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。     

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。     

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。     

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。     

穿越湘江地层裂隙密集区域大直径泥水平衡盾构掘进参数控制

依托长沙市南湖路隧道工程,统计分析了大直径泥水盾构穿越地层裂隙密集带的掘进参数,并从理论方面分析参数变化的原因,最后对盾构穿越地层裂隙密集带掘进参数进行了控制。研究结果表明：地层裂隙密集带内裂隙的存在和不均匀分布导致岩体的整体性下降,强度降低,从而使得泥水盾构的总推力值和刀盘扭矩值降低;刀盘每转切深值参差不齐;泥水损失量比较大,裂隙密集区域内的泥浆损失量比正常区域内的大78％左右。在穿越地层裂隙密集区域时,盾构机应提高盾构总推力,防A：．2／盘每转切深的减小,从而使盾构机快速穿越裂隙带;增加泥水进浆量,弥补泥浆的损失,以保证掌子面的稳定性。这对今后泥水盾构越江穿越裂隙密集区域时掘进参数的控制有一定的指导意义。     

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。     

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...     

穿越湘江水下岩溶发育区地铁盾构选型研究与应用

长沙地铁3号线越江隧道穿越湘江岩溶发育区,盾构施工风险高。针对沿线砾岩夹泥质砂岩复合地层、断裂破碎带和复杂岩溶地层等特殊地质条件,考虑水下高水压等因素影响,对地铁盾构选型进行研究。考虑不同施工风险,对盾构各关键部分进行设计与改进;对岩溶地层进行注浆预加固处理,分析泥水盾构对穿越复杂岩溶地层的适应性。采用改进的泥水盾构成功穿越湘江水下岩溶发育区,掘进效果良好,表明泥水盾构选型对穿越湘江水下岩溶发育区隧道的施工环境是合理且适应的。     

大直径泥水平衡盾构适应性改造技术研究

研究目的:盾构完成一个工程项目后转移到另一个项目应用时,由于工程地质条件发生变化,为增强适应性,应进行相应的改造。为提高盾构设备使用率、降低工程成本、保证施工顺利进行,结合天津地下直径线工程,本文对黏性土层中大直径泥水平衡盾构适应性改造技术进行研究,并结合工程应用情况对改造效果进行分析。研究结论:(1)泥水平衡盾构适应性改造应结合工程地质情况和工程条件来进行,重点考虑刀盘及刀具、主驱动配置、泥水循环系统、冲刷系统的适应性;(2)在刀盘中心区域增加泥水冲刷系统,可有效防止泥饼的形成;(3)根据天津地下直径线工程经验,黏性土层中应保证盾构进泥泵可泵送泥浆密度不低于1.3 t/m3,排泥泵可泵送泥浆密度不低于1.4 t/m3;(4)该研究成果可为大直径泥水平衡盾构在黏性土层盾构选型及改造提供工程借鉴。     

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.     

絮凝-带式压滤技术在泥水盾构隧道泥浆处理中的应用

随着城市建设的发展,大直径泥水盾构工程越来越趋向城市中心地带,如何高效率、低能耗、绿色环保地对泥水盾构产生的废弃泥浆进行处理成为工程面临的一大难题。以京沈客专望京隧道工程为背景,针对该工程地质条件下泥水处理的难点和工程进度等实际情况,对直接排放、泥浆固化、化学絮凝、板框压滤、离心分离等处理方式进行适应性分析,将絮凝-带式压滤快速脱水减量技术应用到工程实际,并且开展现场试验研究,比选出适应本工程废浆处理的絮凝剂类型及其最佳添加量,设置合理的带式压滤系统,满足了每天2 700 m~3的泥水快速脱水需求,不仅实现了泥浆绿色、高效处理,还节约了成本,具有极大的经济效益和社会推广价值。     

砂砾地层中盾构切口添加材的试验研究

针对砂砾地层盾构施工中,对几类泥浆切口添加材的泥浆黏度、失水量以及对混入泥浆添加材的砂砾切削土混合体的塑流性(坍落度)和止水性(透水系数)进行了研究分析比较.最后根据试验结果,对切口添加材的选择、配合比及在砂砾地层切削土的泥浆添加材的注入量等方面提出了一些建议,以供类似工程参考.     

