土压平衡盾构施工中红粘土土体改良试验研究

红粘土是一种特殊土,具有高液塑限、高粘聚力、富含粘土矿物以及复杂的微观结构等特点。土压平衡盾构在穿越红粘土地层过程中,常遇到刀盘结泥饼、土舱闭塞、排土不畅等问题。为此,文章以武汉市雄楚大道新建高压电力通道工程土压平衡盾构掘进穿越红粘土地层为背景,研制了一种由阴离子表面活性剂A、非离子表面活性剂B和抗粘添加剂C复配而成的新型改良添加剂,通过性能试验、搅拌试验、坍落度试验、稠度试验、液塑限联合测定试验评价了土体改良的效果,得到了含水率为40%及改良剂注入率为30%的理想土体改良指标。通过对比试验表明,研制的新型改良剂对红粘土土体的改良效果较好,所得结果可为红粘土地层盾构施工中的土体改良提供参考。最后文章分析了添加剂改良红粘土的机理,得出红粘土遇水易膨胀、易泥化、强粘滞性是盾构施工过程中"结泥饼"的根本原因。     

土压平衡盾构施工中泡沫改良圆砾地层试验研究

随着我国城市地铁的讯速发展,盾构法隧道开挖得到了广泛的应用。土压平衡盾构在圆砾、卵石地层中施工出现了许多问题,如动态土压平衡难以形成、刀盘扭矩过大、刀盘和刀具磨损过快等,最有效的解决方法是土体改良。文章通过研制可以改变泡沫性能参数的新型发泡装置,全面研究泡沫的性能,为科学使用泡沫提供依据。在盾构开挖的圆砾地层中钻井取样,利用泡沫进行改良,通过塌落度试验获得泡沫对圆砾塑流性(塑性流动性)影响的实验规律,得到适合土压平衡盾构施工的最优泡沫注入比。     

富水复合地层土压平衡盾构渣土改良试验研究

针对南昌地铁4号线富水复合地层，对饱和砾砂和中风化泥质粉砂岩进行渣土改良试验，选择合适的改良剂，并开展改良剂性能测试，基于坍落度试验、渗透性试验、直剪试验确定饱和砾砂和中风化泥质粉砂岩的改良剂合理添加比。将室内渣土试验成果应用于现场渣土改良，验证室内渣土改良试验的合理性。结果表明，采用泡沫剂溶液浓度为3%和膨润土泥浆配合比为1∶8时，改良剂性能满足工程要求。对于饱和砾砂渣土，合适的改良剂添加方式为泡沫与膨润土泥浆比4∶1，添加比为5%～7%；对于中风化泥质粉砂岩，合适的改良剂添加方式为泡沫与膨润土泥浆比为1∶4，添加比为10.8%～12.6%，或者全膨润土泥浆，添加比为9.9%～12%。     

复合地层盾构隧道泡沫改良碴土试验研究

盾构长距离穿越复合地层时,会出现喷涌、刀盘结泥饼、刀盘扭矩过大、刀具磨损严重等施工问题。文章通过自制泡沫发生装置,进行了泡沫改良碴土试验,分析了不同泡沫注入率下全风化、复合、强风化地层碴土的各项物理参数变化情况。试验结果表明:注入泡沫可有效降低碴土的渗透性系数、粘聚力和内摩擦角;使用注入率为20%的泡沫处理改良碴土,其渗透性系数可降低至10-6m/s,满足盾构隧道施工的抗渗要求;盾构掘进强风化土、复合土、全风化土时,满足理想状态下土体"塑性流动"要求的最优泡沫注入率分别为30%,10%和10%。     

泡沫改良富水砂层工程性质的实验研究

土压平衡盾构穿越复杂地层时,必须采取土体改良措施,目前泡沫改良土体已被广泛应用于盾构施工中.我国地铁施工中所用泡沫剂多为进口产品,国内产品因质量原因采用很少.利用自行研制的泡沫剂开展泡沫对细砂、粗砂土性改良的试验研究表明,泡沫不但能显著降低砂土的渗透系数和剪切强度,而且能大大增强土的压缩性:若加入适量膨润土或粘土,则可获得进一步提高砂土保水性、流动性及进一步降低砂土的渗透系数和剪切强度的效果,这对盾构施工中改良土体工程性质的研究具有重要意义.     

北京地铁十号线土压平衡盾构土体改良技术应用研究

结合北京地铁十号线一期盾构隧道工程,对土压平衡盾构土体改良技术的应用进行了系统的研究、总结,提出了土压平衡盾构施工的主要问题和施工中采取的主要措施和关键技术,分析了新型泥浆土体改良技术、气泡土体改良技术、泡沫和膨胀土泥浆相结合的土体改良技术等的作用机理和特点,指出了土压平衡盾构土体改良的重要性和目前的研究现状.     

