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。     

断层破碎地层泥水盾构泥浆渗透试验研究

为解决泥水盾构在断层破碎地层施工所需泥浆的配制问题,依托长沙地铁6号线桐文区间穿越湘江段工程,采用室内试验研究方法,对断层破碎地层泥水盾构泥浆配比、泥浆渗透及泥浆与地层适应性进行系统研究,研究结果表明:泥浆在断层破碎地层渗透时,超静孔隙水压力和滤水量稳定所需时间以及稳定后数值随着泥浆黏度、比重增大而减小,随着泥浆滤失量降低而减小;基于泥浆与地层适应性分析结果,得到泥浆配比为水:黏土:膨润土:羧甲基纤维素:腐殖酸钠=720:131:73:3.6:1.8;得到泥浆特性值泥浆黏度为30～35 s,泥浆比重为1.133～1.145 g/cm~3,泥浆滤失量在13.5 mL以下;以NDSY-3型泥浆在断层破碎地层渗透试验为研究对象,利用荧光素对泥浆渗透路径进行研究,得出泥浆渗透模型。     

泥水盾构废弃泥浆絮凝脱水试验研究

为解决泥水盾构产生大量废弃泥浆严重影响环境与施工进度的问题,选取广州地铁8号线亭岗—白云湖区间泥水盾构废弃泥浆,对添加单一絮凝剂、复合絮凝剂泥浆及不同相对密度和黏度的泥浆开展试验研究,对比其絮凝效果。结果表明:复合絮凝剂的絮凝效果优于单一絮凝剂,高分子量聚丙烯酰胺絮凝效果优于低分子量的絮凝效果;每500 mL泥浆粉煤灰最佳掺量为1.0～2.0 g,聚丙烯酰胺最佳掺量为1.5～2.0 g,随着相对密度及黏度的提高可以适当减小复合絮凝剂掺量和降低聚丙烯酰胺分子量以节约成本。     

富水砂卵石地层泥水平衡盾构适应性研究

在含大漂石的富水砂卵石地层采用盾构法施工在国内尚属首次,以成都地铁1号线盾构4标右线隧道泥水平衡盾构施工为例,结合施工中出现的问题,对泥水平衡盾构在砂卵石地层中的适应性进行初步研究,并提出相应的改进措施,对后续工程施工具有借鉴意义.     

泥水盾构废弃泥浆处理工艺研究

大直径泥水盾构机在施工过程中会产生大量废弃泥浆,为不影响城市环境,需要将其进行科学排放和妥善处理。本文系统阐述泥水盾构机施工过程中废弃泥浆处理需遵循的原则,即环保性、及时性和经济性,并结合已完成的大直径泥水盾构项目,对目前主流应用的压滤和离心两种废浆处理工艺进行对比分析,从处理总体效率、场地要求、成本等方面提出废浆处理实用性工艺,进而寻求一种综合性强、性价比高的解决方案,为泥水盾构施工提供借鉴和参考。     

全黏土地层泥水盾构环流系统泥浆处理关键技术研究

不同盾构工程对泥水系统的处理能力有不同要求,通常盾构直径越大、掘进速度越快,对泥水处理能力要求越高。在大直径盾构的施工中,若要全断面对膨胀性黏土地层进行穿越,那么就很容易产生大产量且难以分离的泥浆,还会使黏土块在刀盘上黏附,此外,也会产生排泥系统的堵塞等问题,施工效率也会被以上问题所影响。针对扬州瘦西湖工程地质特性,针对环流系统施工面临问题,对冲刷、环流系统进行改进,对盾构穿越泥水进行计算,并提出保证泥浆处理采取的各种措施,保证了超大直径泥水盾构穿越全黏土地层顺利实施。     

盾构隧道泥浆劈裂的室内试验研究

防止泥浆劈裂是保证泥水盾构开挖面稳定的关键问题之一。利用自制的模具来模拟现场盾构机在地层中掘进的情形,结合应变控制式三轴仪开展了室内泥浆劈裂试验。研究表明:当泥浆黏度在18~30 s范围内,泥浆劈裂压力值随着黏度值的增大而明显增大;但当泥浆黏度超过30 s后,泥浆劈裂压力值随着黏度值的增大而变化较小;当泥浆黏度在25~30 s之间,森麟经验公式中的系数α取1.0左右。此外,增加围压也可以有效提高泥浆劈裂压力值。     

