盾构施工中泡沫掺量对土体改良效果的试验研究

在地铁建设中盾构施工的应用日益广泛,泡沫作为一种优质改良剂也越来越多地被应用到土体改良中。上海6号土具有较高的黏性,为了在上海6号土中顺利地进行盾构施工,在施工中需要添加泡沫进行改良。以上海6号土为材料,进行了一系列直剪试验,通过分析泡沫对黏聚力的影响,得出在上海6号土中泡沫掺量在30%到40%之间比较合适。     

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。     

复合地层盾构施工中泡沫对刀盘扭矩的影响分析及参数优化

在盾构施工过程中通常添加泡沫进行土体改良,土体的改良效果会直接影响盾构的掘进性能,而且对维持开挖面的稳定、提高掘进效率、减小刀具磨损具有至关重要的作用。依托穗莞深城际轨道交通虎门商贸城站到长安厦边站盾构区间工程,利用正交试验的方法对复合地层盾构掘进过程中土体改良效果进行研究,建立复合地层盾构施工中刀盘扭矩与其他掘进参数的数学模型,并对泡沫对刀盘扭矩的影响进行分析与参数优化。结果表明： 当添加泡沫溶液量为0.01 m3、泡沫体积分数为7%时,刀盘扭矩达到最优值2 033.1 kN·m。     

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。     

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。     

土压平衡盾构施工中泡沫改良砾砂土的试验研究

为了解决土压平衡盾构在砾砂土地层掘进过程中,土体塑流性差、刀盘及螺旋输送机磨损严重和开挖面平衡不易保持等问题,通过自制泡沫发生器发泡,对砾砂土地层的泡沫改良技术进行室内试验研究,分析气液比、含水率和泡沫掺量对塑流性的影响和改良前后土样的渗透系数的变化规律,得出泡沫发生器气液比在30∶1~55∶1、含水率为5%~12.5%、泡沫掺量为20%~40%时,土体具有较好的塑流性,泡沫的"轴承效应"和泡沫剂中表面活性剂的亲水基团与水、砾砂土颗粒形成的氢键是塑流性提高的根本原因;使用泡沫剂改良砾砂土后,渗透系数大幅降低,掺泡沫后在280 min内渗透系数随时间变化较小,能达到10~(-5)cm/s,泡沫剂溶液中高分子化合物的联结和液桥力是土样具有堵水作用的原因。     

浅谈全断面富水砂卵石层盾构施工技术

全断面富水砂卵石地层基本结构松散、胶结程度差,当采用土压平衡盾构施工时,土舱内很难形成流塑性较好的土体,给盾构施工带来诸多困难.结合西安地铁二号线南延段盾构隧道工程,总结了在全断面富水砂卵石地层中盾构施工的关键技术,提出了采用膨润土在该地层中进行土体改良的技术措施.盾构在富水地层施工时防水是重点,盾尾间隙控制和油脂注入量控制是关键.     

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。     

下卧泥岩富水圆砾地层盾构渣土改良技术研究

以南宁地铁5号线新秀公园站～广西大学站盾构区间为工程依托，开展下卧泥岩富水圆砾地层盾构渣土改良技术研究。以现场盾构排出渣土及改良剂作为试验材料，在初始改良渣土的基础上进行二次改良试验，根据坍落度试验结果及渣土状态分析理想渣土状态，通过计算得到建议改良参数。研究结果表明：下卧泥岩富水圆砾地层渣土理想坍落度范围为12～18 cm,每环盾构掘进过程中需要注入约1 010 L的水，泡沫原液用量16.7～30.48 L(浓度3%,发泡倍率15,注入比0～15%),采用建议改良参数后，掘进参数得到明显改善，渣土改良效果显著。     

