南京纬三路过江通道泥水盾构泥浆配制试验研究

泥水盾构以其良好的适应性在过江过河隧道中得到了广泛应用。合理的泥浆配比及泥浆参数直接关系到盾构掘进的效率、安全及施工成本。以南京纬三路过江通道为背景,选取隧道穿过的4种砂性地层进行泥浆成膜试验,得到各地层的泥浆成膜参数;然后利用淤泥质粉质黏土地层中产生的废弃泥浆作为基础材料,向其中添加膨润土浆或CYHS-3型增黏剂溶液,得到满足4种地层施工需要的泥浆配方。结果表明:1)密度小于1.05 g/cm3的泥浆,不适于在砂性地层中成膜;2)膨润土浆和增黏剂溶液可以调节泥浆黏度;3)当泥浆黏度大于20 s时,膨润土浆对泥浆黏度有明显的调节作用;4)泥浆密度越大,增黏剂溶液对泥浆黏度的提高越明显,当泥浆密度小于1.10 g/cm3时,增黏剂溶液对泥浆的黏度几乎没有影响。     

复合地层泥水盾构环流关键参数选择探析

为研究复合地层泥水盾构泥水环流参数选择的问题,结合狮子洋隧道盾构工程,采用泥浆临界沉淀流速计算方法计算软弱地层和软硬不均地层所需的泥浆送、排量,并运用费祥俊模型试验公式进行验算。由于复合地层地质条件的复杂性,泥水盾构环流参数的影响因素较多,结合以上计算结果分析不同地层特性对泥浆送、排量的影响。研究结果表明： 1）2种方法的泥浆送、排量计算结果相差不大,证明泥浆临界沉淀流速计算方法具有准确性和合理性; 2）在软硬不均地层进行泥水盾构施工时,应加大泥浆送、排量,以减少输送颗粒在排浆管内滑移、平动,同时减少舱内积碴和泥浆管的磨损。研究结果可为复合地层下的泥水盾构施工提供参考。     

广深港客运专线狮子洋隧道泥水盾构泥浆综合管理技术

泥水盾构在穿越软弱不良工程地质及有高压涌水风险的地层施工过程中,确保泥浆系统高效运转、达到盾构快速掘进是当前泥水盾构施工面临的重要课题之一。介绍狮子洋隧道泥浆管理过程中泥浆配制、泥浆循环及泥水处理技术,并对盾构穿越特殊地层的泥浆管理技术进行总结。主要结论与建议如下:1)泥浆材料种类繁多,需要考虑经济因素及地层条件,合理选择泥浆配置主要材料及外加剂;2)泥水盾构穿越复杂地层时泥浆的各项性能指标必须根据地层变化情况及时进行调整;3)进一步开展泥浆黏粒含量、失水量及胶体率等参数现场快速测定试验研究。     

废弃黏土在泥水盾构泥浆配制中的再利用研究

南京纬三路过江通道在竖井施工和盾构始发段掘进过程中产生了大量废弃的黏土,如何经济环保地处理废弃土成为工程面临的一大难题。工程盾构段约40%的地层是粉细砂地层,该地层对泥浆指标要求较低,考虑利用废弃黏土来配制掘进泥浆。采用填土、淤泥质粉质黏土、膨润土分别与泥浆增黏剂混合配浆,使用自制的泥浆渗透仪测定泥浆的滤失量和成膜质量,最后结合现场施工监测数据验证泥浆配比的可行性。结果表明,采用始发段废弃淤泥质粉质黏土配制的泥浆稳定性较好,形成的泥膜致密、泥浆失水量小,能够满足粉细砂地层的盾构掘进。     

