土压平衡盾构掘进施工中泡沫改良工艺的研究

为适应土压平衡盾构在复合地层中施工,需将盾构开挖地层中的土体改良成具有良好的塑性流动性、较低的渗透性,以及较小的内摩擦角,通常采取在开挖面及土仓内注入土体改良剂。现对土压平衡盾构掘进施工中的泡沫改良工艺进行叙述,对泡沫改良机理、泡沫使用参数、盾构机改良系统等方面进行了研究。     

压缩空气泡沫系统及其产泡特性研究

为解决土压平衡盾构压缩空气泡沫系统发泡过程中气液混合参数选择盲目、泡沫浪费严重等问题,结合网式和介质填充式泡沫发生器的特点,设计了复合式泡沫发生器,研制了一种压缩空气泡沫系统,并对其发泡性能进行研究。通过开展泡沫流量、发泡倍率及析液半衰期等试验,确定出影响泡沫发生器发泡性能的主要因素,得出气体流量、液体流量、气体压力等是影响泡沫发生系统发泡的主要因素,确定在进气管道气体压力为0.3 MPa、气体流量约为230 L?min-1、气液比在50条件下时,该压缩空气泡沫系统发泡性能达到最佳。通过泡沫对红黏土进行改良,得出当含水率为26%～29%、泡沫掺入量为10%～45%、气液比为40～75时,适当调整含水率、泡沫掺量、气液比,该红黏土能达到塑性流动状态,并能满足盾构施工要求。     

土压平衡盾构机密封舱土压力控制模型

基于有限元数值模拟方法,建立盾构机密封舱土压力的控制模型。通过分析盾构土压平衡的掘进参数之间及其与土舱压力间的相互关系,提出盾构机密封舱土压力优化控制模型。数值模拟结果表明：在保持推进速度不变的情况下,通过对密封舱内土压力的实时监测来控制螺旋输送机转速的实时变化,可控制密封舱内土压力在设定的范围内,从而实现土压平衡。     

南水北调中线工程潮河段隧洞盾构选型设计研究

针对南水北调中线总干渠潮河段隧洞工程的水文地质和工程地质条件,结合隧道结构、管片形式和施工特点,从土压平衡盾构和泥水平衡盾构的掘进机理及对不同地层的适应性进行分析。根据2种盾构的工作状况、出渣设备、施工场地、经济性、环境影响等多方面特点,对土压平衡盾构和泥水平衡盾构进行综合比较,提出适用于潮河段隧洞工程施工用的盾构机型。     

北京地铁大卵石地层采用开敞式盾构机施工的可行性

针对大卵石地层盾构施工的难点,从地质适用性、结构可维护性、自身性能特点、处理大卵石或孤石的优势、施工安全性与质量、施工速度等方面进行分析,阐述开敞式盾构机的可行性,给出了北京地铁开敞式盾构设计方案及施工工艺;针对大砂卵石地层中盾构施工,从掘进速度、经济特性、综合性能等方面对土压平衡盾构机与开敞式盾构机进行了对比,表明了在大卵石地层采用开敞式盾构机是值得考虑的。     

长株潭城际铁路浅埋高黏性上软下硬不良地层土压平衡盾构施工技术研究

针对土压平衡盾构在高黏性与上软下硬地层中掘进施工容易出现的问题,依托长株潭城际铁路湘江隧道工程,对土压平衡盾构在浅埋高黏性上软下硬地层掘进施工技术进行研究探讨,通过改进盾构泡沫系统、改良盾构刀具配置、优化渣土改良等技术措施,较好地控制了地表沉降,确保盾构安全顺利掘进,通过了浅埋高黏性上软下硬地层。     

超大直径土压平衡盾构近距离下穿人行通道施工控制技术

该文采用数值模拟方法分析超大直径土压平衡盾构下穿人行通道施工时的土舱压力设定;提出主要通过控制注浆压力来控制穿越阶段的同步注浆施工;建议将穿越段分为不同的控制阶段,各区长度的确定则要综合考虑盾构穿越层土压力的大小、盾构机推进的影响范围、盾构机土舱压力的调整能力等。推进过程中结合其他措施将某隧道近距离下穿人行通道的不均匀变形控制在2mm左右。     

