砂卵石地层泥水盾构泥浆配制及渗透试验研究

研究目的:本文以北京地下直径线盾构隧道为工程背景,针对北京砂卵石地层大直径泥水盾构泥浆的配制及成膜问题,采用室内试验研究泥浆特性的影响因素,从泥浆渗流量、孔隙水压力、泥膜抗渗性及渗透距离方面对试验泥浆的作用效果进行分析和评价。研究结论:(1)泥浆添加剂宜采用聚丙烯酰胺、正电胶干粉和羧甲基纤维素钠的组合形式;(2)配制的红色改性钠膨润土泥浆,对开挖面的稳定和渣土运输方面的作用效果显著,但泥浆形成泥膜的时间并不明显;(3)华北油田Ⅲ型泥浆能够快速地封堵地层的孔隙,降低水的滤失,所形成的泥膜抗渗性较好,是北京砂卵石地层泥水盾构最理想的泥浆类型;(4)本研究结果可对类似的砂卵石地层泥水盾构工程施工提供一定的参考及借鉴。     

饱和粉细砂地层中泥水平衡盾构施工泥浆配制室内试验研究

在高渗透性富水饱和粉细砂地层中进行泥水平衡盾构施工时,确定合理的泥浆参数是保障盾构前方泥膜质量的关键。本文以膨润土、羧甲基纤维素钠及纯碱为试验材料,采用交叉设计方法制备了30个试样,通过室内泥浆配比试验,得到了不同配比下泥浆试样的相对密度、黏度及失水量,分析了不同材料配比对泥浆参数的影响,并结合现场盾构隧道试验段出渣量确定了最佳泥浆配比。     

断层破碎地层泥水盾构泥浆渗透试验研究

为解决泥水盾构在断层破碎地层施工所需泥浆的配制问题,依托长沙地铁6号线桐文区间穿越湘江段工程,采用室内试验研究方法,对断层破碎地层泥水盾构泥浆配比、泥浆渗透及泥浆与地层适应性进行系统研究,研究结果表明:泥浆在断层破碎地层渗透时,超静孔隙水压力和滤水量稳定所需时间以及稳定后数值随着泥浆黏度、比重增大而减小,随着泥浆滤失量降低而减小;基于泥浆与地层适应性分析结果,得到泥浆配比为水:黏土:膨润土:羧甲基纤维素:腐殖酸钠=720:131:73:3.6:1.8;得到泥浆特性值泥浆黏度为30～35 s,泥浆比重为1.133～1.145 g/cm~3,泥浆滤失量在13.5 mL以下;以NDSY-3型泥浆在断层破碎地层渗透试验为研究对象,利用荧光素对泥浆渗透路径进行研究,得出泥浆渗透模型。     

基于宾汉模式的桥梁桩基钻孔泥浆流变特性初步研究

通过试验及数值计算探讨了桥梁桩基钻孔泥浆不同黏度下的流变特性。结果表明,泥浆的黏度随密度的增加呈增加趋势;马氏黏度、有效黏度和有效黏度与泥浆密度的比值呈线性关系;泥浆属于宾汉流体,泥浆的流变特性与其密度有关,泥浆的黏度和静剪切力以及流变曲线的斜率均随着密度的增加而增加。     

铁路桥梁钻孔桩泥浆黏度及流变特性研究

通过试验研究了铁路桥梁钻孔护壁泥浆的黏度及流变特性.结果表明,泥浆的黏度随密度的增加呈增加趋势;500 mL马氏漏斗黏度和946 mL马氏漏斗黏度与塑性黏度和屈服值之间均呈线性相关关系;黏土泥浆的流变特性与密度有关,密度为1.15g/cm3以上的黏土泥浆属于带屈服值的假塑型流体,密度为1.10g/cm3的泥浆属于假塑型流体,密度为1.05g/cm3的泥浆则属于牛顿流体.膨润土泥浆系属于带屈服值的假塑型流体,而且屈服应力随着密度的增加而增加.     