复合地层泥水平衡盾构刀具磨损情况分析

为研究撕裂刀刮刀组合下,盾构刀具在含砂卵石复合地层中的磨损规律,依托京张高铁清华园盾构隧道工程,结合盾构在复合地层掘进时的刀具磨损实际情况,分析刀具在砂卵石与粉质黏土夹杂的复合地层中的磨损特点。首先,对刀具开仓检查的实际情况进行统计,总结刮刀与撕裂刀的磨损特点;然后,对不同地层条件进行划分,并对撕裂刀磨损量随安装半径与切削轨迹长度的变化特点进行分析。研究发现,当地层中粉质黏土含量多于砂卵石时,先行刀磨损可分为3个阶段,最大容许切削轨迹长1 500 km;当地层中砂卵石土占多数时,先行刀磨损分为2个阶段,最大容许切削轨迹长度小于800 km。同时,对外侧撕裂刀频繁更换与非正常磨损现象作出分析,认为外侧撕裂刀的更换更易导致刀具发生应力集中现象,加重磨损。针对以上分析,对刀具更换与掘进参数控制提出了相应改善措施。     

沿海复合地层泥水盾构施工适应性分析

以沿海广深港客运专线狮子洋隧道为工程依托,分析软土地层、软硬不均地层、全断面硬岩地层、断层破碎带4种典型地层条件下,大直径盾构隧道掘进中遇到的问题。结果表明:软土地层适合采用泥水平衡盾构掘进,掘进速度较快;在软硬不均地层中掘进时须对边刀间距进行优化并适当调整刮刀与滚刀的高差;全断面硬岩地层中掘进速度较慢,刀具磨损严重;在断层破碎带施工时须加强刀盘驱动系统和推进系统的最大承受荷载,根据地层变化不断优化掘进参数,维持掌子面的泥水压力,保证复杂地质条件及恶劣工况下盾构的掘进。研究结果对类似工程特别是沿海地区盾构隧道施工有借鉴意义。     

京张高铁大直径泥水盾构施工泥浆环保处理措施研究

在城市建筑物密集区,采用泥水盾构进行隧道施工往往面临泥浆无处排放的难题。以新建京张高铁清华园隧道为背景,通过对地质状况的分析和研究,采用了泥浆环保综合处理的方法:(1)以泥水分离设备为核心,对泥浆进行总体处理;(2)处理后合格的泥浆通过制、调浆系统的补充和调整进行再利用;(3)处理后不合格的弃浆则通过压滤设备、离心设备和化学药品进行环保处理;(4)对泥浆处理设备进行噪声控制。研究表明,通过上述措施,实现了废弃泥浆的无污染处理,使盾构施工对于环境的影响降低到最小程度。     

跨海地铁泥水平衡盾构施工地层突遇孤石群处理方法

厦门市轨道2号线海沧大道站-东渡路站跨海隧道区间采用泥水平衡式盾构机施工。盾构机刀盘直径为7 043 mm,管片外径为6 700 mm,管片宽度为1 500 mm。跨海区间穿越地层地质条件非常复杂,先后穿越淤泥层,强风化、中风化变质砂岩以及微风化变质石英砂岩层等,其中隧道穿越F8、F10风化深槽。左线正常掘进施工至412环时出现异常现象,当推进至417环时,刀盘完全卡死无法转动,盾构机顶部海床塌陷,停止推进。经地质勘探后,探明原因为地层突变遇孤石群。打捞气泡舱底部淤积的石头及刀具,采取多种保压措施,满足高压进仓条件后带压进仓更换刀具、清理开挖仓、处理孤石。采取合理有效的措施后,左线417环出现的刀盘卡死、海床塌陷等异常情况得以解决,重新恢复掘进。     

在软弱地层中采用泥浆盾构与土压平衡盾构的比较

感谢隧道工程机械工艺的进步，隧道可以在非常困难的地层中以机械进行开挖。在机械施工的隧道工程中，两个最重要的目标是：（1）在开挖时可靠地支承地层；（2）当衬砌建造时以灌浆保持盾尾以后周围地层的平衡。作比较了两种已建立的隧道机械施工方法-泥浆盾构和土压平衡盾构-以及关于这两种方法怎样实现这两个目标。     

铁路泥水平衡盾构隧道泥水处理场设置研究

随着我国铁路建设事业的蓬勃发展,盾构施工技术在铁路隧道工程中运用逐渐增多.泥水处理作为泥水平衡盾构施工的关键工序之一,其重要性不言而喻.本文结合某铁路盾构隧道泥水处理工程实例,简要分析了泥水处理的工作原理、工艺流程、设备配置,并着重从技术和经济角度探讨如何进行泥水处理场设置,包括设置原则、设计方法、工程费用及其主要影响...     