南京砂岩地层盾构掘进中的土体改良技术

为了确保土压平衡盾构在砂岩地层中能够顺利施工,需将砂岩土体改良成具有良好的塑性流动性、较低渗透性以及较小内摩擦角的土体,通常采用的方法是在开挖面及土仓内注入各种土体改良剂。介绍了南京轨交禄口机场线某段区间隧道工程添加泡沫剂的土体改良方法。通过对土质的分析、泡沫剂改良土体的室内实验,确定了该工程采用泡沫剂的施工参数,从而确保土压平衡盾构在砂岩地层中的顺利施工。     

泡沫剂对土压平衡盾构主要掘进参数的影响研究

为实现土压平衡盾构快速高效掘进,文章依托厦门地铁2号线3标湿地公园站—五缘湾站区间盾构施工,进行盾构主要掘进参数的影响因素研究,分析了泡沫剂参数与盾构掘进参数的内在关系。通过4种泡沫剂的室内配比试验,并结合现场试验,研究泡沫剂浓度、气液比和泡沫注入比对改良土体的内摩擦角和容重的影响。结果表明,泡沫剂浓度增大1%,渣土内摩擦角减小约2.43°;泡沫剂各参数对刀盘扭矩影响程度是泡沫浓度泡沫流量膨胀率,对盾构推力影响程度是泡沫浓度膨胀率泡沫流量,泡沫浓度对两个掘进参数的影响都最大。当采用改变泡沫系统参数来改善掘进状况时,优先选择改变与掘进参数具有显著线性关系的泡沫浓度,来控制盾构推力和刀盘扭矩达到合理的数值范围,保证盾构安全、顺利掘进。在该工程施工中,泡沫浓度每提高1%,盾构推力平均减小约1 710 kN,刀盘扭矩平均减小约316 kN·m。     

富水砂卵石地层土压平衡盾构隧道碴土改良试验研究

文章以成都地铁3号线盾构隧道工程为背景,进行针对性的富水砂卵石地层碴土改良试验。通过室内试验研究,得出改良剂的合理浓度配比以及在不同含水率条件下泡沫改良的优化掺入比范围。在现场试验中,使用盾构主要参数作为间接评价碴土改良效果的指标,分析了在保证土体改良剂质量的前提下,采用泡沫剂+水在稍密卵石和中密卵石为主的富水砂卵石地层中进行碴土改良的可行性。运用三维有限元数值模拟进一步验证了其室内和现场碴土改良试验结果,得出的盾构隧道碴土改良剂优化配比值以及主要掘进参数值,可为类似在建和拟建工程提供参考。     

盾构泡沫系统优化改造及现场试验研究

在地铁隧道施工中,泡沫系统是影响土压平衡盾构掘进安全、质量和效率的重要因素。文章以杭州地铁一号线盾构隧道工程为依托,针对盾构自带泡沫系统自身不易控制、维修不便、系统复杂且不独立等缺陷,提出了优化改造措施,意在使泡沫系统完全国产化和独立化;通过改造前后泡沫系统操作性、精度控制、系统故障率及经济效益四方面的比较,证明了优化改造后泡沫系统的优异性能;同时,基于优化改造后的泡沫系统,针对杭州粉砂性土的地层条件下进行的盾构推进时泡沫系统施工参数的现场试验,分析了不同泡沫量对刀盘扭矩、推进速度的影响,结果表明泡沫参数适用于粉砂性土层中的盾构掘进。     

土压平衡盾构改良渣土坍落度试验与理论研究综述

针对土压平衡盾构改良渣土坍落度试验，从改良渣土合适坍落状态指标、改良渣土坍落度影响因素及机理、坍落度试验流变理论和坍落度试验数值仿真4个方面，详细剖析了国内外坍落度试验技术、理论与数值计算发展动态，总结既有研究不足，并提出了研究方向建议：基于坍落发展全过程提出渣土改良状态新型评价指标；探究泡沫衰变、渣土化学特性和矿物成分对坍落度的影响规律和内在机理；完善描述改良渣土坍落行为的流变理论模型，构建坍落度与流变参数的映射关系；研究改良渣土坍落度与带压状态流动行为及流变参数的联系。     

超大直径土压平衡盾构施工土体改良试验研究

盾构推进时开挖面的稳定对控制沉降起着决定性作用,因此要求作为开挖面支撑介质的土砂具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等特点,但是一般土壤不能完全满足这些特性,为此需要对开挖面土体进行改良。目前土体改良技术主要是在土体内加入膨润土、泡沫等添加剂来改善土体的性能,但是该技术对于超大直径、工程环境敏感的上海外滩通道工程是否适应值得探讨。为此,以上海外滩通道工程为背景,通过室内试验、模拟试验和现场试验研究了土体改良技术对超大直径土压平衡盾构隧道的适应性问题;通过室内试验验证了泡沫和膨润土对上海典型土体的改良效果;根据模拟推进试验结果确定了添加剂加量、发泡率等参数;最后通过现场试验探讨了改良效果。通过在超大直径土压平衡盾构施工中对土体进行改良,有效地保持了开挖面的稳定,减少了盾构推力与扭矩,刀盘磨损和机械负荷也都得到了很好的改善,盾构在土体改良后出土流畅、推进匀速,从而验证了土体改良技术对超大直径盾构隧道的适用性。     

