泥浆配合比方案选择

结合某工程概况,介绍了泥浆配合比材料试验的目的和方法,根据试验结果,对不同地层采用不同的泥浆配合比进行了分析,通过分析筛选,选用合理的泥浆配合比,以防止钻孔桩施工事故的发生,从而提高成孔质量。     

深厚粉砂层中连续墙施工泥浆参数的分析

在复杂地层中的地下连续墙施工,泥浆参数的设定是影响成槽质量的重要因素之一。实际施工中经过不同泥浆配合比的统计分析,总结出了泥浆配合比与连续墙成槽质量关系,确定了适合该地层的最优泥浆配合比参数。指出在深厚粉砂地层中进行泥浆护壁施工连续墙,泥浆粘度在合理范围内增加,充盈系数减小,塌孔现象减少。     

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。     

泥水盾构泥膜形成时开挖面地层孔压变化规律研究

为保证开挖面的稳定，泥水盾构泥水舱中的泥浆必须在开挖面上形成微透水的泥膜，将部分泥浆压力转化为有效应力，泥浆压力才能平衡地层中的土压力和水压力。目前关于泥膜形成时泥浆压力的转化规律及其影响因素尚不清楚。针对这一问题，在自制的泥浆渗透装置中，以12组不同性质的泥浆开展渗透试验，通过测定泥膜形成过程中地层超静孔隙水应力的变化，并分析影响其分布的因素，明确了泥膜的作用机理。结果表明：随着泥膜的形成，泥浆压力在地层中转化为抵抗地层静水压力的孔压、超静孔隙水应力和抵抗地层土压力的有效应力；超静孔隙水应力在泥膜段迅速降低，在地层深处逐渐趋于稳定；泥浆的密度是影响地层超静孔隙水压力分布规律的主要因素之一，泥浆黏度对其影响较小。这一结果对于泥浆压力的设定和泥浆的配制有重要的指导意义。     

MBM多功能剂在阳霞矿区钻孔施工中的应用

总结了MBM多功能剂泥浆在阳霞矿区破碎地层钻探施工中的应用技术,着重分析了盐性地层和含泥岩、石膏地层的泥浆使用方法,通过阳霞矿区钻探施工证实了MBM多功能剂泥浆其岩性为灰绿色、棕红色泥岩、砂岩、砾岩,夹有石膏层地层,该泥浆在孔内护壁上起到了很好的作用。     

跨海地铁隧道泥水平衡盾构复杂地层泥浆配制技术分析

厦门市轨道2号线海沧大道站-东渡路站跨海地铁隧道采用泥水平衡盾构机施工,盾构机刀盘直径7043mm,管片的长度1500mm。跨海区间穿越地层地质条件复杂,确定不同地层条件下合理的泥浆配方,解决泥浆成膜、携渣、泥水分离3个环节对泥浆的要求。     

准三轴应力条件下泥浆渗透及泥皮护壁研究

泥水盾构以压力泥浆支护开挖面,泥膜的形成对开挖面稳定性非常重要,尤其在高渗透性地层,泥浆极易穿透地层直接渗出而不能形成所需的支护压力。以武汉典型地层为例,通过自主研发的准三轴泥浆渗透测试仪器,测试在地层应力作用下泥浆的渗透性能。试验结果表明:上覆土层压力及侧压力对泥浆的渗透有较大的阻碍作用,同时通过测试泥皮的抗剪强度,验证泥皮的护壁作用。     

圆砾地层原状土泥膜形成效果试验研究

为研究高渗透性圆砾地层中泥膜形成效果,依托常德沅江隧道,选取隧址区具有代表性的圆砾地层,采用自行设计的大直径渗流加压装置进行试验。研究结果表明,采用膨润土、黏土与制浆剂配制的泥浆,不同配合比下,泥浆配制完成24h内,黏度随时间增长较明显;泥浆配制完成24h后,黏度随时间增长较缓慢。制浆剂可为泥浆提供较大的黏度,主要通过其中所含亲水性材料生成絮状物质实现。在隧址区圆砾地层中,黏度25s的泥浆泥皮厚度最小,大于此黏度的泥浆由于絮状物质的堆积造成了浪费。因此,可将黏度25s的泥浆应用于实际工程中,宜提前24h配制,且可通过添加制浆剂在短时间内提升泥浆黏度。     