泥水盾构水平直管压力损失特性研究

为保证泥水盾构环流系统安全运行和降低能耗,基于计算流体力学和离散元法建立泥水盾构环流系统水平直管内卵石运动仿真模型,研究卵石浓度、卵石粒径和卵石比重对管道压力损失的影响。仿真研究结果表明:管道压力损失随卵石浓度增大呈近似线性增大;随卵石粒径的增大呈先增大后减小的趋势;随着卵石比重的增大几乎不变。     

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.     

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。     

糜棱岩断层破碎带水文地质参数反演的实例分析

以广州地铁七号线穿越糜棱岩断层破碎带的某盾构隧道区间为例,研究利用有限元方法反演糜棱岩断层破碎带水文地质参数的合理性。通过建立三维有限元模型模拟糜棱岩断层破碎带的抽水试验、现场涌水测试试验,分析拟合现场实测数据与数值模拟计算结果,从而确定糜棱岩断层破碎带的水文地质参数。结果表明:断层破碎带的水文地质参数不为单一值,符合糜棱岩断层破碎带裂隙发育程度不一的特性;通过对抽水试验的数值分析,说明有限元模型能高度拟合现场试验过程,因而反演得到的水文地质参数具有合理性;通过对现场涌水测试试验的数值分析,最大涌水量的实测值与计算值之间的相对误差值为4.8%,进一步说明反演得到的水文地质参数合理。     

钢套筒辅助技术在透水卵石地层泥水盾构接收中的应用

泥水盾构隧道的始发与到达控制一直是盾构掘进施工中的关键步骤,其难度较大且风险较高。为了保证盾构接收过程的安全、快速与经济,结合某地铁区间工程,对强透水砂卵石地层条件下的泥水平衡盾构钢套筒辅助接收技术进行试验。针对强透水砂卵石地层透水性强、被扰动性强以及地层不稳定等特点,对钢套筒设计、端头井加固、盾构机姿态校核、洞门处破除、到达洞门的掘进参数控制以及洞门注浆堵水处理等方面进行分析并形成一整套相关控制技术。从实际施工效果可知,采用该技术进行盾构接收具有安全性高、工期短、施工成本低以及适应性强等优点。     

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。     

砂卵石强透水地层泥水平衡盾构隧道开挖面极限支护压力研究

以兰州市轨道交通1号线穿河段泥水平衡盾构隧道为工程背景,针对砂卵石强透水地层盾构隧道开挖面稳定性问题,应用FLAC 3D建模分析渗流作用下隧道开挖面的极限支护压力。结果表明:隧道开挖后围岩渗流场发生改变,产生水压力差,造成地下水沿洞周渗出,孔隙水压力等值线呈漏斗状分布;渗流作用下开挖面极限支护压力为107 k Pa,岸堤经泥水盾构下穿后沉降量较小。最大沉降现场监测值与数值计算值误差为11.1%,表明计算模型合理,计算结果可靠。     

大直径泥水平衡盾构浅覆土始发地表沉降特性

研究目的:在盾构始发阶段,由于覆土浅、地层自稳能力差,地层扰动引起的危害已成为不可忽视的问题。基于此,本文以京张高铁清华园隧道工程为背景,依据始发段实际加固方案及现场监测得到的始发段掘进参数,采用有限差分法建立三维泥水平衡盾构隧道数值模型,通过分析始发施工过程中隧道周边地表土体位移,并与现场实测进行对比,研究大直径盾构浅覆土始发段地层位移变化特征。研究结论:(1)数值计算与现场监测结果得到的土体位移规律基本一致,验证了本文盾构法施工数值模拟计算方法的工程实用价值;(2)由于始发竖井端头进行了高压旋喷桩加固,相应的地表沉降明显得到控制改善,印证了加固方案的有效性;(3)得到了大直径泥水盾构浅覆土始发土体变形规律:隧道轴线上方土体的沉降位移最大,为20 mm,两侧逐渐减小,两端呈现轻微上拱趋势,隧道周围土体有向洞室挤人运动的趋势;(4)该研究成果可为类似大直径盾构浅覆土始发工程提供参考。