土压平衡盾构穿越透水砾砂层渣土改良试验研究

土压平衡盾构在透水砂性地层掘进时,通常会出现不同程度的渣土喷涌问题,严重时可能威胁盾构隧道管片衬砌结构的安全。针对土压平衡盾构穿越深圳地铁7号线大沙河段透水砾砂层掘进施工,采用钠基膨润土与CMC作为渣土改良基材,开展透水砂层土压平衡盾构掘进渣土改良室内试验,揭示了改良剂浓度、掺量及不同组合对渣土改良效果的影响规律,并据此提出具有针对性的配比方案。研究结果表明:钠基膨润土泥浆对饱和砾砂改良效果显著,膨润土泥浆与CMC混合使用可以进一步降低改良土体的渗透系数,提升土体改良效果;结合工程实际给出膨润土泥浆浓度为11%、膨润土浆液与渣土体积比为1∶4的改良方案,通过对改良后渣土状态、盾构施工参数及地表沉降控制效果的综合分析,验证所提渣土改良方案的可行性。     

泡沫和膨润土泥浆对改良砂土渗透性的研究

依托南昌地铁4号线民园路西站—火炬路站区间富水砂层区段盾构施工,通过沿线地层组成、掌子面砂土颗粒级配分析,采用泡沫、钠基膨润土泥浆作为渣土改良主要材料,开展室内渣土改良试验,研究土压平衡盾构在穿越高渗透性、高水压砂性土地层时改良剂对渣土渗透性的影响,并得出渣土改良综合解决方案.结果表明:①膨润土泥浆对砂土渗透性改善优于...     

盾构渣土改良试验及绿色利用

研究目的:为了分析土压平衡盾构施工产生的渣土特性及其应用,通过开展室内黏性土和细砂的渣土改良试验,研究了黏性土和细砂的坍落度值随膨润土泥浆配合比的变化规律;并结合当前绿色地铁施工理念,提出了盾构渣土的综合应用及绿色渣土应用.研究结论:(1)膨润土泥浆改良后的黏性土和细砂具有明显的流动塑性;随着膨润土泥浆配合比的减小,渣...     

泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良技术

以南昌地铁1号线5标为工程依托,采用室内试验和现场验证对泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良技术。通过坍落度试验得到泥质粉砂岩渣土最佳坍落度为17~20 cm,并对渣土改良进行分析及数学公式拟合,得到坍落度与含水率和泡沫比的函数关系式。依据黏度指数的要求,确定渣土改良参数的取值范围:含水率范围为19.2%~23.2%,泡沫比范围为14.2%~36.6%。基于室内试验得到的现场施工渣土改良参数:盾构施工每环管片注水量范围为6.5~9.9 m3,泡沫剂注入范围为26.0~67.0 L。考虑盾构施工时改良参数相互影响,提出渣土改良精细化控制措施。通过现场实施验证,不仅渣土改良参数得以稳定控制,改良剂用量减小了22.0%,而且掘进参数也明显降低,渣土改良精细化控制效果显著。     

全断面砂层土压平衡盾构施工关键技术研究

土压平衡盾构在全断面砂层施工时,通常会出现刀盘和刀具磨损严重、推力和扭矩较大、掘进困难以及沉降过大等问题。针对全断面砂层土压平衡盾构施工,对渣土改良、刀盘和刀具以及泡沫系统改造等关键技术进行研究和工程实践,并对实施效果进行评价。实践证明,膨润土泥浆和泡沫对砂层渣土改良效果及地表沉降控制效果显著;配合泡沫系统改造,盾构掘进过程中推力和扭矩减小,掘进速度提高;刀盘和刀具改造后,磨损程度明显降低。     

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。     

粉质黏土地层隧道盾构施工渣土改良剂试验

研究目的:盾构掘进过程中,渣土的流动性、止水性、流塑性是盾构掘进效率及盾构机使用寿命影响的主要影响指标,因此对不同地层渣土性质的改良以满足施工要求极其重要。本文针对成都地区粉质黏土地层盾构施工,研发适用于粉质黏土地层专用渣土改良剂分散型泡沫剂。通过室内对渣土容重、流动度、黏附性等的测定,筛选出最好的改良剂配方。对成都地铁7号线盾构区间强风化泥岩地层渣土进行改良试验,分析不同泡沫剂对现场盾构掘进参数、泡沫消泡量、渣土性状的影响。研究结论:(1)通过配比试验及发泡效果检测,得到了多组泡沫稳定性和同类产品性能相当甚至更优的基准泡沫剂,泡沫半衰期在20 min左右,5 min消泡率在3%以内,完全满足盾构施工要求5 min内消泡不大于5%的指标;(2)针对粉质黏土地层特点,研制了分散型泡沫剂S53-JSSA-6(DCA),通过室内渣土改良试验,验证了其对粉质黏土的改良效果,加入分散型泡沫剂后较大程度地降低了粉质黏土的黏附性,可降低盾构在粉质黏土地层的结泥饼风险;(3)分散型泡沫剂DCA在强风化泥岩地层的应用试验表明,分散型泡沫剂的产品性能能达到巴斯夫同类泡沫剂,完全满足现场强风化泥岩地层的盾构施工要求;(4)本试验结果可为粉质黏土地层盾构隧道施工渣土改良研究问题提供参考。     

