压气条件下泥膜进气值测量试验研究

在压气条件下，进气是泥膜透气失效的起始点。为测量并研究泥膜在气压下的进气压力值（进气值），通过自制的试验装置，在不同压气条件下对3种泥膜进行进气值测量试验。试验结果表明： 1)由闭气排水与固结排水的差值可以辨别泥膜是否进气，得到泥膜进气值； 2)采用泥膜特征孔径D90/2代入推导公式可近似计算泥膜进气值； 3)泥膜在不同压气条件下进气值不同，增压速率越低，泥膜进气值越大； 4)在较快和较慢的增压速率下存在进气值变化趋于稳定的现象，最大进气值为最小值的2倍以上。     

复杂条件微型市政盾构隧道施工关键技术研究

南京某污水隧道工程采用直径2.8 m的泥浓式盾构,在穿越秦淮河下粉质黏土、风化粉砂质泥岩等软弱复合地层时,面临小竖井盾构始发、小半径曲线转弯、岸坡既有桩基拔除等难题,是目前中国典型的城区复杂条件下的微型盾构隧道工程。针对工程面临的技术难点,结合现场具体施工情况,采用筛分-压滤相结合的浓泥浆处理技术,解决了大量废弃泥浆处理问题,形成了小竖井盾构先推后盾分体始发、基于双主动铰接的小半径曲线转弯、旋转钻机配合套管钻头的桩基拔除等关键技术,提出了MMA底漆-瓷釉面涂的内壁防腐方案,可为今后类似工程建设提供参考。     

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。     

中国泥水盾构使用现状及若干问题

近十年来,泥水盾构隧道技术在我国应用越来越广泛,已成为大型越江海隧道和城市地铁建设不可或缺的关键技术。我国的泥水盾构技术,尤其是大直径泥水盾构工程技术不断成熟,工程的建设量和大直径盾构数量已居世界前列;然而,在泥水盾构技术快速发展中出现一些问题。在收集我国泥水盾构施工技术使用现状的同时,对施工中遇到的复杂地层、泥水舱构造、刀具过量磨损、频繁开舱作业、泥浆材料的使用及处理、盾构重复使用等特点进行梳理。结合代表性的泥水盾构工程实例,深入分析施工遇到的刀具磨损、开舱检修关键技术、泥膜闭气开挖面稳定、泥浆携渣及处理等问题,总结已有的施工经验及技术特点,明确我国泥水盾构技术发展的方向,以期推动世界泥水盾构技术的发展。     

砂地层孔径分析及其对泥浆在地层中渗透性的影响

为明确砂地层孔径分布特征及其对泥浆在地层中渗透的影响，采用压汞试验对5组均一粒径的砂地层孔径进行实测，并参考谢拉德等计算砂砾料滤层孔径的方法，基于等直圆管对砂地层孔径计算方法进行改进。同时配制9组不同性质的泥浆在不同孔径的砂地层中开展泥浆渗透试验，依据渗透试验结果讨论地层平均孔径与泥浆颗粒粒径之间的对应关系。以泥浆在砂地层中形成泥皮+渗透带的渗透试验为例，通过测试泥浆在地层中渗透流量的变化，并计算地层渗透系数的变化分析砂地层孔径对泥浆在地层中渗透的影响。研究结果表明：基于等直圆管进行计算的地层平均孔径与压汞法实测的孔径结果相符，即为地层中频率最大的孔隙的孔径；该计算方法考虑了对达西定律中渗透流速和渗径的调整，适用于颗粒粒径较为均匀，孔径较为单一的砂地层；泥浆在高渗透性地层发生渗透时，地层孔径越大，形成泥皮或泥皮+渗透带所需泥浆颗粒的粒径越大，地层孔径大小直接决定了通过孔隙的泥浆颗粒的粒径大小；渗入地层孔隙中的泥浆颗粒在地层中形成稳定淤堵，改变了地层的物理结构，降低了地层的渗透性，阻碍了泥浆的渗透过程；地层孔径与泥浆颗粒粒径之间的对应关系是影响泥浆渗透结果的关键因素。     

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。     

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。     

膨胀土地层泥水盾构停机时开挖面破坏原因及防治措施研究——以扬州瘦西湖隧道工程为例

为解决扬州瘦西湖隧道泥水盾构在膨胀性黏土地层停机时开挖面失稳和地面塌陷的问题,采用膨胀试验和崩解试验,研究下蜀黏土的膨胀特性和崩解特性。利用现场实测资料和数值模拟结果分析和论证膨胀性黏土地层停机时地表塌陷的原因： 泥浆持续渗透引起开挖面前方土体膨胀、崩解和剥落是导致开挖面失稳的原因; 开挖面的失稳过程可以分为4个阶段,分别是泥浆渗透阶段、开挖面前方土体膨胀崩解阶段和开挖面上方土体塌落阶段、塌落发展到地表形成地表塌陷阶段。提出控制盾构掘进参数、多次短停、适当提高泥水支护压力和适当增加泥浆密度、黏度等防止泥水盾构在膨胀性黏土地层停机时开挖面破坏的措施,并指导现场施工,取得较好的应用效果。     

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。     

CMC改性海水泥浆性质变化及砂地层成膜试验研究北大核心CSCD

为探究泥水盾构穿越海底砂地层时羧甲基纤维素钠(CMC)对海水泥浆性质及成膜效果的影响,配制不同CMC掺量的海水泥浆,分析泥浆泌水率、黏度、Zeta电位等性质的变化情况,并开展了泥浆渗透成膜试验。研究结果表明:相对于海水泥浆,加入CMC后的泥浆黏度逐渐增大,2h泌水率显著减小,形成的泥膜中结合水含量逐渐变大,泥膜渗透系数减小至4.03×10^(-8)cm/s;改性海水泥浆中粒径小于75μm的细颗粒含量显著增加,静置24h后,泥浆上部呈现浑浊,下部依然存在较严重的沉淀;当CMC掺量达到0.16%时,改性海水泥浆2h泌水率小于10%,成膜渗透流量小于0.01m^(3)/m^(2),可以保证泥浆短期稳定性并形成致密泥膜。