跨海隧道泥水盾构泥浆劣化试验研究

为解决泥水盾构在海底掘进时海水及含盐地层侵入导致泥浆性质劣化的问题，以厦门地铁3号线五缘湾站—刘五店站（五刘区间）海底隧道工程为依托，通过膨胀指数试验分析淡水、海水及NaCl溶液膨化造浆的区别，并通过海水混入淡水泥浆试验分析海水对泥浆性质的影响。试验结果表明： 1）相较于淡水造浆，利用海水或NaCl溶液造浆会使膨润土泥浆的电位显著降低，膨润土的膨胀性变差，甚至几乎不能膨化； 2）向膨水质量比为1∶10的淡水泥浆中添加海水，当海水添加质量达到泥浆质量的10%时，泥浆便分层离析、泌水； 3）添加羧甲基纤维素钠（CMC）和HS－3均能提高泥浆稳定性，增加泥浆黏度，降低海水混入时泥浆泌水率。基于以上研究成果，厦门地铁3号线五刘区间采用CMC和HS－3复合改性泥浆实现安全顺利穿越富水高渗透地层。     

泥水盾构泥浆管路磨损与减振处理技术

为了解决泥水盾构在大粒径卵砾石地层中掘进时,泥浆循环管路出现异常磨损和剧烈振动的问题,以兰州地铁某标段泥水盾构施工为工程背景,对泥浆管路磨损和振动原因进行了分析,并通过对排浆管采用偏心加厚设计、结合面整体铸造、冲刷面增加耐磨环、内壁浇筑高铬钼抗磨合金钢内衬以及管道连接处增加减震喉等方式对泥浆管路进行了改进,有效提高了泥浆管路的耐磨性能,降低了振动。     

砂卵石地层泥水盾构施工技术难点及控制措施分析——以兰州地铁穿黄隧道工程为例

为解决泥水盾构在砂卵石地层掘进过程中所面临的刀盘结构磨损严重、刀盘开口率调节不便、刀具磨损严重、泥水环流系统堵塞以及泥浆管路磨损严重等工程技术难题,针对兰州地铁穿黄隧道工程富水砂卵石地层条件,提出刀盘结构适应性改进措施、刀具磨损控制措施、环流系统改进措施以及泥浆管路磨损控制措施。研究表明： 1）对刀盘结构进行适应性改进,可有效解决砂卵石地层刀盘结构磨损严重和刀盘开口率调节等问题; 2）将边缘单刃滚刀改为双刃滚刀,导流刀改为撕裂刀,可有效增强盾构刀具的耐磨性能,提高盾构的掘进效率; 3）从碎石系统改进和大漂石、卵石处理2个方面对盾构环流系统进行改进,可有效解决盾构环流系统堵塞的问题; 4）将整体泥浆管路分为3段,相邻管路之间用法兰盘连接,可有效解决泥浆管路局部磨损严重的难题。     

大直径泥水盾构复杂地层长距离掘进过程中的泥浆管路磨损研究

泥浆循环系统管路磨损会导致盾构非正常停机,进而影响施工进度并带来安全风险,是泥水盾构施工过程中必须重视的一个问题。结合南京地铁10号线盾构隧道工程实例,针对不同材质、流速、泥浆密度及泥浆中固体颗粒大小等因素对泥浆输送管道的磨损影响进行了研究,通过与实际检测数据对比分析,针对性地提出了减小管路磨损的技术措施,为泥浆循环系统合理化设计、提高施工效率和保证施工安全提供了参考和借鉴。     

泥水盾构废弃泥浆环保处理的技术研究

随着我国城市化进程和城市地铁、隧道建设的快速发展,施工过程中会产生大量的废浆和渣土,如果处理不当,会造成环境的严重污染,尤其是在泥水盾构推进过程中,必须要对产生的废浆引起足够的重视,追究废浆的无公害处理和合理利用刻不容缓。针对泥水盾构推进废弃泥浆的环保处理技术研究进行简要的分析,有关经验可供相关专业人员参考。     