无水砂卵石盾构施工分区注入式渣土改良技术

无水砂卵石地层力学性质不稳定,卵砾石含量高,颗粒之间空隙大,无黏聚力,盾构在此条件下掘进,渣土很难被改良成“塑流性状态”,盾构推力、扭矩大且变化异常,刀盘、刀具及螺旋输送机磨损严重,盾构掘进效率低且时常发生开挖面失稳、地表塌陷等事故.结合北京地铁十号线二期7标的工程实践,提出了“分区注入”的施工方法.即根据刀盘上的7个注入孔的位置分布情况,通过外侧孔注膨润土泥浆,而中心区域注泡沫,中间的过渡区混合注入,膨润土泥浆与泡沫的配比可以根据不同工况做实时调整.该技术的成功应用,保证了盾构机长距离在砂卵石地层中连续高效掘进.     

大埋深盾构隧道穿越全断面砂层施工关键技术

以广州地铁十八号线某盾构区间为背景,分析了土压平衡盾构在上覆大厚度淤泥和淤泥质土条件下穿越全断面富水砂层的主要施工难点,总结了施工关键技术,主要得到以下结论：盾构在富水砂层掘进时,渣土改良是施工过程中的重点,本工程针对地层中的细颗粒含量,采用只注入泡沫的方法进行渣土改良,现场实践证明该方法能避免喷涌发生。施工中应根据地层条件,通过试验等方法确定适合的渣土改良方法。基于富水砂层的特性,渣土改良应以膨润土浆液为主,高分子聚合物为辅,同时在螺旋输送机出口安装防喷涌装置以避免发生喷涌。由于砂层在受扰动时易发生坍塌,盾构在通过砂层时可通过加快推进速度、尽量保持各施工参数稳定的方法快速穿越砂层段,同时严格控制出土量,保证同步注浆和二次注浆质量,避免地表沉降超出安全范围。     

富水漂卵石地层土压盾构高效施工技术研究

土压平衡盾构机在富水漂卵石地层中掘进存在刀盘刀具磨损严重,螺旋机轴易卡停断裂,渣土易离析喷涌,推进效率低下等问题。以成都轨道交通6号线工程为依托,采用刀盘刀具适应性改造,螺旋机耐磨技术改造,泡沫膨润土混合液渣土改良,“超前排渣、扭矩控制、泡沫动平衡”等措施。经实践,刀具的更换里程明显延长,可达到全区间1 082 m不换刀连续推进;螺旋机发生断轴后,修复时间由10 d缩短为3 d;采用混合注入的渣土改良方式,将刀盘扭矩降低了31%,螺旋机扭矩降低了49%,有效减少了卡停和喷涌情况;采用的掘进技术明显提高了施工进度,减少了停机风险。研究结果表明,采用的技术措施解决了土压平衡盾构机在此种地层中的施工难题,提高了施工效率,降低了工程风险。     

全断面微膨胀黏土地层盾构掘进技术研究

以合肥地铁2标全断面微膨胀粘土地层盾构区间为依托,通过对盾构试掘进产生的问题进行分析研究,提出了合适的盾构掘进参数和渣土改良方法。结果表明:利用泡沫管路系统采用水作为渣土改良剂,注水量为90 L/min左右,掘进速度控制在30 mm/min左右,配合调整掘进参数,可保证盾构在全断面微膨胀黏土地层顺利掘进。     

冲洪积复杂地层大直径盾构机长距离掘进关键设备配置设计研究

为避免出现大直径土压平衡盾构机长距离掘进复杂地层时设备配置不当导致渣土改良效果差的问题,以太原铁路枢纽西南环线东晋隧道盾构区间为工程背景,通过采用可变开口率完整直角型式复合刀盘,布设"立体分层"式刀具,土仓壁安装 3 个固定的主动搅拌装置,按照刀盘的旋转轨迹布置 16 路泡沫、膨润土喷嘴,设置 U 型转渣螺旋机,并在箱体上设计喷水口及改良口等措施,获得大直径土压平衡盾构机在冲洪积复合地层渣土改良的良好效果。     