钻孔灌注桩旋挖干取土成孔施工技术

根据不同的地层及地下水位情况,旋挖钻成孔灌注桩可采用干取土成孔和泥浆护壁成孔工艺。干取土成孔工艺不需泥浆护壁,孔壁不产生泥皮,孔底渣土厚度小,利于桩基承载力的发挥。同时,施丁效率高,无泥浆排放,对环境污染小,尤其适合于城市建设基础的施工。     

泥水盾构施工中泥水输送设备的配套

在泥水盾构施工中,施工企业只重视盾构选型,与之配套的泥浆输送设备往往被忽视。盾构实际掘进速度取决于盾构、泥浆输送设备及泥水处理设备性能的合理匹配,在不同的地层中,同样的泥浆流量输送的碴土量会不同,掘进进度也不一样。本文试分析泥浆系统流量与盾构掘进进度关系,为盾构施工单位提供一些参考。     

泥水盾构泥膜渗透性及其对开挖面稳定性影响

泥膜是维持泥水盾构开挖面稳定的关键因素。通过渗透柱试验研究了加压泥浆向砂土渗透、并在砂土表面形成泥膜的行为,获得了泥膜渗透性与时间的关系。结果显示泥水盾构在开挖时,由于刀盘不断切削泥膜,开挖面上只能形成微透水的泥膜;当拼装管片时,刀盘停止转动,开挖面上则会形成难透水的泥膜。建立了在开挖面上设置微透水的泥膜的二维数值模型,通过瞬态渗流分析获得土体孔压的最大值。根据地层孔压计算了失稳区域内的渗透力,获得了不同泥浆压力下在泥膜表面和地层中的分配比例。当有效泥浆压力越大,孔压在泥膜和失稳区以外地层的下降幅度就越大,对维持开挖面稳定的贡献越小。基于极限平衡法,提出了泥水盾构开挖面极限泥浆压力的计算方法,结果显示目前工程中采用的方法高估了开挖面极限泥浆压力。     

松软地层高压灌浆封孔浆体研制及应用论证

在松软地层进行防渗工程施工时,存在钻孔易塌孔,灌浆难起压易导致垂向挤密抬动,灌浆易漏浆串浆导致耗浆量大,灌浆过程难控制等技术难题。传统的“袖阀管灌浆法”、“预埋花管法”、“孔口封闭灌浆法”等工法在深厚松软地层的施工中很难达到设计要求。为降低成本、提高工效,研究提出一种“自下而上,浆体封闭,高压脉动灌浆”新工法,介绍其中的“浆体封闭技术”成果。针对施工工艺要求,研制出低强度快凝硬塑状封孔浆体,通过实验得到性能参数;基于浆体封闭力学机理,对封孔效果进行论证,结果表明,在灌浆过程中,封孔浆体材料具备足够的止浆、耗能作用;对灌浆所需的最低注浆压力进行了计算,为选择注浆设备提供依据;另外,对自下而上灌浆施工中,提管所需的拔管力进行了计算,为提高工效、避免灌浆管出现抱死事故,提出边灌边转工艺方法,可使灌浆管顺利提升,即使在深孔情况下也无需使用拔管机。通过在怀化托口水电站河湾地块深厚松软红层进行原型试验,验证研制的封孔浆体的应用效果,分别在浅孔全段注入、深孔（最大达 120 m ）孔底以上 20 m 深注入封孔浆体材料,实施“自下而上,浆体封闭,高压脉动灌浆”。试验中 8 m 深松软层达到 1.5 MPa 以上的灌浆压力, 120 m 深可达到近 8 MPa 的灌浆压力（均为孔口压力）,地层抬动仅为 12 mm ,灌后效果达到设计要求,表明在高压灌浆情况下,封孔浆体使用效果良好;建议在深孔注浆过程中,灌浆管边灌边转,无需使用拔管机,工艺更便捷、高效。理论研究和工程实践表明,在松软地层实施高压灌浆,采用浆体封闭技术是可行的,研制的封孔浆体性能能满足施工工艺要求。     

富水砂层泥水盾构施工孔隙水压反应研究

依托长沙市南湖路湘江大型江底盾构隧道工程,对大直径泥水盾构掘进引起的富水粉细砂地层孔隙水压力反应进行了分析研究。基于孔隙水压力测试数据,分析了大直径泥水盾构在富水粉细砂地层掘进时地层孔隙水压力的分布情况及变化规律。采用ABAQUS有限元软件建立了三维流固耦合数值模型,对泥水盾构施工引起的富水粉细砂地层孔隙水压变化进行模拟计算,对比现场测试数据,验证了本文三维流固耦合数值模型的合理性;将三维流固耦合模型应用于地层不同渗透性条件下孔隙水压力反应模拟计算,分析地层注浆加固后孔隙水压力扰动规律,评价加固效果,得出富水粉细砂地层盾构施工对孔压的扰动可采取预注浆加固进行有效控制结论。     