φ800mm土压平衡式模型盾构试验系统的研制

文章针对自主研发的φ800 mm土压平衡式模型盾构掘进系统,详细介绍了盾构机壳体、掘削系统、螺旋出土器、推进系统和控制台5个重要部件各自的结构形式、布局特点、参数确定及具体功能等,并指出该模型盾构试验系统可根据不同的需求开展原样土体掘进试验、相似模型试验,以及盾构近接施工等复杂条件下的模拟试验;通过在原样砂土地层中的掘进试验结果,分析了地表沉降形态与发展过程及地层损失率与地层位移间的关系;运用Peck公式对地表沉降进行了计算并与试验值进行了对比,验证了该土压平衡式模型盾构掘进系统的可靠性。     

中国中铁盾构在成都地铁砂卵石地层中的施工应用

针对成都地铁富水砂卵石地层施工中存在的盾构扭矩偏小,刀具、刀盘、螺旋机磨耗严重,碴土改良效果不好,以及地表后期沉降明显等问题,文章介绍了中国中铁盾构的设计改进措施,其中盾构主驱动扭矩的合理设计、贯入度的精确选择,可有效防止刀盘卡壳或转速自动降低所造成的施工风险;盾构刀盘的合理设计和刀具布置,可减少碴土堆积和结泥饼现象,同时对碴土起着有效的搅拌作用。有效的碴土改良技术,降低了刀具的磨损,减少了换刀次数,延长了换刀里程。实践和研究结果表明,中国中铁盾构能适应富水砂卵石地层的施工,地表后期沉降满足规范要求。     

土压平衡盾构长距离穿越砂性地层施工技术

土压平衡盾构长距离穿越砂性地层,往往会产生刀盘刀具磨损严重、砂土液化引起地面沉降甚至塌陷、螺旋机喷涌致使盾构掘进困难等问题。本文结合郑州轨道交通1号线一期工程紫金山站-东明路站区间隧道工程,详细介绍了盾构在砂性地层中施工所采用的各项针对性措施,分析了这些措施的实际效果,可供类似工程参考。     

富水砂卵石地层盾构施工渣土改良研究

对于砂卵石地层盾构施工,由于土体内摩擦角大、流动性差、渗透系数大,导致进入压力舱的土体很难形成“塑性流动状态”,给施工带来困难,因此必须对渣土进行改良;本文基于砂卵石土物理力学指标分析进行渣土改良剂比选,最终确定使用泡沫作为渣土改良剂;试验得出泡沫剂的最佳配比为3％;下,改良后的渣土内摩擦角由42．56°降低到38．24°;渗透试验表明最佳配比下,改良后的渣土渗透系数由2．315×10^-2cm／s提高到5．328×10^-5cm／s;通过试验数据得出,经过现场盾构试掘进验证了泡沫剂改良砂卵石土层具有良好的效果。     

土压平衡盾构土压平衡比控制的模拟试验研究

为验证采用土压平衡比控制土压平衡(EPB)盾构平衡推进的有效性,设计了适于盾构EPB电液模拟试验系统的土压平衡比控制结构,并研究了盾构在推进速度和土质变化干扰下的土压平衡比控制特性。结果表明,采用土压平衡比控制方法可使盾构在各种干扰下保持土压稳定及盾构平衡推进,可为采用土压平衡比方法辅助管理地层稳定提供参考。     

大直径铁路盾构隧道设计及选型技术研究

文章依托太原市铁路枢纽西南环线东晋隧道盾构设计与施工实例,从工程地质、水文地质、周边环境及风险控制等方面,对盾构隧道的设计与选型进行了适应性分析与探讨。结果表明,盾构选型是盾构隧道施工的关键,应掌握详尽的地质勘察资料,有针对性地选择盾构机类型和确定盾构机相关技术参数;盾构施工中加强碴土改良及注浆系统的配置,能较好地控制地层沉降;采用大直径土压平衡盾构机在周边环境复杂的地层中施工是可行的,能够最大程度减小对城市居民生活的影响。     

穿越全断面砾石层的盾构施工

通过北京市清河污水隧洞工程采用加泥式土压平衡盾构掘进机施工的实例.在国内首次介绍了盾构机成功穿越全断面砾石地层的有关技术参数和工程实测成果,并给出了成功施工的关键在于配制性能适宜的加泥泥浆的结论.     

深圳地铁11号线大直径盾构适应性设计

由于机车提速的需要,城市地铁隧道采用大直径盾构施工是未来的发展趋势,深圳地铁11号线在国内首次采用φ6.98 m大直径土压平衡盾构施工。文章针对深圳地铁11号线11301标段盾构施工过程中所遇到的球状风化体区间掘进难度大、软弱不均地层盾构掘进姿态难控制及软粘土地层易引起刀盘结泥饼等三大难题,从主驱动配置、刀盘刀具设计、盾体设计、螺旋输送机设计及碴土改良系统设计等方面对盾构进行了针对性的适应设计,并提出了大直径盾构设计优化建议,能够为大直径盾构设计及其应用起到指导作用。