风化花岗岩地层盾构渣土现场环保减量处理工程实践

土压平衡盾构施工过程中产生大量渣土,直接外运堆存处置不但成本高,且占用大量土地资源,运输过程中也极易因滴漏而污染环境。为解决渣土施工现场处置难题,依托深圳地铁6号线支线工程,针对渣土的物理特性,采用分级分选机脱水干化的解决思路,设计渣土施工现场环保减量处理系统,并采用室内试验探索干化泥饼的源化利用可行性。现场实施结果表明,渣土处理系统效率满足现场处理需求,分离出的砂石量全、强风化花岗岩地层可达50%,中风化花岗岩地层可达66%。室内试验结果表明,干化泥饼的物理力学性能满足路基填土使用要求,经养分改良后,可作为绿化种植土使用。     

盾构渣土的绿色处理及路基填料性能研究

随着我国地铁建设,产生了巨大量的盾构渣土。目前国内多采用消纳弃置,这种处理方式会造成土地资源浪费和环境污染。研制一种专业处理盾构渣土的复合固化剂,降低含水率,改良固化土颗粒组成,降低有机物含量,提高强度及稳定性。通过系列试验,对绿色处理后的盾构渣土的无侧限抗压强度、抗剪强度、加州承载比等力学性能指标进行分析,试验证明,绿色处理后的盾构渣土具有较高的强度和较好的工程特性,可用作道路路基填料。为盾构渣土的工程再利用提供了有益的参考。     

下卧泥岩富水圆砾地层盾构渣土改良技术研究

以南宁地铁5号线新秀公园站～广西大学站盾构区间为工程依托,开展下卧泥岩富水圆砾地层盾构渣土改良技术研究。以现场盾构排出渣土及改良剂作为试验材料,在初始改良渣土的基础上进行二次改良试验,根据坍落度试验结果及渣土状态分析理想渣土状态,通过计算得到建议改良参数。研究结果表明：下卧泥岩富水圆砾地层渣土理想坍落度范围为12～18 cm,每环盾构掘进过程中需要注入约1 010 L的水,泡沫原液用量16.7～30.48 L(浓度3%,发泡倍率15,注入比0～15%),采用建议改良参数后,掘进参数得到明显改善,渣土改良效果显著。     

黄土盾构隧道膨润土泥浆渣土改良技术研究

为了解决黄土地层中土压平衡盾构施工地铁区间隧道时出现的出土困难、土仓压力难以建立以及刀具温度过高等问题,采用膨润土、泡沫对渣土进行改良才能保证盾构掘进效果。采用正交试验法进行了膨润土泥浆优化试验与泡沫优化试验。通过膨润土泥浆优化试验找到了适合黄土地层的膨润土改良剂及膨润土泥浆的最优体积分数。通过泡沫优化试验找到了泡沫性能与发泡剂溶液最佳体积分数的关系,本文研究成果在实际工程中得到了成功应用,以期为类似工程提供借鉴与参考。     

环保型盾构渣土路面基层材料应用试验研究

以南京地区盾构渣土为研究对象,用自主研制的固化剂固化盾构渣土,通过击实试验、抗压强度试验、抗压回弹模量试验、干缩试验、冻融循环试验等一系列试验,探索固化盾构渣土用作路面基层材料的可行性。研究结果表明,固化剂的掺入会大幅改良盾构渣土的工程特性,当固化剂掺量分别为8%、12%、15%时,各土体的最优含水率分别为17%、18.4%、19.1%,最大干密度分别为1.77g/cm³、1.69g/cm³、1.64g/cm³;通过分别添加固化剂和水泥的盾构渣土对照试验发现,固化剂固化渣土的土体力学性能、干缩特性和抗冻融性能均明显优于水泥固化土,固化剂掺量越高,路用性能越好。研究成果可进一步推进盾构渣土在道路工程中的资源化利用,用作路面基层材料比用作路基填料经济效益更为显著。     

