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。     

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。     

上软下硬复合地层盾构隧道变形特征研究

南昌地铁上覆砂土下卧泥质粉砂岩地层为典型上软下硬复合地层。对此建立数值分析模型,研究上软下硬地层盾构隧道变形特征。研究结果表明,土层与岩层比例对隧道拱底隆起量影响小,表明拱底变形主要与基底岩体力学特性有关,跟土层与岩层比例关系不大;随着土层与岩层比例增大,拱顶变形增大,左右拱脚处洞壁向外挤压的趋势变小,隧道变形收敛轮廓的长轴逐渐减小。     

无中墙连拱隧道后行洞开挖方法优选

无中墙连拱隧道后行洞与先行洞初支搭接以现场焊接方式可保证后期良好的传力效果,不过焊接施工加大了后行洞开挖施工难度。提出两种适用于焊接搭接技术的后行洞开挖方法,论述了改进三台阶法和上台阶CD法的施工工序、步距控制等关键技术,从围岩稳定、施工难度、经济效益等多方面进行综合比选。结合实际工程,认为改进三台阶开挖方法能保留三台阶法的优势,同时解决了原先存在的两洞拱架搭接困难问题,工程应用效果良好。     

地铁暗挖隧道断层破碎带突水涌砂原因分析及处治技术

青岛黄岛区某地铁区间隧道穿越断层破碎带时发生突水涌砂地质灾害,为保证隧道施工安全及后续顺利开挖,对富水断层破碎带突水涌砂原因及力学形成过程进行分析。富水断层破碎带稳定性差,未进行有效加固,在开挖卸荷和爆破扰动双重作用下,岩体防突水层厚度超过临界状态,进而导致掌子面发生突水涌砂。考虑到地铁暗挖隧道施工空间狭小、材料运输不便等特点,采用以地表模袋注浆为主、洞内堵水注浆为辅的综合处治措施。结果表明:注浆加固后的掌子面湿润无流动水,浆脉清晰可见,渗漏水量小于1.5 L/(min·m),渗流通道得到有效封堵,保证隧道顺利通过突水涌砂段。     

复杂地质条件下TBM刀具失效形式及原因分析与应对措施

为研究分析复杂地质条件、不合理掘进参数等与TBM刀具异常损坏、刀具消耗的关系,以利于TBM掘进效率和施工成本的控制,在系统阐述TBM刀具常见失效形式的基础上,研究分析总推力、刀盘转速、刀具贯入度等掘进参数及不同围岩单轴抗压强度、石英质量分数等地质参数对刀具磨损及异常损坏的影响规律。以引汉济渭秦岭隧洞和中天山隧道工程为例,对刀具消耗及失效形式进行统计分析,并从刀具选型、检查及维修等方面,提出针对性的优化方法。最后,基于目前刀具配置及监测技术存在不足的现状,提出应进一步研发刀间距可调的刀具配置技术,以确保不同地质条件下的刀具破岩效率;同时,加强对TBM工作环境具有较强适应性的新型刀具状态监测系统的研发及应用。     

泥水盾构泥饼分散崩解试验与应用研究

为了更好地进行盾构分散剂泥饼处治,针对黏性地层中不同盾构分散剂的对比评价和选型问题,依托济南济泺路穿黄隧道工程,对比纯水和分散剂作用下的泥饼崩解规律,以及不同分散剂和分散剂质量分数对粉质黏土的崩解效果影响,并将优选的分散剂应用于实际工程。试验得知： 1）相比于纯水,分散剂能快速增大粉质黏土的崩解速率,使崩解速率随时间呈2阶段变化,即崩解速率快速达到最大,之后随着崩解的进行,分散剂与土体的作用面积减小使崩解速率降低; 2）总崩解时间随分散剂质量分数增大而减少,当分散剂质量分数达到一定程度时,分散剂的作用效果达到最大; 3）对比选出了效果更好、成本较低的B分散剂,优选的B分散剂应用于实际工程明显提高了盾构掘进速度,掘进参数更加稳定,掘进效率提高,验证了试验的可行性。     

土压平衡盾构渣土改良泡沫发生性能试验

泡沫性能对于土压平衡盾构渣土改良效果有重要影响。采用实验室自制的泡沫发生设备进行了一系列泡沫性能测试,主要研究了气体流量、液体流量以及发泡液浓度对泡沫流量、发泡倍率、半衰期以及泡沫细观形态的影响,并分析了泡沫宏观性能与细观粒径之间的相关性。研究结果表明：气液比相同时,随着气体流量的增加,泡沫流量先增大后减小,发泡倍率逐渐减小,泡沫半衰期先增大而后减小。气体流量一定时,随着液体流量的增加,泡沫流量近似线性增长,发泡倍率略有下降并趋于稳定,泡沫半衰期先增大后减小。发泡液浓度在2%以下时,泡沫流量、发泡倍率以及半衰期随着发泡液浓度的增大迅速增长,发泡液浓度大于3%时,泡沫性能受发泡液浓度的影响较小。气体流量为21 L·min^-1、液体流量为0.3～0.5 L·min^-1、发泡液浓度为3%条件下,该泡沫发生系统的发泡性能最佳。相对于液体流量和发泡液浓度,气体流量对泡沫气泡初始粒径分布的影响最为显著,随着气体流量的增大,泡沫变得更细更均匀。发泡倍率与泡沫粒径之间存在明显的相关性,泡沫越细,发泡倍率越低;泡沫半衰期与粒径之间的关系不如发泡倍率明显。在实际...     

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。