泥水盾构泥浆渗透试验及成膜规律研究进展

泥水盾构维持开挖面稳定的关键在于及时形成致密的微透水或不透水泥膜,但泥膜在开挖面上的形成机理尚不明确。为了进一步弄清泥膜的形成机理,有必要针对泥水盾构开挖面泥膜形成规律的研究进展进行总结与分析。通过总结国内外学者关于泥膜形成机理的研究成果,分析泥膜形成的一般规律,指出目前研究中存在的不足并给出建议。研究得出,泥浆渗透试验主要有竖向和横向两种形式,但试验方案以及试验装置还有待改进;泥浆性质和地层特性是影响泥膜形成的主要因素;泥浆性质可以通过添加物进行调整;通过总结泥浆颗粒与砂土地层颗粒的匹配关系获得泥膜形成的一般规律。     

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。     

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。     

福州地区不同地层泥水盾构参数控制研究

结合福州地铁4号线,研究该地区不同地层中泥水盾构施工的掘进参数.选取3种典型地层进行数值模拟,预测地表沉降值,并与实际施工监测值进行对比分析,验证掘进参数与地层的适应性.研究结果表明:在深埋地层中,上软下硬地层对土体的扰动最大,应在施工中注意相似地层的参数调整;数值模拟结果与施工监测结果相近,掘进参数与相应地层的适应性...     

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。     

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。     

砂土地层中泥水盾构掌子面主动破坏模式试验研究

为研究砂土地层中泥水盾构掌子面主动破坏模式及极限支护力规律,设计一套基于粒子图像测速(PIV)等非接触测量方法的泥水盾构圆形掌子面稳定性控制模型试验系统。试验系统通过降低柔性压力室的水压来模拟泥水盾构掌子面的泥水压力失衡条件,利用PIV等非接触测量手段获取掌子面的位移、剪应变等变形过程,并通过监测水压获取泥水支护力的变化过程,实现对泥水盾构掌子面破坏过程的模拟。对3种埋深比(C/D=0.5,1.0,2.0)下的掌子面破坏模式及极限支护力规律进行一系列的模型试验研究,试验结果表明:泥水支护力降低过程中,掌子面的变形可以分为4个阶段,其中第3阶段末掌子面处于极限平衡状态,对应的泥水支护压力为极限泥水支护力;随着泥水支护力的降低,掌子面变形逐渐向地表扩展,当埋深比较小(C/D=0.5)时,临界破坏时的失稳区已经扩展到地表,而埋深比较大(C/D=1.0和2.0)时,临界破坏时的失稳区尚处于地基内部;Soubra和Mollon理论模型中的破坏模式及极限支护力更接近于模型试验得到的结果。     

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.     

泥水盾构在新加坡多变地层施工中的泥浆变化分析

阐述新加坡轨道交通汤申东海岸线T206项目泥水盾构区间隧道,总长2 359 m。在隧道推进过程中,发现盾构在不同地层中,泥浆性能变化较明显,导致推进突变现象。就该现象引发讨论,目的在于找到如何解决该问题的有效方法。根据盾构推进过程中采集数据和泥浆参数的情况分析,从泥浆性能参数(KPI)标准设置、地层变化等方面进行描述。在理论分析中,按照T206泥水盾构推进过程中泥浆指标变化为依据,泥浆设置参数(KPI)为衡量标准,结合地层和实际出土情况为参考依据。在不同地层情况下,对于泥浆参数的影响及推进参数变化的情况,找到相应解决办法,为今后实际应用起到指导性作用。     

复杂地层中泥水盾构掘进技术

结合西气东输二线长江盾构越江段工程,经过对复杂地质岩性及实际情况研究,系统分析了越江隧道泥水平衡盾构施工的适应性,这将直接决定和影响盾构隧道的施工成本、进度及安全风险。通过对开挖面稳定性控制、掘进参数调整及信息共享的研究,成功解决了在上软下硬地层中的掘进及盾构姿态难控制的难题。     

软弱复杂地层泥水盾构泥水循环系统控制技术研究

以某地铁盾构区间为例,对软弱复杂地层下泥水盾构泥水循环系统控制技术要点进行了研究,研究结果表明:在淤泥质土等黏性较大的地层,应适当降低泥水压力,提高压滤效率,控制跑浆现象的发生;在砂性地层,应适当提高泥水压力,并提高泥水循环系统的造浆能力。相关结论可为类似工程提供参考。     

