富水砂卵石地层土压平衡盾构掘进渣土改良技术

土压平衡盾构机在富水砂卵石地层掘进过程中,由于土体流塑性差,土舱内的渣土无法及时排出,导致推进速度缓慢,盾构推力及刀盘扭矩增大等现象,易出现地表塌陷事故.为此,文章以成都地铁17号线一期项目盾构隧道工程为背景,进行砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究.试验结果表明:采用泡沫剂或泡沫剂+膨润土作为土体改良剂对砂...     

盾构法施工中泡沫剂效能及改良土体的试验研究

通过对自主研发的泡沫剂稳定性和发泡率等试验,得出了泡沫剂性能评价及土体改良后渗透性的变化规律.试验表明,泡沫剂对岩土渗透性能改良效果显著.该试验为复杂岩土盾构施工泡沫剂改良土体研究及工程应用提供了有价值的试验依据.     

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。     

新型泡沫剂在土压平衡盾构施工中的研究与应用

针对土压平衡盾构在砾砂地层掘进过程中,土体塑流性差,刀盘及螺旋输送机磨损严重,开挖面平衡不易保持等问题,开发了一种土压平衡盾构用新型泡沫剂,以北京地铁16#线西苑站~万泉河桥站区间砾砂地层土压平衡盾构施工为案例,对新型泡沫剂改良砾砂地层的塑流性进行了室内试验研究,得出含水率为5%~12.5%,泡沫掺量为20%~40%时,土体塑流性良好。利用该泡沫剂进行了盾构掘进试验,改良后刀盘上土压力主要集中在0.45~0.55 MPa,扭矩在3000~3750 kN/m,掘进速度在35~45 mm/min之间,结果显示,新型泡沫剂能满足施工需求,大大提高了掘进效率。     

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。     

关于泡沫混凝土发泡剂的研究探讨

本文从混凝土发泡剂的发泡原理、发泡材料的微观结构、发泡材料的浓度与泡沫的稳定性关系、发泡材料的复合、混凝土泡沫的稳泡剂的选取以及泡沫混凝土制品的防水防渗与混凝土泡沫剂的关系进行深入的探讨.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

富水砂卵石地层土压平衡盾构带压换刀技术

成都地铁1号线的盾构掘进表明,在砂卵石地层中开挖刀具的磨耗非常严重,平均120～150m需全面更换一次刀具.结合成都地铁1号线盾构3标项目,对浅埋富水砂卵石地层条件下的土压平衡盾构带压换刀技术进行了有益尝试并获得成功,从而形成了相关成套技术.主要包括带压换刀工作气压值的经验计算公式,膨润土泥浆的配合比和制备流程,以及按"到达预定换刀地点前"、"到达时"、"换刀结束后的恢复掘进"三阶段控制的施工工艺.     

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。     

富水粉砂土层超浅埋近距离双洞隧道施工

介绍富水砂质粉土地层中浅埋、近距离双洞大跨隧道分修暗挖法,通过全断面预注浆、结合超前大管棚、降水等辅助措施,运用CRD法进行左右洞开挖,实行信息化施工,成功地解决了富水砂质粉土层的液化与管涌问题。     

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。     

盾构隧道施工对砂性地层的扰动及管片受荷特征

以西安地铁土压平衡式盾构穿越砂性地层为背景,采用颗粒流(PFC^2D)数值方法研究盾构施工对砂性地层的扰动情况,同时通过现场测试获取砂性地层下盾构隧道管片衬砌的荷载分布和内力特征。研究结果表明,相对于黄土等粘性地层而言,砂性地层的颗粒性较为突出,盾构开挖引起的地层移动在空间分布上连续性较差,出现局部松动或欠密实区域。砂性地层透水性较好,孔隙水压力测试值与水头高度有很好的相关性,但土压力测试值要低于实际受力值。受各种施工荷载的影响,管片弯矩和轴力在盾尾脱环阶段波动较大,随着盾构的推进,盾尾注浆等施工荷载对结构受力的影响减小,当脱出盾尾10~15环后,管片内力逐渐稳定。研究成果可为砂性地层土压平衡盾构隧道的设计与施工提供参考。     

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。     

多种不良地质条件下盾构穿越施工控制技术

广州市轨道交通L18和L22区间盾构需要穿越上软下硬地层、富水粉质黏土层、基岩凸起及孤石等各种不良地层,施工难度和风险均较大。针对各种不良地层,分别采用有效施工控制技术,保证盾构顺利穿越各种不良地层,实现盾构施工进度、质量与安全目标。研究成果对今后在复杂地层中应用复合式土压平衡盾构机类工程具有参考价值。