盾构泡沫系统的电气控制

为了解决盾构施工中泡沫注入量和泡沫各成分混合比无法准确控制的技术难题,以某公司生产的土压平衡式盾构CREC036为例,详细介绍了盾构泡沫系统的电气控制方案。该方案以PLC和上位机组成泡沫控制系统,通过变频器和电动调节阀等执行部件对泡沫各成分的精确调节,经过工厂和现场的双重试验,证明该系统能够达到很好的泡沫改良效果,能降低泡沫原料的消耗,提高泡沫系统的性价比。     

土压平衡盾构机土压平衡控制策略研究

盾构机本身是具机、电、液、测控、土木等多学科技术于一体的工程机械,就北京地铁施工中所使用的一种土压平衡盾构机的土压平衡控制方法进行设计分析,通过控制开挖量与排土量达到动态平衡,以建立适当压力与开挖面的土体压力平衡,进而减少对土体的扰动,控制地表沉降,实现土压平衡控制,依赖推进系统及螺旋机系统协调控制。     

富水圆砾地层盾构施工关键技术研究

圆砾地层是南宁地区的典型地层,具有强度较高、透水性强、自稳性差、分布范围连续等特殊的工程特点。盾构机在穿越全断面圆砾层时,极易发生严重的工程事故。本文对南宁市典型富水圆砾地层下的盾构施工关键技术进行了研究和讨论:(1)圆砾地层盾构机选型技术方面,采用复合式土压盾构机;(2)开挖面支护压力控制方面,通过现场试验得出不同地层单元细分土仓压力控制值;(3)富水圆砾地层盾构全过程掘进方面,对带压换刀和盾构始发技术进行了优化和详细讨论。     

土体改良试验平台液压系统设计与分析

土体改良试验平台作为我国土压平衡盾构中土体改良剂研发的基础设施,必须具有完善的控制系统和进行实验分析的能力。介绍土体改良试验平台的功能要求,分析同步推进技术、螺旋输送技术及泡沫发生技术分别在推进液压系统、螺旋输送液压系统及泡沫发生液压系统中的运用情况,并对液压系统的主要参数进行计算,详细阐述各液压系统的工作原理,并对其控制策略进行分析。所设计的液压系统能够满足试验平台的控制要求。     

盾构隧道渣土改良理论与技术研究综述

土压平衡盾构在掘进过程中常遇到结"泥饼"、喷涌、刀具磨损等难题，需要对渣土进行合理改良，方可确保隧道顺畅掘进。常用的渣土改良剂有水、泡沫剂、分散剂、黏土矿物和絮凝剂，其中水和泡沫剂适用于各种地层，分散剂适用于黏性较大的地层，黏土矿物适用于缺乏细粒的颗粒土地层，而絮凝剂则适用于富水粗颗粒土地层，改良剂能够改变渣土的塑流性、渗透性、磨损性、黏附性、抗剪强度、压缩性等力学性质。针对盾构渣土改良难题，从渣土改良剂类型及技术参数、渣土改良评价指标及确定方法、改良黏性渣土力学行为、改良非/低黏性渣土力学行为、渣土改良下盾构掘进力学行为等5个方面，详细剖析了国内外盾构渣土改良理论和技术发展动态，总结既有研究不足之处。最后，提出了渣土改良研究方向建议：①水环境和温度对渣土改良效果影响；②黏性地层防"泥饼"新型改良剂的开发；③粗颗粒渣土改良技术；④渣土改良评价指标和体系的建立；⑤渣土改良作用下盾构掘进精细化数值模拟；⑥智能化渣土改良技术。     

盾构施工新型防结泥饼泡沫剂的研制与应用

针对黏性土层内摩擦角小、黏聚力大、渗透系数低等特点所导致的土压平衡盾构掘进中易发生土体黏附刀盘、土舱结饼堵塞等难题,研制黏土地层专用分散型泡沫剂DCA,并在高液限、强塑性黏性土地层盾构区间进行应用。通过对新型泡沫剂应用期间盾构掘进参数分析以及与同种地层其他泡沫剂的使用情况对比,对泡沫剂的应用效果进行评价。应用结果表明： 1）分散型泡沫剂DCA的碴土改良效果与现场使用的某进口泡沫剂相当,产品性能优于国内同类产品,满足强风化泥岩地层及砂卵石夹泥岩复合地层盾构施工对碴土改良的要求; 2）使用分散型泡沫剂DCA每环可节省10%~15%的材料用量,成本较优,经济效益明显,具有广泛的推广应用价值。     