泥浆颗粒级配和地层孔径对泥水盾构泥膜形成的影响

为了研究影响泥水盾构开挖面上泥膜形成质量的主要因素,通过三维颗粒流程序(PFC3D)模拟了不同颗粒级配和不同密度的泥浆在泥浆压力作用下向不同孔径的地层中移动和泥膜的形成情况。模拟结果表明:增大泥浆d_(85)和泥浆密度有助于在地层表面形成良好的泥膜;地层孔径较大时,不易形成良好的泥膜,需要选择与之匹配的泥浆颗粒级配和泥浆密度。数值模拟得到了与室内试验一致的3种泥浆颗粒堆积形态:泥皮型、泥皮+渗透带型和渗透带型。当泥浆d_(85)与地层平均孔径Dp的比值d_(85)/D_p和泥浆密度较大时,堆积形态为泥皮型;当d_(85)/D_p和泥浆密度较小时,堆积形态为渗透带型。3种泥浆颗粒堆积形态中地层水压力从大到小排序为渗透带型、泥皮+渗透带型、泥皮型,而地层水平应力从大到小排序为泥皮型、泥皮+渗透带型、渗透带型。泥膜的支护机理为由泥浆和地层的水压力差对泥膜的作用力平衡地层的侧向土压力来保持开挖面的稳定。因此,形成的泥膜质量越好,泥膜的渗透系数就越小,泥膜处产生的水压力梯度就越大,可以提供的维持开挖面稳定的水平有效应力也就越大。影响泥膜形成质量的主要因素是泥浆颗粒级配、泥浆密度和地层孔径;在泥水盾构施工时,可以根据地层孔径调整泥浆颗粒级配和泥浆密度,使开挖面上能够形成良好的泥膜,从而保证开挖面的稳定。     

大直径盾构泥水分离处理技术研究与应用

为解决细颗粒地层对大直径盾构施工泥水处理的影响，以京沈客运专线13标望京隧道工程为研究背景，重点介绍离心机和压滤机的工作原理、设备参数、处理效果以及处理能力与影响因素。结合北京地区地质情况（砂层、黏土）,通过研究泥水分离处理技术在不同地层、泥浆密度以及不同外加剂条件下的泥水处理效果。结果表明： 选择合适的设备配置、运行参数及外加剂参量，可以有效处理泥水中20 μm以下细颗粒，控制泥浆指标，实现泥浆循环利用，达到“零排放、零污染”的目标。     

泥水盾构带压开舱时泥浆配制及泥膜形成实验研究

在水下盾构隧道的建设中难免会出现盾构停机进行开舱检修的情况,带压开舱是目前水下隧道开舱常用的方法之一。然而,如何调整泥浆使其在开挖面上形成泥膜对开挖面稳定更有利,是工程界极为关注的问题。结合南京长江隧道工程在砾砂地层中的带压开舱作业,开展泥浆配制及成膜实验研究。提出先以低密度、低黏度的泥浆形成渗透带,再以较高密度、高黏度的泥浆形成泥皮型泥膜的2步调整的泥浆方案,并在现场带压开舱作业中进行了应用,形成了气密性良好的泥膜,保障了开挖面的稳定,对今后类似的泥水盾构开舱时的泥浆配制有重要参考意义。     

清华园盾构隧道复杂互层地层下的掘进参数研究

为探明北京地区大直径泥水平衡盾构在复杂互层地层下的掘进参数变化情况,依托北京地区目前最大直径泥水平衡盾构工程清华园隧道,使用数理统计的方法针对盾构由粉质黏土掘进至卵石土、砂、粉质黏土互层地层时盾构掘进参数的变化规律及波动情况进行研究。研究结果表明： 泥水平衡盾构在粉质黏土区域掘进时,盾构刀盘转矩及盾构推力波动情况不明显;泥水平衡盾构在复杂互层地质条件下掘进时,盾构刀盘转矩及盾构推力分别增长46.43%和46.03%,同时盾构刀盘转矩的波动情况较粉质黏土区域有所增长,而盾构推力的波动情况与粉质黏土区域类似。     

