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。     

泥水平衡盾构掘进泥膜参数对地表沉降影响研究

沈阳地铁四号线劳动路站—望花屯站区间隧道穿越富水粉质黏土地层,采用泥水平衡盾构掘进模式.针对传统的泥水平衡盾构掘进模拟方法存在的缺陷,提出了一种考虑泥浆渗透及泥膜形成过程的泥水盾构掘进模拟方法,并建立了计算模型.计算结果表明,考虑泥浆渗透及泥膜形成过程,地表沉降比传统模拟方法要大;地表沉降随泥水支护压力的增大而减小;泥...     

复杂地层中大直径泥水盾构开挖面失稳及处理研究

南京地铁某标段区间隧道工程采用了11m级大直径泥水气压平衡盾构施工,介绍了该泥水气压平衡式盾构在含砾中粗砂层和粉细砂地层中开挖面失稳的两种现象及处理技术。对于开挖面失稳的现象和原因进行了分析,确定了失稳后舱内坍塌造成泥水管路堵塞的处理方法以及如何重新建立泥水平衡,总结了防止失稳的掘进技术措施,最终顺利完成盾构掘进。     

泥水平衡式盾构模拟试验系统的研制与应用

为了探究泥水盾构水下掘进控制和泥水平衡机理等问题,在调研国内外模型盾构设备的基础上确定泥水盾构的基本参数和工作模式,研制出泥水平衡盾构模拟试验系统,包括模型箱、盾构机总成、推进机构、液压动力系统、操作系统、深冷装置等主要部分。该系统可对最高100 m水头条件下泥水平衡盾构施工的主要过程进行模拟,可较真实地再现泥水平衡盾构掘进过程中泥膜的动态形成过程,从而阐明水土压力平衡的机理等关键技术问题,并可为泥水平衡盾构的设计和控制提供重要参数。以砂卵石地层为例配制相似地层和泥浆,并进行盾构试掘进,对设备的功能性进行验证,并初步研究了泥水盾构掘进过程中地表位移的时空变化规律和地层中泥膜的形态。结果表明,由于刀盘无超挖且地层开挖后直接由盾壳支撑,土体移动受到限制,地层变形主要由开挖导致的应力释放产生。排渣装置长度较长,可暂存的渣土量多,使得盾构通过前地表沉降随顶推力和刀盘、排渣装置转速的增大而增大;盾构通过后的地表沉降则由于盾壳与土体的摩擦作用有所减小。在盾构刀盘前方,泥浆渗入地层的范围大致关于盾构轴线对称,泥膜形态呈倒扣的"锅底"形分布,其范围约占刀盘外径的20%~43%。     

海相复合地层泥水盾构施工泥水材料试验研究

在泥水盾构工程领域的泥浆研制中,不同的地层和应力水平对泥浆特性有较大影响,同时影响泥浆的渗透性和保持开挖面稳定的泥膜特性。实际施工过程中,泥膜的质量直接影响泥水盾构施工的安全和进度。本文以马骝洲交通隧道新建工程为背景,针对特有的海相复合地层特点,通过室内试验进行了海相复合地层泥水平衡盾构施工泥水材料研究,开发了新型泥水材料,并借助盾构掘进现场试验验证室内分析及其相应产生的施工改善成效。研究发现,1#新型泥水材料造浆能力强,能优化泥水的颗粒级配,有效降低滤失量,形成致密有强度的泥膜;1#新型泥水材料运用实际施工中后,能显著提高盾构推进速度,降低刀盘扭矩,减小总推力,可为类似地层盾构施工土体改良提供参考。     

泥水盾构中劈裂压力影响因素研究

泥水盾构在软弱含水地层中掘进时,泥水支护压力过大容易导致掌子面发生水力劈裂,从而引起掌子面坍塌。研究掌子面劈裂压力的影响因素对防止水力劈裂的发生有重要意义。由于现场试验实施困难、风险高,故设计制作了一种水力劈裂装置,并采用盲孔试样模拟隧道劈裂的发生。通过正交试验配制不同强度的人造黏土用于研究劈裂压力与强度的关系,并采用不同黏度的泥浆进行盲孔试样劈裂试验,分析泥浆黏度对劈裂压力的影响。研究结果表明：在两种加载条件下,劈裂压力随着无侧限抗压强度的增大线性增大。当泥浆黏度小于27s时,劈裂压力随泥浆黏度增大而增大,但随时间增长,增大速度变缓;当泥浆黏度大于27s时,随着黏度的增大,劈裂压力稳定在一定值基本不再增大;盲孔试样破坏后具有明显的劈裂面,且不同泥浆黏度时试样的劈裂面基本一致,均自盲孔底端斜向上延伸。     