土压平衡盾构施工风险监控系统及参数预警研究

为提高土压平衡盾构施工过程中的风险管控力度,增加盾构施工参数控制的精细化程度,做到盾构施工参数异常自动预警,设计并研发一种基于B/S构架的盾构施工风险监控系统。首先,对土压平衡盾构施工过程中的安全风险管控需求进行总结,建立系统的基本构架,确定系统的基本功能;其次,对盾构施工参数自动预警进行研究,提出参数预警的判断准则及判断方法,并将参数预警整合于盾构风险监控系统中,实现施工参数的自动预警;最后,通过缜密的算法及合理的界面设计完成风险监控系统的研发。系统的主要功能包括： 盾构参数监控、参数分析、参数预警、风险管控、施工管理等。     

基于S7-400H的 EPB盾构盾尾密封系统软件设计

利用S7-400H PLC冗余系统平台开发、设计土压平衡（EPB）盾构控制系统软件,能够进一步提高系统的容错能力;对盾尾密封系统的控制及使能条件的关联进行分析、总结,给施工过程中盾构操作及维修人员以指导;对盾尾密封系统的控制流程进行分析,给盾构控制系统软件设计人员以帮助。     

无水砂层土压平衡盾构长距离掘进施工技术

在石家庄典型地质全断面无水砂层及无水粉质黏土与砂层组成的复合地层,土压平衡盾构掘进施工中易出现“盾构推力扭矩大、盾构出土不顺利、地表沉降量较大、刀盘螺旋输送机磨损严重、盾构掘进姿态控制不易控制”等施工难点。以石家庄市轨道交通1号线和平医院站-烈士陵园站区间施工为背景,通过盾构选型、掘进参数统计及分析,得出盾构在全断面砂层中掘进时必须向改良土体注入膨润土泥浆和泡沫,以达到改良和建摩的作用;盾构在粉质黏土和中粗砂组成的复合地层中掘进时,单独使用泡沫改良土体就能满足掘进要求,膨润土泥浆将不以改良渣土为第一目的,而以润滑为第一目的;在这种地层掘进时,不应只注重掘进是否顺利,还应保护盾构构件,因此在黏土地层和砂层的复合地层掘进时,加入水或膨润土泥浆是必要的。     

黄土盾构隧道膨润土泥浆渣土改良技术研究

为了解决黄土地层中土压平衡盾构施工地铁区间隧道时出现的出土困难、土仓压力难以建立以及刀具温度过高等问题,采用膨润土、泡沫对渣土进行改良才能保证盾构掘进效果。采用正交试验法进行了膨润土泥浆优化试验与泡沫优化试验。通过膨润土泥浆优化试验找到了适合黄土地层的膨润土改良剂及膨润土泥浆的最优体积分数。通过泡沫优化试验找到了泡沫性能与发泡剂溶液最佳体积分数的关系,本文研究成果在实际工程中得到了成功应用,以期为类似工程提供借鉴与参考。     

砂性地层土压平衡盾构渣土改良试验研究

土压平衡盾构在砂性地层中施工时,土舱内的土体很难形成塑性流动状态,土舱压力平衡难以建立,易导致开挖面失稳崩塌、排土不顺畅、地表变形过大等影响盾构推进的问题。为确保盾构顺利推进,找出适应于该地层的改良剂及改良参数,对砂性地层土体改良进行研究。针对砂性地层采用添加泡沫剂和膨润土等方法进行改良,分析泡沫半衰期及发泡倍率随泡沫浓度变化的规律,膨润土泥浆黏度及相对密度随泥浆浓度变化规律,找出泡沫剂最优发泡浓度及膨润土最佳浓度,通过坍落度试验确定改良剂注入比,通过现场掘进试验分析改良效果,研究出适用于砂性地层的渣土改良方案。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。