富水粉质黏土地层土压平衡和泥水平衡盾构掘进模式转换试验研究

沈阳地铁4号线劳动路站—望花屯站区间隧道穿越地层为富水粉质黏土地层,细颗粒较多,其中粒径≤10μm的颗粒占比达61.23％.选取该区间0～290环作为试验段,对泥水平衡和土压平衡两种掘进模式进行试验研究.通过详细讨论土压平衡模式和泥水平衡模式相互转换的关键技术,对比分析两种模式的掘进效率和地层沉降控制效果.试验研究结果...     

砂卵石地层泥水平衡盾构隧道掘进参数控制

砂卵石地层具有地层结构松散、孔隙率大、整体强度低等特点,在此地层中进行盾构施工,合理设置掘进参数至关重要。以兰州地铁1号线迎门滩—马滩区间隧道砂卵石地层泥水平衡盾构施工为依托,研究了砂卵石地层泥水平衡盾构掘进参数。现场监测结果表明,加大盾构总推力能够适当提高掘进速度,而加快刀盘转速却不能达到这一效果。采用FLAC 3D有限元软件数值模拟了不同支护压力和注浆压力下盾构隧道掘进过程。结果表明:掌子面支护压力应与掌子面土压力相匹配,同步注浆压力应与掌子面原位应力基本一致或略高。     

土压平衡盾构在富水饱和粉细砂层中掘进事故实测分析

以南京地铁许府巷站—南京站站区间右线隧道为背景,详细描述了盾构在富水饱和粉细砂层中掘进事故的处理及监测过程,并对实测数据运用土层沉降特性及Peck地表沉降计算法进行分析,总结了事故处理和预防的经验及教训,对后续施工及类似情况处理具有一定的借鉴作用。     

圆砾粉细砂层泥水盾构掘进参数的研究

以南宁地铁施工为依托,针对该地区的富水圆砾粉砂层级配颗粒大、渗透系数大的特点,对于盾构施工常见刀盘、刀具磨损较大、地表坍塌事故等情况下的圆砾粉细砂层泥水盾构掘进参数进行了研究。通过对工程地质的特殊性分析,试验段掘进参数的确定、优化及现场验证,取得了不同的土仓压力、泥浆密度、盾构推力大小和盾构掘进速度、控制每一环的出渣量、保证管片背后注浆的数量和压力大小等施工参数,有效地控制了地表沉降,延长了刀盘刀具的使用寿命,保证了盾构在该地层安全、顺利推进,取得了良好的施工效果。这对类似地层盾构施工具有指导意义。     

泥水平衡盾构开挖面失稳特征模拟试验研究

为研究泥水平衡盾构施工过程中开挖面的失稳过程与特征,使用泥水盾构模型装置,通过室内试验模拟泥水盾构开挖面的掘进失稳过程,分析地层水土应力变化规律,总结了不同水位下泥水盾构在砂土地层中开挖面主动失稳的破坏形式.研究结果表明:盾构刀盘前方土压力、超孔隙水压随着支护力减小先缓慢下降后加速下降并保持稳定,此时开挖面失稳破坏;在...     

砂卵石地层水泥盾构泥浆渗透试验分析

采用自制试验仪器,通过渗透试验研究泥浆对地层的适应性.试验表明,泥浆相对密度越大,泥膜质量越好,在相对密度达到1.08时,增大泥浆的黏度并不能有效减少泥浆的渗流量.泥膜的抗渗性与泥膜形成时的压差以及渗透时间密切相关,渗透成膜的压差越大,泥膜破坏需要的渗透压力也越大,而渗透时间长短决定泥膜凝胶强度的大小以及致密性.