泥水平衡盾构穿越砂卵石地层时的施工控制

泥水平衡盾构因具有掘进效率高、适用地质范围广等优点成为了修建穿越河流隧道的主要方法,但在富水砂卵石地层中,泥水盾构施工仍面临着种种挑战,如开挖面稳定性差、易超挖和易上浮等问题。结合沈阳地铁10号线在砂卵石地层穿越浑河段盾构施工区间,对泥水平衡盾构施工过程中切口水压、泥浆指标、干砂量、掘进速度、刀盘扭矩等施工参数进行理论计算与实测分析。针对施工中的难点,总结了富水砂卵石地层过河段的泥水盾构在正面稳定、土体损失率和隧道上浮等方面的关键控制技术,为今后类似情况的泥水盾构穿河施工提供了一定参考。     

砂性地层孔隙特征对泥水盾构泥浆成膜的影响

透水砂性地层开挖面上成膜特征是影响开挖面稳定性的关键因素,而地层孔隙特征与成膜特征量化关系的建立是进行相关分析的必要条件。通过在不同孔隙特征地层中开展渗透成膜试验,确定了地层孔隙特征和成膜特征的量化指标,基于二者量化关系的构建,研究了地层孔隙特征对泥浆成膜特征的影响规律。研究表明,地层滤失量曲线双参数模型可以描述地层滤失量变化特征,模型参数a,b可量化滤失量曲率特征、成膜时间和成膜阶段等成膜特征,具有明确的物理意义。基于参数a,b和孔隙体积v的幂函数关系,确定了地层孔隙特征和成膜特征的量化关系。研究成果可为泥水盾构穿越透水砂性地层合理确定泥浆配比方案和施工参数,保证开挖面稳定提供试验和理论基础。     

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.     

不同阳离子对泥水盾构泥浆稳定性影响试验研究

针对泥水盾构在滨海地区或海底掘进时含盐地层侵入会导致泥浆稳定性下降的问题,通过向泥浆中掺入盐溶液,测试泥浆泌水率、■电位、特征粒径、滤失量等参数变化,利用胶体絮凝机理分析泥浆在不同盐溶液掺入下的稳定性。试验表明:①相较于掺入淡水,向膨水比为1∶15的泥浆中掺入浓度为1%的盐溶液时,泥浆■电位下降、特征粒径增大、滤失量增加;②盐溶液通过降低■电位和稀释作用影响泥浆稳定性。当掺入比超过5%后,继续掺入时,若盐溶液为NaCl则泥浆特征粒径d10继续增大而d50,d85基本不变,泥浆颗粒絮集、不泌水;若盐浓液为CaCl_2、MgCl_2,则特征粒径d_(10),d_(50),d_(85)均基本不变,泥浆出现絮降、泌水;③Ca~(2+)、Mg~(2+)比Na~+对泥浆稳定性影响更大,故在不同海域采用泥水盾构掘进时,应根据地下水盐分含量及种类有针对性地考虑其对泥浆稳定性的影响。     

超大直径泥水平衡盾构闭塞器式泥浆管延伸装置的研究与应用

泥水平衡盾构采用管路泵送出渣的施工特点,决定了其每掘进一段距离需延伸和新增管道。本文研发了一种齿轮齿条驱动、闭塞器式泥浆管延伸装置,解决了超大直径泥水平衡盾构掘进过程中泥浆的输送和排出问题,真正实现绿色、环保施工。     

砂卵石地层泥水盾构掘进地表沉降规律及影响因素研究

兰州地铁1号线迎门滩站—马滩站区间隧道首次在兰州粗粒径砂卵石地层中采用泥水平衡盾构法掘进,该区间全程穿越富水粗粒径砂卵石地层,需在富水砂卵石地层下穿黄河,地下水压力大,施工环境复杂,地表沉降控制难度大。以该区间泥水盾构掘进为研究对象,对泥水平衡盾构掘进引起的地表沉降规律进行理论及现场实测分析,结合盾构掘进参数的控制方式,分析此类粗粒径砂卵石地层掘进控制与地表沉降的关系。     