盾构隧道穿越高强度强富水灰岩上浮段工程风险分析及应对措施

针对盾构穿越土岩交界面、高强度富水灰岩段及灰岩岩溶区所存在的风险进行分析,合理做好盾构选型,通过工程类比法并结合工程实际提出相应处理措施。采取全土压掘进模式、合理的掘进参数及渣土改良等手段控制土岩交界面上方管线及地表变形;穿越高强度强富水灰岩段,为防止掘进过程中产生"喷涌"现象,采取盾构半敞开式掘进模式、洞内补偿注浆封堵后方来水、地表注射聚氨酯和渣土改良等措施;针对高强度硬岩,通过合理选用刀具、控制盾构掘进参数减少刀具的磨损和破坏。穿越石灰岩岩溶区,针对溶洞的大小、与隧道相对位置关系和充填类型采取地面袖阀管注浆预处理,并结合管片预留孔进行注浆处理,通过采取上述综合技术措施,保证了盾构机在高强度富水灰岩上浮段的顺利掘进。     

浅覆土大粒径无水砂卵石地层盾构施工技术

直径6 m的盾构隧道已开始应用于北京电缆隧道。为确保盾构在浅覆土大粒径无水砂卵石地层中顺利掘进,采取了以下措施:渣土改良、加大同步和二次注浆量、优化掘进参数、优化刀盘布局和刀具等。通过试验结合现场的方法,保证盾构通过后地面沉降控制在规范要求之内。     

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。     

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。     

下穿运营线路的黄土塬盾构隧道的施工风险与对策

以位于黄土塬区的引汉济渭二期工程南干线引水隧洞为依托,探讨分析了黄土塬地区盾构引水隧洞下穿高速公路路基段和运营线路造成的地层扰动影响,在此基础上提出加强注浆、地层预加固、控制盾构土仓压力及出土量等措施以减少地层不均匀沉降的施工风险;针对盾构掘进穿越黄土塬区地层时,由于地下水位高,砂土渗透性强导致掘进困难,每环掘进漏泥多,清理时间长,盾尾涌水及螺旋出土机喷涌现象频繁发生的问题,研究了盾构喷涌的形成机理,据此制定了渣土改良、盾构掘进参数优化等防喷涌的施工对策;形成了针对黄土塬区盾构法引水隧洞下穿运营线路的施工风险分析与对策,为现场作业和相似工程提供施工指导。     

泥岩地层盾构施工渣土改良技术研究

针对泥岩地层盾构施工过程中易出现结泥饼现象,以南宁3号线盾构施工为工程背景,研究了渣土改良关键技术:通过优化刀具配置、改造渣土改良系统以及研究分散剂的最佳配比,防止了渣土黏附在刀盘、土仓及螺旋输送机内部,有效解决了结泥饼和堵塞问题,从而减轻了转动刀盘的运行负荷;同时,通过添加改良剂改善了土体的性能,确保了盾构机排土顺畅,从而提高了掘进速度,并保证了开挖面稳定。研究成果具有一定的应用价值,为类似地层土压平衡盾构施工提供参考和借鉴。     

南昌上软下硬地层土压平衡盾构渣土改良技术研究

以南昌地铁一号线5标中山西路站—子固路站盾构穿越上覆砂砾下卧泥质粉砂岩复合地层为背景,通过矿物成分分析,得知泥质粉砂岩中高岭土、伊利石和蒙脱土等黏土矿物成分含量高达40.5%,是现场盾构隧道容易结泥饼的关键原因。在室内试验成果的基础上,提出了渣土改良方案,并结合现场实施效果,相应地修正了现场渣土改良参数。总体而言,上覆砂砾下卧泥质粉砂岩复合地层土压平衡盾构渣土改良,每环管片所需泡沫剂确定在63~82 L,注水量为6~8 m3。     

全风化岩层渣土改良对盾构隧道开挖面稳定性的影响

以佛莞城际铁路工程为依托,对泡沫改良渣土进行室内三轴快剪试验,分析不同泡沫比时渣土应力-应变关系和强度特性。建立基于计算流体动力学的三维流固耦合数值模型,分析泡沫比对开挖面支护压力、地表沉降的影响,以及渗透系数对孔隙水压力的影响。分析结果表明:泡沫比为20%的改良渣土比未改良渣土黏聚力减少9.72 k Pa,内摩擦角减少11.18°;开挖面纵向支护压力随着泡沫比的增大而减小;随着改良渣土渗透系数的增大,孔隙水压力明显减少;泡沫比越大,开挖面上方地表沉降越大。