泥水盾构施工中的新型泥浆应用研究

泥水盾构在隧道施工中的应用日益广泛。通过对泥水盾构运作的原理和泥浆体系的作用进行阐释,并对泥水盾构中新型泥浆的特点进行了分析,总结了新型泥浆的主要特点,以期为新型泥浆在泥水盾构中的应用提供理论依据。     

北京地下直径线泥水盾构泥浆特性参数确定

北京地下直径线是北京地区首次在砂卵石地层中采用大直径泥水盾构.为保证施工过程中隧道开挖面的稳定,必须科学确定盾构泥浆特性参数.根据砂卵石地层特点,同时考虑泥水盾构设备输送碴土能力,综合确定盾构泥浆特性参数.此外,北京地下直径线泥水盾构泥浆特性参数的确定还借鉴了类似工程盾构泥浆特性参数的取值.     

花岗岩地层泥水盾构施工技术研究

花岗岩地层中泥水盾构施工技术是首次由国内企业自主完成施工并总结的针对在不采取地面处理情况下,泥水盾构快速安全地穿过花岗岩地层的盾构施工工法,该工法实用性强,施工效果优良,能够适应大部分花岗岩地层的盾构施工,并且对于对地面沉降要求高的地层中施工也具有一定的借鉴性。     

泥水平衡盾构泥浆分离调制技术

在泥水平衡盾构施工过程中,需要进行新旧泥浆交替补充到盾构刀盘开挖面,新浆的制备、旧浆的处理需要由专用的泥浆处理设备完成,该设备由泥水分离系统和制调浆系统组成,在满足盾构施工需求的前提下,起到节约资源、减少外排的作用。     

泥岩地层中泥水盾构掘进施工技术

以武汉地铁3号线7标施工为例,总结泥岩地层中泥水盾构掘进施工的经验。结合施工中遇到的问题,针对泥岩地层中刀盘结泥饼、舱内滞排、刀盘扭矩大、掘进速度慢等问题,查找原因,提出处理措施,总结实践经验并进行探讨,为其他类似工程中遇到的类似问题的处理提供参考。     

泥水盾构泥浆门布置方式探讨

以目前国内外泥水盾构中常用的两种泥浆门布置形式为例,结合实际施工中的应用情况及应用案例,通过研究泥浆门在工作时的受力状况及使用情况,得出泥水盾构泥浆门布置方式的合理建议。     

泥水盾构泥浆门的针对性设计

针对泥水盾构泥浆门在现场施工中有可能因误操作或油缸失效导致泥浆门非正常打开和关闭的问题,提出了一种针对性设计,以防止泥浆门的非正常开合工况,大大提高了施工安全性。     

砂性地层中植物胶改性泥浆性质及渗透成膜试验研究

目前广泛使用高分子材料和膨润土制作的泥浆存在降解难度大、容易造成环境污染问题,选取琼胶、瓜尔胶天然增稠剂代替传统高分子材料制作新型泥浆,探究新型泥浆在砂性地层中成膜效果。研究结果表明,琼胶、瓜尔胶具有较好的增稠效果、降滤失效果、胶体率更易提升至100%,与传统增稠剂CMC相比瓜尔胶增稠效果更强;琼胶、瓜尔胶可使泥浆从未成膜转变为形成渗透带型泥膜、促进泥浆在地层中成膜,降低泥浆在地层渗透成膜过程中的前期滤失量和泥膜的渗透系数,进而降低在地层中的总滤失量,可以作为一种新型天然泥浆添加剂使用。     

盾构穿越含中粗砂复合地层地表沉降控制技术

以青岛某地铁区间盾构穿越含中粗砂复合地层掘进施工为例,综合采用理论分析法与数值模拟法,分析研究了盾构穿越含中粗砂复合地层地表沉降变形机理,并提出了通过盾构掘进参数调整、碴土改良及二次注浆等措施相结合的地表沉降控制技术。工程实践表明,地表沉降控制技术将地表变形量控制在预警值以内,有效地解决了中粗砂复合地层盾构掘进地表沉降难以控制的技术难题,具有良好的推广应用前景。