水底盾构掘进泥水喷发现象研究

泥水式盾构工法是水底软土隧道施工的首选工法,施工时泥水压力过大可导致开挖面前方地层劈裂,引发泥水喷发、河(海)水倒灌事故。以此类现象为研究对象,研究地层劈裂发生、伸展机制及不同泥水压力对地层劈裂的影响。研究结果表明:水底隧道泥水式盾构施工时,开挖面前方地层微小劈裂纹不可避免,但泥水喷发现象能否发生与盾构掘进参数、泥水性质、地层特性及盾构覆土厚度密切相关,通过理论分析和盾构掘进模型试验,得出了泥水喷发半经验公式,在此基础上提出了防止泥水喷发现象发生的相关措施。     

泥膜形成与状态划分细观分析及模型试验研究

泥水盾构施工中泥浆在高压作用下侵入土层形成不同状态的泥膜,泥膜的形成机理复杂,但其状态划分依据相对简单。基于离散元程序YADE编制了流体与颗粒相互作用及粒间长程引力作用模型,从粒径比、粒间范德华力、流体初始流速以及泥浆颗粒密度几个方面分析了泥浆侵入土层初始恒速阶段的堆积状态,确定土层最紧密堆积对应的泥膜状态理论下限值。采用静置后的泥浆侵入土层模型试验分析了两组土层粒径的泥膜状态,表明粒径比对泥膜状态的影响与离散元分析结果、泥膜状态划分理论相吻合。初步建立了泥膜形成过程的宏细观联系,弥补了传统过滤理论和离散元法未考虑颗粒侵入土层动态形成泥膜的不足。     

泥水劈裂试验伸展现象的力学分析

 泥水盾构掘进时,在江中冲槽段等复杂条件下,泥水压力很难设定,稍有不慎就会发生泥水劈裂,甚至导致泥水喷发危及工程安全。为观察并研究劈裂伸展现象及其力学机制,在研制现场泥水劈裂仪并进行现场试验的基础上,建立泥水劈裂伸展模型,给出防止泥水劈裂的泥水压力上限设定的计算方法。研究表明：泥水劈裂伸展的力学特性不仅与地层性能有关,而且与所选用的泥浆特性有关。实际工程中,在地层性能不易改变的条件下,增加泥水重度、提高泥水黏性有利于阻止劈裂进一步伸展。劈裂发生后出现的泥水压力降低现象将有利于阻止泥水劈裂进一步伸展。在劈裂发生后,不能因为泥水压力下降而急忙增加泥水压力,这样不但泥水压力不能增加,反而会导致泥水劈裂的迅速伸展,加快泥水喷发的发生。绝大多数情况下,在泥水劈裂伸展的过程中泥水和地层的组合抗劈裂能力会逐渐变小。因此,预防泥水盾构开挖过程中的泥水喷发问题,要从预防泥水劈裂入手,对泥水压力的上限进行控制。     

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。     

粉细砂地层大直径盾构下穿大堤风险控制研究

城市中修建过江隧道通常要穿越两岸防洪大堤,盾构的掘进势必会扰动大堤下卧地层,引起地层位移,以往工程实例研究显示,大堤沉降比普通地表沉降要大很多,而不均匀沉降过大将导致大堤开裂,威胁到大堤的稳定性与安全性。本文基于长沙市南湖路湘江隧道工程实例,对大直径泥水盾构斜下穿湘江西岸防洪大堤过程中,大堤超载、偏压以及大堤下卧饱和粉细砂地层引起的施工风险进行分析,同时提出大直径泥水盾构斜下穿大堤时泥水压力、顶推力参数设置和饱和粉细砂地层中掘进速度控制的相关措施。     

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。     

非水反应型材料灌浆堵漏模型研究

灌浆是解决工程渗漏问题的重要技术手段,堵漏材料是灌浆技术的核心。水泥浆液、水泥膏浆、速凝膏浆、改性沥青、低热沥青等非水反应型浆液是最常用的堵漏材料。根据浆液流变性质、在宽大孔(裂)隙中的扩散方式和封堵机理以及灌浆工艺参数建立了非水反应型灌浆材料的堵漏模型,对不同浆液在不同开度、不同流速地层的堵漏效率和堵漏效果进行了计算分析,可以为非水反应型浆液在堵漏工程中的选择使用提供依据。