泥皮对花岗岩残积土与结构接触面力学特性影响的试验研究

钻孔灌注桩在铁路桥梁中被广泛采用,但施工中残留泥皮难以避免。利用土工直剪仪对夹有泥皮的花岗岩残积土与混凝土板接触面的力学特性进行试验研究,分析泥皮厚度和含水率对接触面抗剪特性的影响。结果表明:随着泥皮厚度的增大,接触面的抗剪强度下降,接触面土体的剪胀性降低;法向应力越大,接触面抗剪强度降低的幅度越大;泥皮不存在时,接触面的抗剪以摩擦为主,而泥皮存在时,接触面的抗剪作用力以黏聚力为主;增大泥皮含水率和增大法向应力均会导致接触面土体的剪胀性降低,含水率对接触面摩擦角的影响大于对黏聚力的影响。     

泥水盾构废弃泥浆絮凝脱水试验研究

为解决泥水盾构产生大量废弃泥浆严重影响环境与施工进度的问题,选取广州地铁8号线亭岗—白云湖区间泥水盾构废弃泥浆,对添加单一絮凝剂、复合絮凝剂泥浆及不同相对密度和黏度的泥浆开展试验研究,对比其絮凝效果。结果表明:复合絮凝剂的絮凝效果优于单一絮凝剂,高分子量聚丙烯酰胺絮凝效果优于低分子量的絮凝效果;每500 mL泥浆粉煤灰最佳掺量为1.0～2.0 g,聚丙烯酰胺最佳掺量为1.5～2.0 g,随着相对密度及黏度的提高可以适当减小复合絮凝剂掺量和降低聚丙烯酰胺分子量以节约成本。     

泥水盾构开挖面失稳破坏的颗粒流模拟研究

针对北京砂卵石地层大直径泥水盾构隧道开挖面稳定性和地表沉降的问题,采用颗粒流程序PFC2D研究砂卵石地层土体的颗粒流细观参数,从土体颗粒的摩擦系数和接触模量以及泥膜的厚度和黏合强度对开挖面的作用效果进行分析和评价。结果表明:土体的颗粒摩擦系数和接触模量以及泥膜的厚度和黏合强度对开挖面的稳定性有显著影响;土体颗粒的摩擦系数和接触模量越小,开挖面破坏越严重,地层坍塌轮廓越大,地表沉降槽越深;当土体颗粒的摩擦系数增大到2.4、接触模量增大到12×107 N·m~(-1)时,开挖面趋于稳定,地表沉降槽曲线平缓,地表竖向位移较小;泥膜的厚度和黏合强度越小,开挖面挤出变形越显著,越容易引起较大范围的地层变形,从而导致地表塌陷;当泥膜的厚度为20mm且泥膜黏合强度为1 400N·m~(-1)时开挖面稳定。     

铁路桥梁钻孔泥浆携带出孔钻渣粒径分析

流变特性试验结果表明,铁路桥梁钻孔黏土泥浆和膨润土泥浆体系的流变特性可以采用宾汉模式来描述。分析表明,泥浆携带钻渣粒径与上升速度、泥浆的密度和黏度有关。在常规泥浆运动速度的条件下,取泥浆的塑性黏度为绝对黏度,研究泥浆的密度和黏度对携带钻渣粒径的影响,结果表明,相对于泥浆的密度,泥浆黏度对携带钻渣粒径大小的影响更明显。     

砂砾地层中盾构切口添加材的试验研究

针对砂砾地层盾构施工中,对几类泥浆切口添加材的泥浆黏度、失水量以及对混入泥浆添加材的砂砾切削土混合体的塑流性(坍落度)和止水性(透水系数)进行了研究分析比较.最后根据试验结果,对切口添加材的选择、配合比及在砂砾地层切削土的泥浆添加材的注入量等方面提出了一些建议,以供类似工程参考.     