富水圆砾地层盾构渣土改良技术研究

为解决土压平衡盾构在富水圆砾地层中渣土不易改良及易喷涌问题,采用昆明地铁4 号线圆砾土作为试验材料,以膨润土泥 浆、羧甲基纤维素(CMC)与聚丙烯酰胺溶液(PAM)作为主要改良材料,泡沫作为辅助改良材料开展室内改良渣土坍落度和常水头渗透性试验。试验结果表明: 1)在塑流性方面,仅用泥浆或泥浆与CMC 混合改良时,圆砾土流动性过大; PAM 加入到泥浆改良渣土中时,能够提高渣土的塑流性; 泡沫的掺入对泥浆和PAM 共同改良渣土的塑流性无影响。2)在渗透性方面,CMC、膨润土泥浆和PAM 均可有效改善渣土渗透性,且渗透系数随着注入比的增加而增大; 泡沫的掺入对泥浆和PAM 共同改良渣土的渗透性无影响。根据试验结果可知: 当地下水头约为25 m 时,可将膨润土泥浆配比1 ∶ 4(1%CMC)、膨润土泥浆注入比(BIR)= 25%、PAM 注入比(PIR)= 12. 5%、泡沫注入比(FIR)= 20%或膨润土泥浆配比1 ∶ 3、BIR= 25%、PIR= 7. 5%、FIR= 20%作为此圆砾地层的渣土改良参数。     

工程渣土在道路工程中的资源化利用与性能分析

针对上海某地区积存的大量工程渣土,提出应用固化剂稳定工程渣土作为道路底基层、路基的技术方案,以强度及耐久性为关键控制指标,分析不同类型固化渣土路用性能。试验结果表明,固化渣土可以满足不同等级道路底基层、路基的性能要求,并具有较好的水稳定性,可以用作道路底基层、路基填料。     

盾构隧道渣土改良理论与技术研究综述

土压平衡盾构在掘进过程中常遇到结"泥饼"、喷涌、刀具磨损等难题，需要对渣土进行合理改良，方可确保隧道顺畅掘进。常用的渣土改良剂有水、泡沫剂、分散剂、黏土矿物和絮凝剂，其中水和泡沫剂适用于各种地层，分散剂适用于黏性较大的地层，黏土矿物适用于缺乏细粒的颗粒土地层，而絮凝剂则适用于富水粗颗粒土地层，改良剂能够改变渣土的塑流性、渗透性、磨损性、黏附性、抗剪强度、压缩性等力学性质。针对盾构渣土改良难题，从渣土改良剂类型及技术参数、渣土改良评价指标及确定方法、改良黏性渣土力学行为、改良非/低黏性渣土力学行为、渣土改良下盾构掘进力学行为等5个方面，详细剖析了国内外盾构渣土改良理论和技术发展动态，总结既有研究不足之处。最后，提出了渣土改良研究方向建议：①水环境和温度对渣土改良效果影响；②黏性地层防"泥饼"新型改良剂的开发；③粗颗粒渣土改良技术；④渣土改良评价指标和体系的建立；⑤渣土改良作用下盾构掘进精细化数值模拟；⑥智能化渣土改良技术。     

富水砂卵石地层盾构施工渣土改良研究

针对成都地铁富水砂卵石地层中盾构施工渣土改良进行了室内试验研究,初步得出适合于该地层渣土改良剂的种类和配比,并通过现场应用确定砂卵石地层盾构施工渣土改良的合理配比,为其他类似地层盾构施工渣土改良提供一种参考。     

富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验研究

富水砂层由于其高渗透性、高含水率及高摩擦角等特性,在盾构开挖时常面临喷涌、刀具磨损严重及掌子面压力不均等难题。依托南昌地铁4号线七里站至民园路西站高渗透富水砂层区间隧道工程,为确定最优膨润土泥浆改良参数,通过室内试验测试膨润土泥浆性能及渣土改良,确定合理膨润土泥浆黏度和盾构膨润土泥浆性能参数及高承压水砂层改良方案。研究结果表明：采用膨润土泥浆配比为1∶8,对应黏度约为22 mPa·s,改良效果较好;砂土中含水量可促进膨润土泥浆改善渣土流动性;对上述膨润土泥浆配比,当膨润土泥浆注入率为10%、聚合物注入比为1%时,改良后的渣土具有很好的流塑性和较低的渗透性。现场渣土改良结果也表明,采用上述渣土改良方案,可以有效降低刀盘扭矩和盾构机总推力、提高盾构掘进速度。     