盾构壁后注浆体在不同地层中固结排水试验研究

为分析盾构壁后注浆过程中不同类型的浆体在不同地层中固结排水规律的差异,采用自制的浆体固结排水试验装置,模拟盾构壁后注浆体的固结排水过程,对惰性浆、硬性浆和厚浆3种典型浆体在不同地层中的固结排水规律展开研究。结果表明:1)在粉质黏土地层中,浆体的固结排水速度主要由浆体中水分入渗的难易程度决定;2)在粉细砂地层中,浆体的固结排水速度主要取决于浆体的保水性和抗水分散性;3)在渗透系数较大的粗砂地层中,固结初期浆体颗粒间的黏结作用对浆体的固结排水速度影响较大,固结完成后浆体的强度受浆体中胶凝材料的影响较大、受地层渗透系数的影响较小;4)硬性浆固结完成后的7 d强度较3 d强度增加了30%,惰性浆和厚浆固结完成后强度随时间变化较小。     

PAM类有机絮凝剂对高黏粒含量废弃泥浆脱水性能影响研究

针对泥水盾构长距离穿越粉质黏土地层时产生的大量高黏粒含量泥浆难以快速脱水的问题，开展PAM类有机絮凝剂与泥浆混合后的絮凝沉降试验，研究泥浆中颗粒沉降速率的变化，通过颗粒粒径、上清液浊度和Zeta电位等性质变化分析絮凝沉降效果的差异，并通过比阻试验评价其脱水性能。结果表明： 1）阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）添加量为0.12%~0.15%、阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）添加量为0.06%~0.09%时絮凝沉降效果较好，可在2 h之内降低泥浆约10%的水分； 2）非离子型聚丙烯酰胺（NPAM）无法有效降低泥浆含水率； 3）PAM类絮凝剂通过团聚泥浆中黏土颗粒形成大尺寸的絮团，是实现泥浆快速絮凝沉降的关键因素，APAM对泥浆Zeta电位影响较小，CPAM添加量的增加使Zeta电位逐渐减小； 4）PAM类絮凝剂可加快泥浆的前期排水速率，使泥浆比阻值降低至1013 cm/g数量级。     

盾构隧道专用塑化剂对同步注浆浆液性质影响研究

为探究专用塑化剂对盾构隧道壁后注浆浆液性质的影响，通过室内试验对塑化剂不同掺量的同步注浆浆液性质进行测定，并通过固结试验装置探究改良后浆液在不同地层中的固结特性。研究表明： 1）盾构隧道盾尾壁后注浆专用塑化剂能够在不影响浆液强度的前提下，缩短浆液的凝结时间，随着塑化剂添加量的提高，浆液的泌水率、稠度、流动度都有减小的趋势； 2）专用塑化剂的最优掺量为0.4%~1.2%，在该范围添加量下，浆液的性能得到进一步提升，凝结时间会缩短； 3）改良后浆液在地层中的固结时间、沉降量、强度与地层性质相关，在粉质黏土、粉砂与粗砂3种地层中，改良后浆液固结完成时间依次减小，最终体积收缩率依次增大，28 d无侧限抗压强度依次减小。     

大直径泥水盾构针对长距离施工的优化

大直径泥水盾构在复杂砂卵石地层中长距离掘进施工,盾构经常会受到刀盘刀具磨损严重、进排浆管及阀磨损严重、破碎机及泥舱门故障和突发事件等因素影响而导致停机,从而降低了盾构设备的性能,严重时将直接威胁施工安全。为了优化盾构设计、方便检修及降低施工风险,对北京某项目12 m级泥水盾构在施工过程中出现的问题,通过对刀盘刀具、泥水循环系统、破碎机和泥浆门、电气系统、监控检测系统等的优化,提高了设备的利用率和施工效率,降低了施工风险和施工成本,确保了人员和设备的安全。     

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。