基于有限元盾构开仓开挖面稳定性及施工技术研究

以广州地铁4号线塘—大区间盾构隧道为依托,针对盾构开仓开挖面稳定及施工技术展开研究。采用有限元分析方法,对盾构开仓开挖面破坏形式、开挖面变形和开挖面前方地表沉降三方面进行稳定性分析,得到相应规律;从盾构开仓刀盘后止水措施、开挖面泥膜质量控制和盾构开仓期间监测措施三方面对盾构开仓开挖面稳定施工技术进行研究,并提出主要相关参数。盾构开仓期间,利用盾构外壳预留孔采用高压注浆方式向盾构周边注入1.10~1.15 g/cm;的高粘度浆液,以免浆液流失;工程遵循"高稠度、高密闭、低比重、易成膜"措施,调整泥浆参数,同时对所选泥浆材料进行优化;采取加密监测频率方式,周边地表监测频率为8次/d。最后给出开挖面异常工况处理措施,并将该方案应用于实际,取得良好效果,为大湾区盾构开仓开挖面稳定提供工程参考。     

灌注桩自动控制检测仪器的设计与应用

针对灌注桩施工质量及钻孔内泥浆浓度无法实时监控的问题,根据钻孔内泥浆浓度、沉渣厚度及混凝土对应变片产生不同的侧向压力而提出一种新型仪器,旨在实现对灌注桩从钻机成孔到混凝土灌注各个施工过程中的可视化检测;并为钻孔过程中,针对泥浆提供一种自动控制与检测设备,即实现了自动控制制浆、送浆、关停泥浆泵、检测泥浆浓度的一套自动化设备。研究结论:(1)随时检测成孔过程中护筒内泥浆的高度和浓度,并视情况自动控制送浆泵的开停;(2)实现对钻孔内任一层泥浆浓度及沉渣厚度的检测,可有效提醒何时达到灌注要求;(3)在灌注混凝土过程中,通过自动检测钻孔内的灌注高度,实现对拔导管根数、混凝土灌注量及抽浆泵开停的控制;(4)实现对孔径、孔中孔洞和人防位置等孔内情况的检测及对钻机钻头磨损情况的控制;(5)本研究成果可为灌注桩检测提供一种可视化方法。     

京张高铁大直径泥水盾构施工泥浆环保处理措施研究

在城市建筑物密集区,采用泥水盾构进行隧道施工往往面临泥浆无处排放的难题。以新建京张高铁清华园隧道为背景,通过对地质状况的分析和研究,采用了泥浆环保综合处理的方法:(1)以泥水分离设备为核心,对泥浆进行总体处理;(2)处理后合格的泥浆通过制、调浆系统的补充和调整进行再利用;(3)处理后不合格的弃浆则通过压滤设备、离心设备和化学药品进行环保处理;(4)对泥浆处理设备进行噪声控制。研究表明,通过上述措施,实现了废弃泥浆的无污染处理,使盾构施工对于环境的影响降低到最小程度。     

泥水盾构长距离砂卵石地层穿河施工中不换刀技术

针对沈阳地铁9号线一期土建工程泥水平衡盾构在砂卵石及黏土地层中下穿500 m宽浑河隧道工程,对可能遇到的刀盘刀具严重磨损及结泥饼现象进行了预判,通过对地质颗粒成分组成及浑河水位变化情况进行分析研究,优化创新了刀盘结构形式和刀盘刀具耐磨设计,增强了环流系统泵送能力,改进了防结泥饼冲刷管路设计,再辅以施工辅助技术,不但实现了泥水盾构在该工况下不结泥饼和不换刀,还节约了施工成本。该技术的成功运用可为今后类似工程提供参考。     

全断面黏土地层泥水盾构改造及高效环流出渣技术研究

扬州瘦西湖隧道采用旧泥水盾构设备全断面穿越膨胀性黏土地层,施工过程中泥浆产量大、难以分离,并且容易引发黏土块黏附刀盘、堵塞排泥系统等问题,从而影响施工的正常进行。针对扬州瘦西湖隧道工程环流系统面临的难题,对盾构刀盘的刀具进行重新选型和配置,对冲刷系统和环流管路进行一系列改造,通过室内模拟实验揭示黏土块溶崩破碎规律,实现了黏土块的块状切削和泥浆减量化,防止了刀盘结饼、泥水管路堵塞,形成了全断面黏土地层高效环流及出渣技术,保证了工程的顺利实施,产生了极大的经济效益。     