泥水平衡盾构中海水泥浆性质试验研究

采用泥水平衡式盾构开挖海底隧道,考虑地层富含海水,泥水仓泥浆可采用海水泥浆和淡水泥浆。利用海水配制泥浆可以大大降低施工成本,但海水富含的离子成分引起海水泥浆性质降低。为明确海水泥浆性质与不同影响因素的定量关系,笔者开展了不同膨润土类型、膨润土含量、不同海水掺入量及静置时间对海水泥浆性质的影响试验,认为:海水离子对海水泥浆的黏度和胶体率的影响巨大,分析不同影响因素对泥浆性质指标的影响规律,提出了膨润土与海水离子的中和作用关系,采取增加膨润土而改善海水泥浆性质的措施并不经济;同时,采用海水泥浆时不可停止泥浆搅拌与循环,防止海水泥浆离析。研究成果明确了海水泥浆性质与不同影响因素的定量关系,对于泥水平衡盾构采用海水泥浆的认知与配制具有重要的指导作用。     

超大直径泥水平衡盾构近距离穿越既有桩基试验研究

针对长江西路超大直径泥水平衡盾构隧道工程浦西段盾构近距离穿越逸仙路高架和地铁3号线高架的桩基施工工况,在浦东始发段设置试验段,通过地表沉降、桩基位移等监测数据,研究超大直径泥水平衡盾构掘进各阶段对桩基的扰动规律.结合盾构掘进施工参数,探究减小盾构近距离穿越对桩基影响的措施.     

盾构废弃泥浆再生利用技术研究

随着国家对泥水盾构施工的环保方面要求的提高,盾构掘进废弃泥浆的再利用将对施工环保起到关键作用。本课题依托南坦海盾构工程,对风化砾岩、黏土等地层盾构掘进循环废弃泥浆进行研究,确定泥浆再生利用指标,制定可用于背填注浆的废弃泥浆处理措施。     

砂改良土击实特性研究

通过击实试验,研究了掺砂量对砂改良土击实特性的影响规律,结果表明,砂改良土的最大干密度随含砂量的增大而增大,增大的趋势先快后慢,且最大干密度变化量较小,砂改良土的最优含水量随含砂量的增大而减小,且减小的趋势先快后慢。     

沈阳富水砂卵石地层泥水盾构适应性研究

在砂卵石地层中地铁盾构掘进普遍面临着盾构载荷过大、刀盘刀具磨损严重、开挖面易失稳以及掘进速度缓慢等实际施工问题。为提高盾构在此类地层中的适应性,应选择合适的盾构类型,合理配置盾构设备并使施工参数之间有较好的匹配性,以保障盾构施工顺利高效进行。以沈阳地铁10号线11标砂卵石地层盾构区间为依托,通过对泥水盾构在此类地层掘进的适应性问题进行分析总结,提出了针对性的掘进参数匹配方案、泥浆配比建议以及刀盘刀具配置要求。相关结论可为今后类似地层条件下的泥水盾构施工提供较为全面的参考。     

福州地区泥水盾构施工技术应用

针对福州地铁项目复杂的地质、恶劣的工况、较长的掘进距离等不利因素,在泥水气压平衡式盾构施工中,采用配备大开口率的刀盘、利用双路气泡仓控制、可逆洗的泥水循环等关键技术,以及一些针对性的设备研制,解决了泥水盾构在长距离、深覆土等工况下容易塌方、堵塞、停机等问题。     

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。     

泥水平衡盾构开挖面稳定模型试验研究

以崇明越江隧道为背景提出了泥水平衡盾构动态开挖模型试验的可行试验方案,并通过该试验对泥水平衡盾构开挖面平衡的机理,盾构推进时沉降的分布规律进行了研究。试验结果表明,泥水平衡盾构开挖面导致的地表沉降很大程度上取决于开挖过程中泥舱压力的浮动范围。通过将试验结果与楔形体模型理论计算的极限泥浆压力进行对比,得出了更加合理的极限泥浆压力浮动范围,有利于指导将来实际工程的施工。