘进顺利。     

城市富水砂卵石地层地铁盾构掘进面的稳定性控制技术

以成都地铁6号线富水砂卵石地层盾构工程为背景,开展了富水砂卵石地层分析、盾构选型及控制参数分析、现场盾构掘进,进一步提出和总结了成都地铁富水砂卵石地层盾构施工关键技术及具体措施。包括树立"排出为主,破碎为辅"的地层处治理念,调整刀盘和螺旋出土和螺旋出土器的结构形式、刀盘开口率、刀盘布置形式,改进同步注浆和二次注浆浆液配合比,优化渣土改良系统,提升沿线注浆工艺等。     

泥水盾构泥浆输送渣土冲蚀磨损力学性能的研究

为探究泥水盾构泥浆输送渣土时对弯管的冲蚀磨损规律,基于计算流体力学方法,利用FLUENT软件对泥浆弯管输送含粗渣土(≥20mm)泥浆的冲蚀磨损过程进行模拟仿真,采用单因素方法分析了泥浆流速、泥浆黏度和渣土体积分数3种因素对弯管冲蚀磨损的影响规律。通过室内试验对泥浆磨损性能进行探究并验证模拟仿真的正确性。研究表明：泥浆流速对弯管的磨损率和磨损位置均影响显著,并且与磨损率呈正相关;渣土体积分数主要影响磨损率;泥浆黏度对弯管磨损状况影响不大;主要磨损区域均集中在弯管30°附近。     

土压平衡盾构螺旋排土器模型机的研制

螺旋输送机是土压平衡盾构隧道掘进机的重要组成部分,具有排土、保压调压、稳定开挖面和控制地表沉降和隆起的功能。盾构模型螺旋输送机是研究渣土力学特性一种重要途径,模型机结构虽简单,但是设计较为复杂。通过几何结构分析,推导出了螺旋叶片的设计方法;结合螺旋输送机驱动扭矩计算公式,得到了减速电机的选型依据;由螺旋输送机体积输送率公式,设计了试验用渣土箱尺寸。基于盾构模型螺旋输送机设计理论,加工了室内试验样机。改性渣土的力学特性试验,验证了设计方法的正确性和有效性,为模型螺旋输送机的优化设计提供理论依据。     

碱激发矿渣固化土压平衡盾构渣土的试验研究

利用碱激发高炉矿渣对土压平衡盾构渣土进行固化,考察了矿渣掺量、液固比、碱激发剂、成型压力、养护温度等因素对固化土力学性能的影响,分析了固化反应的主要产物及固化土的微观结构,研究了固化土的抗酸抗盐侵蚀能力。结果表明：碱激发高炉矿渣对土压平衡盾构渣土具有较好的固化能力,在配比范围内,随着高炉矿渣掺量的增加,固化渣土抗压强度和表观密度增大;固化渣土强度的主要来源是碱激发高炉矿渣生成的C-S-H和C-A-S-H;氢氧化钠和水玻璃的复合激发相对于单一激发固化效果更好,液固比、成型压力和养护温度对于固化渣土的抗压强度有一定影响;硫酸钠对所制备的固化渣土的侵蚀作用较小,而硫酸和盐酸的侵蚀作用相对较大。     

复杂地层中盾构法隧道渣土改良技术

盾构法施工中常采用一些辅助工法,由于地层与出渣方式的不同,通常会导致加泥加泡沫材料不能适应各种情况,出现切削渣土流动性不足、排土运输困难等问题,为了解决这个问题,结合广州地质复杂多变的特点,开发出了高分子聚合物,并在广州地铁盾构法隧道施工中的得到了成功.通过高分子聚合物对渣土进行改良,使盾构法能够适应广州地区复杂地层的施工.降低施工了成本,取得明显的经济效益.     

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。     

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...     

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。     

泥水盾构支护压力设定范围及其影响因素分析

与土压平衡盾构对掘进面的被动支护不同,泥水盾构是依靠液态介质实现对掘进面的主动支护。泥水支护的关键是选择合适的泥水和支护压力从而形成并维持泥膜的完整性。基于泥水劈裂(渗透破坏)和仓筒理论给出了泥水支护压力的上下限。结合静水压力、土体特性、盾构直径和覆土厚度等因素研究了支护压力区间特性(可设定范围)。研究表明:支护压力下限主要受静水压力和土体摩擦角的影响,其中静水压力起决定性作用。一般情况下,泥水压力设定可以取为静水压力+20 kPa;支护压力上限为泥水劈裂(渗透破坏)压力,主要受静水压力和覆土厚度的影响。增加覆土厚度可以提高地层的泥水劈裂(渗透破坏)抗力,从而改善地层的泥水支护特性,增大泥水支护压力区间长度。然而,增加静水压力只可以平移泥水支护压力区间,而不能使其增大。泥水支护压力区间长度还受土体摩擦角的影响,而其它因素影响较小。考虑泥水支护区间长度的影响,实施带压换刀的隧道覆径比不宜小于0.8～1.0。     

地铁盾构渣土改良为流动化土进行应用试验研究

针对中国地铁盾构施工产生的大量渣土能否改良为流动化土用作城市管廊施工回填浇筑材料问题,结合济南地铁R2号线任家庄-王府庄区间盾构渣土开展室内试验,分析不同配比条件下渣土改良流动化土流动性、强度及影响因素。结果表明,该研究采用的盾构渣土经过适合的水固比和灰砂比改良后,流动化回填土强度和流动性均满足管网回填的要求,其最佳配方为水固比0.5～0.53,灰砂比0.15;流动化回填土流动性主要受水固比影响,强度主要受水固比控制,若要同时满足两者要求,则需根据水灰比进行配方设计;作为流动化回填土的配制材料,是处理城市地铁土压平衡盾构渣土的一个可行的方向。     

土压平衡盾构在砂卵石地层长距离穿越河流施工关键技术

从盾构机的改造,浆液配比试验,渣土改良等几个方面论述了土压平衡盾构隧道长距离穿越砂卵石地层并穿越河流的施工技术。在试掘进阶段对盾构掘进主要控制参数包括推进速度、刀盘推力、土仓压力、刀盘扭矩、刀盘转速、注浆参数等进行了调整。在掘进过程中严格按照试掘进阶段的参数执行。实施效果表明,完全达到了刀盘刀具的耐磨性要求,保证了盾构机在砂卵石地层中长距离穿越河流的安全。