砂性地层土压平衡盾构渣土改良试验研究

土压平衡盾构在砂性地层中施工时,土舱内的土体很难形成塑性流动状态,土舱压力平衡难以建立,易导致开挖面失稳崩塌、排土不顺畅、地表变形过大等影响盾构推进的问题。为确保盾构顺利推进,找出适应于该地层的改良剂及改良参数,对砂性地层土体改良进行研究。针对砂性地层采用添加泡沫剂和膨润土等方法进行改良,分析泡沫半衰期及发泡倍率随泡沫浓度变化的规律,膨润土泥浆黏度及相对密度随泥浆浓度变化规律,找出泡沫剂最优发泡浓度及膨润土最佳浓度,通过坍落度试验确定改良剂注入比,通过现场掘进试验分析改良效果,研究出适用于砂性地层的渣土改良方案。     

盾构砂性渣土-泡沫混合物渗透性影响因素研究

渣土改良是确保土压平衡盾构在砂性地层中安全高效掘进的重要措施。目前盾构渣土常用的改良剂是泡沫剂,泡沫与砂性渣土混合后能有效降低刀盘扭矩、提高渣土的抗渗性。为研究盾构砂性渣土-泡沫混合物渗透性的影响因素,通过常水头渗透试验,从砂土级配、泡沫剂体积分数以及泡沫注入体积比3个方面分析混合物渗透系数的变化规律。结果显示： 1）混合物的渗透系数与等效粒径d20呈正相关变化; 2）随着时间的增加,混合物的渗透系数K20逐渐增加; 3）随着泡沫剂体积分数的增大,混合物的渗透系数先减小后增大; 4）当泡沫的注入体积比达到一定值时,混合物的渗透系数趋于稳定。     

土压平衡盾构在砂层中掘进的渣土改良技术

渣土改良技术是土压平衡盾构在砂层中掘进的关键。结合南昌、郑州和西安地铁区间隧道盾构施工实例,对土压平衡盾构砂性地层改良技术的应用进行系统的调查研究,采用膨润土泥浆、泡沫剂、聚合物等添加剂对不同的砂性地层进行渣土改良,分析膨润土泥浆、泡沫剂、泥浆与泡沫剂相结合、泥浆与聚合物相结合等对砂性地层改良的作用机制和特点,总结盾构在不同砂性地层中掘进采取的渣土改良技术措施,指出渣土改良技术目前的使用及研究现状,以期为今后类似工程提供参考和借鉴。     

基于随机森林算法的盾构改良渣土渗透系数预测及工程应用

为解决土压平衡盾构在富水粗粒土地层掘进时,由于盾构渣土渗透性较高而引起螺旋输送机出口处易出现喷涌等风险问题,基于随机森林算法,选取渣土改良参数包括含水率、泡沫注入比、膨润土泥浆注入比以及掘进地层参数土体有效粒径、水力梯度作为模型输入参数,提出一套适用于盾构渣土渗透系数预测的模型。研究结果表明：该模型预测精度较高,渣土渗透系数预测值与实测值均位于同一数量级,且均方误差仅为2.4×10-9 cm/s,拟合决定系数可达0.981 9。依托滇中引水龙泉倒虹吸盾构隧洞工程进行应用,对下穿盘龙江喷涌风险源进行判定,并基于该预测模型给出推荐改良参数。在采用推荐改良参数后,盾构下穿过程中渣土渗透系数满足要求,土舱压力稳定,且对上部桥梁结构影响较小,保障了盾构安全、高效掘进。     

高富水砂性土层中盾构掘进的渣土改良技术实践

针对上海轨道交通9号线南延伸松江体育中心站—醉白池站盾构区间隧道在高富水砂性土层中盾构掘进出现的喷水涌砂等问题进行了原因分析,同时提出了使用高分子聚合物改良渣土性能,较好地解决了喷水涌砂问题,为在高富水砂性土层中盾构掘进提供了宝贵的借鉴经验。     