喷膜防水层在隧道复合式衬砌中的防水效能模拟试验研究

对丙烯酸盐喷膜防水层在隧道复合式衬砌中的不同工作状态进行模拟与测试，以对其防水效能及影响因素做出评价。通过单层、双层混凝土试验板对防水层及隧道衬砌的局部结构进行了模拟，并通过手动泵进行渗漏水压加载。由试验可见，在单层试验板中没有排水层或排水层不通畅时，较低的水压就能在防水膜后形成渗流通路；在双层试验板中没有排水层或排水层不通畅时，防水膜能抵抗一定程度的渗漏水压；只有在双层试验板中的排水层畅通时，防水膜才能有效地将渗漏水控制在排水层中排走。试验结果表明，衬砌间的挤压应力、防水层的弹性恢复能力、通畅的排水层对丙烯酸盐喷膜防水层在隧道复合式衬砌中的防水效能发挥首要作用。     

直控式泥水盾构 江底浅埋段施工技术

南宁地铁 3 号线青市区间越江隧道工程,盾构机在泥岩地层施工中存在刀盘结饼、渣土滞排等技术难题, 不仅降低盾构施工效率,更因渣土滞排导致江底段施工时易出现隧顶覆土击穿、盾尾密封失效等施工风险。通 过施工前对盾构机选型,针对泥岩地层段施工技术难题,对盾构机进行针对性设计、改造,在施工中控制及优 化掘进参数等,已有效缓解泥水盾构泥岩地层施工中刀盘结饼、渣土滞排等技术难题,提高泥水盾构泥岩地层 的施工效率,降低江底段泥水盾构的施工风险,对类似工程特别是泥水盾构江底浅埋段泥岩地层施工具有一定 的参考价值。     

微承压水地层超深地下连续墙成槽稳定性分析

以苏州火车站综合改造工程中连续墙成槽施工为背景,结合一典型事故案例,通过现场施工、检测及计算分析,从地层条件、施工参数等方面探讨了微承压水地层中超深基坑地下连续墙的成槽稳定性问题.研究表明:微承压水地层是连续墙成槽塌孔的重要因素.抓斗施工时频繁抓土与上提,使其下方一定范围的泥浆受到负压影响而减弱护壁作用.地面超载较小时...     

兰州地铁1号线黄河隧道盾构施工难点及应对措施研究

兰州地铁黄河隧道为国内首条交通工程类下穿黄河隧道,地质条件极为独特。为解决盾构连续性长距离在大粒径高压富水弱胶结高硬度的砂卵石地层中如何安全顺利掘进下穿黄河,采用理论分析与现场施工反馈紧密结合的方法,研究盾构下穿黄河施工难点及应对措施。研究表明:土压盾构在穿黄施工中相继遇到刀盘卡机、刀具磨损、螺旋机喷涌、固结泥饼、地面塌陷等问题;泥水盾构相继遇到掘进困难、卵石积仓滞排堵管、破碎机故障频发、刀盘刀具管路磨损、泥浆击穿河床等问题,通过设备改造,优化掘进参数,做好区间降水、工法辅助、泥浆制配、渣土改良、刀具改进、气压稳定等工作,有效解决盾构在砂卵石地层中掘进的相关问题,确保黄河隧道顺利建成。     

聚合物泥浆在超深地下连续墙施工中的应用

随着城市轨道交通工程及地下空间工程的迅速发展,深大型基坑工程开始不断涌现,该类基坑主要有开挖深度深,开挖面积大等特点。地下连续墙作为富水、自稳性差地层基坑的主要支护形式,其围护嵌入深度也随着深大型基坑的出现而越来越深。依托昆明轨道交通4号线火车北站工程,阐述护壁泥浆作用机理,并通过现场试验分析研究聚合物泥浆在地下连续墙施工过程中控制槽壁稳定性的作用。火车北站工程地下连续墙最深达70 m,厚度为1.5m,在国内同等宽度的地下连续墙中深度尚属首例。研究成果表明,聚丙烯酸钠泥浆在类似地下连续墙施工中具有良好的护壁性能,这对类似地下连续墙施工过程中槽壁稳定性控制具有重要的参考意义。