盾构穿切过程中单桩复合地基动态响应的研究

为探究盾构直接穿切复合地基对复合地基承载性状的影响规律,依托郑州地铁5号线某区间盾构穿切水泥土群桩复合地基工程,对盾构穿切单桩复合地基进行现场试验研究。分析盾构切桩全过程中地表沉降、桩顶压应力和桩间土应力的变化规律。同时,在与现场试验分析结果进行对比验证的基础上,利用数值模拟进一步对桩身轴力和桩侧摩阻力进行补充分析。主要结论如下： 1）在盾构穿切单桩复合地基全过程中,加载板沉降发展规律大体分为盾构切桩前、刀盘切桩、盾体穿越残桩、盾体脱离残桩、同步注浆层填充与凝结、残桩脱离盾尾6个阶段。2）桩土应力比随着切桩施工过程先减小后增大;桩身轴力随着整个切桩过程发生变化,最终阶段轴力值相比切桩前有所增大。3）由于残桩桩长变短,桩身应力重分配比使得桩身出现2个中性点,中性点以上为正摩阻力,桩体受压;中性点以下为负摩阻力,桩体受拉。4）与最终的累计量相比,各阶段加载板沉降增幅比分别为20%（盾构切桩前）、60%（盾构切桩—注浆层凝结）、20%（盾构远离残桩复合地基）;桩土应力比增幅分别为-8%、-16%、-53%、3%、25%、66%。     

富水砂卵石地层盾构专用碴土改良剂的研制及应用

针对砂卵石地层黏聚力小、内摩擦角大、渗透系数大、流动性和稳定性差等特性所导致的土压平衡盾构掘进中易发生掌子面坍塌、喷涌等难题,研制富水砂卵石地层专用聚合型泡沫剂PSA,并在全断面富水砂卵石地层进行应用。应用结果表明： 聚合型泡沫剂PSA在全断面富水砂卵石地层的碴土改良效果与现场使用的进口泡沫剂相当,明显优于国产其他品牌的泡沫剂改良效果,满足全断面砂卵石地层盾构施工对碴土改良的要求。使用聚合型泡沫剂PSA每环可节约9.5%左右的材料用量,经济优势明显,具有广泛的推广应用价值。     

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。     

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。     

矩形盾构机模拟掘进试验研究

介绍了矩形盾构机的特点和技术参数,分析了其施工优势,对矩形盾构机模拟掘进试验进行了设计,完成了矩形盾构机掘进模拟土层试验和切削不同硬度混凝土试验,通过采集掘进参数、监测周围土层情况,分析了矩形盾构掘进对周围土层的影响。试验结果表明,矩形盾构机能在不同的地层条件下掘进,但切削混凝土能力有限。     

基于ABAQUS的盾构切刀群模拟切削研究

为了解决复合式土压平衡盾构(earth pressure balance)在实际施工时常出现刀盘结饼、刀箱堵塞等工程问题,从刀群切削效果角度研究刀盘刀具布置的合理性,采用切刀群和滚刀群的动态切削模拟方法,提出土体质量变化和刀盘受载的评价指标,得到以下结论:软土地质下切刀群存在内偏角时的切削效果明显好于无内偏角的情况;掘进地层地质较软时宜采用小切刀切削重叠量,地质较硬时宜采用大切刀切削重叠量。刀群布置的研究过程为实际工程问题的解决提供了方法,数值仿真结果为复合式土压平衡盾构刀盘刀群的组合设计提供了参考。     

大直径盾构刀盘刀具选型及常压换刀技术研究

由于盾构在软土地层和岩石地层的刀具切削原理和配置形式不同,对于不同地质,尤其复合地质刀盘刀具的适应性配置与磨损刀具的安全更换一直是当前大型盾构施工中遇到的技术难题。针对武汉地铁8号线越江隧道工程及其特殊的水文地质,分析大直径泥水盾构在软土和硬岩复合地层中刀盘刀具的选型配置,创新采用复合刀盘设计理念,并开发应用常压条件下滚刀齿刀互换技术,最后针对不同地质条件给出了刀具配置方案。通过采取以上措施,延长了刀具使用寿命,提高了刀具更换效率,降低了施工风险,实现了在复杂地层隧道的顺利穿越。     

砂卵石地层盾构隧道刀具更换方案研究

砂卵石地层盾构隧道更换刀具技术始终是困扰工程的一大难题。通过对砂卵石地层盾构更换刀具时地层坍塌机理的研究,提出了采用AB液填充注浆的方式。工程实例表明,采用AB液新型注浆技术方案比较适合在该地层的换刀加固。