基于盾构掘进效果的富水砾砂地层渣土改良试验研究

为解决土压平衡盾构在富水砾砂地层中掘进时螺旋输送机出口易发生喷涌的难题,依托昆明地铁4号线盾构隧道工程,开展富水砾砂地层渣土改良研究。首先通过大型渗透试验评价地层的渗透性,然后对试验段内每环的渣土进行坍落度试验,分析渣土改良对盾构掘进参数的影响,检验并评价渣土改良的实际效果,进而给出昆明地区富水砾砂地层的合理改良建议。研究结果表明： 1）昆明地区砾砂土的坍落度与含水率呈明显的正相关关系,而其渗透系数随测试时间的增加而降低,在2 h后减小为0; 2）塑流性较好的渣土对应着较低的刀盘转矩、推力和较高的掘进速度; 3）通过对掘进参数的分析可知,坍落度达到5~10 cm即可满足施工要求。     

膨润土泥浆改良土压盾构粉细砂渣土流动性机制分析

为了揭示膨润土泥浆改良土压盾构粉细砂地层渣土流动性机制,采用跳桌和十字板剪切仪分别测试改良后渣土的流动度和剪切参数变化规律,分析改良粉细砂渣土剪切应力-应变关系和流变模型。结果表明： 1）采用膨水比为1[KG-*4]∶[KG-*4]4的泥浆掺入质量比7%~13%、膨水比为1[KG-*4]∶[KG-*4]6的泥浆掺入质量比7%以及两者之间的配比和掺量,改良粉细砂渣土可以满足其流动性的要求; 2）仅添加对应量的自由水来改良粉细砂渣土的流动性,无法达到良好的效果; 3）随着泥浆掺入质量比的提高和膨水比的降低,改良渣土的流动度显著增大,且其流动度与剪切应力大小存在负相关关系; 4）采用膨润土泥浆改良后的粉细砂渣土符合Bingham模型,塑性黏度和屈服应力的降低是其流动性增大的根本原因。     

南昌复合地层盾构渣土改良技术

为解决在南昌富水条件下砂层与泥质粉砂岩复合地层中喷涌、结"泥饼"、渣土"流塑性差、含水量高、渗透系数大"等施工难点,以南昌地铁1号线中子(中山西路站—子固路站)区间、八八(八一广场站—八一馆站)区间盾构施工为背景,通过数据统计及案例分析,得出液态高分子聚合物可作为抑制喷涌常态措施,泥质粉砂岩及富水砾砂层地质条件下,选取泡沫剂作为渣土改良添加剂,在砂砾石与泥质粉砂岩的复合地层,可考虑添加一定量的膨润土或高分子聚合物,解决砂砾石地层中渣土流动性差、防喷涌及粉质泥沙岩中结"泥饼"等问题。砂砾层体积与渣土总体积之比小于等于1/3时,渣土改良方式采用泡沫剂与分散剂溶液;大于1/3而小于2/3时,改良方式采用膨润土与泡沫剂溶液;大于等于2/3时,改良方式采用水土比8∶1膨润土与浓度为3%泡沫剂溶液,但膨润土用量应增加。     

土压平衡盾构渣土改良泡沫半衰期细观测定方法

为克服泡沫半衰期测定过程中无法施加压力及读数误差等问题,自主研发了泡沫性能测试系统,该系统由泡沫生成模块、压力条件下泡沫衰变细观图像采集模块及泡沫半衰期测定模块等组成,可同时测定压力条件下泡沫衰变过程中的平均半径及溶液析出量半衰期.使用该系统测定了不同试验压力(0、50、100、150、200 kPa)及不同泡沫剂体积...     

基于坍落度的砂卵石地层土压平衡盾构渣土改良配方研究

针对成都轨道交通17号线一期工程土压平衡盾构法施工在砂卵石地层中遇到的难题,如螺旋输送机喷涌导致开挖面压力失控、卵石堆积于压力舱底部滞排等,采用膨润土和泡沫剂等对现场砂卵石进行室内渣土改良试验。结果表明： 1)改良剂的优化配比膨润土掺入质量比为5%,泡沫掺入体积比为10%~30%,即可使渣土的坍落度、和易性、抗渗性均保持良好,达到塑性流动状态。2)以渣土的坍落度在150~200 mm且无离析为改良的前提条件,以最小膨润土使用量为优化目的,建立砂卵石渣土坍落度与改良剂膨润土和水掺入量之间的三维曲面图,根据离析与非离析区域边界确定膨润土泥浆最经济的膨水比为1∶6。将试验结果应用于该工程的砂卵石地层土压盾构工程实践,掘进效率以及盾构工作的安全性得到显著提高。