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。     

软土地层邻近隧道深基坑变形控制设计分析与实践

结合近年来在软土深基坑领域的工程实践和研究,阐述邻近隧道深基坑变形控制设计方法,主要包括基于微小变形控制分区设计、轴力自动补偿钢支撑、坑内土体加固、坑外隔断以及承压水控制设计方法等,通过实际工程案例分析不同设计方法在控制基坑与隧道变形方面的效果。同时,针对基坑开挖对邻近隧道影响评估难的问题,结合上海软土地层工程实践,介绍小应变本构模型（HS-Small）全套参数的确定方法以及基于小应变本构模型的基坑对隧道影响的数值分析方法。大量的工程实践表明,综合采取上述设计和分析方法能够有效评估基坑开挖对隧道的影响,并达到良好的变形控制效果,能满足地铁及隧道变形控制和结构安全的要求。     

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。     

盾构渣土资源化处理工艺及成套系统装备研究

为解决当前盾构渣土资源化装备庞大、操作复杂、对不同类型渣土及狭小场地适应性差等问题,以深圳地铁14号线六约北站盾构隧道工程为背景,研究盾构渣土资源化处理工艺以及智能化、集成化、模块化的振动筛分、絮凝、压滤、管路和中央集中控制平台等成套系统装备,并在六约北站盾构渣土资源化处理工程中得到了成功应用。结果表明： 六约北站采用新装备和新工艺后,设备占地面积仅470 m2,最大处理能力达到1 400 m3/d,仅需4人即可维持整个装备系统的有效运行;设备系统对不同地层渣土的〖JP2〗适应性大幅提高,筛孔淤堵得到解决;所生产的粗骨料、细骨料含泥量和含水率大幅降低。由此可见,盾构渣土资源化处理系统的智能化、集成化、模块化提升是装备升级的发展方向,最终形成智能化、集装箱化成套装备,从而满足不同场地及周边环境的运行需求。     

MJS加固试验桩水化热对温度场影响研究

为确定MJS+水平冻结法联合加固的冻结开冻时机,对MJS加固水泥土试验桩水化放热规律进行研究。采用直接法测定水泥水化热获得不同水泥质量掺量（40%、45%、50%、60%、70%）的水化热和水化放热速率,利用水化热室内试验所得数据进行数值模拟预测MJS加固体温度场变化规律,并结合现场MJS试验桩温度实测数据进行对比分析。结果表明： 1）MJS水泥土试验桩的中心温度随水泥质量掺入比增大而提高; 2）试验桩温度模拟值与实测值变化趋势相近,验证了数值模拟的正确性; 3）MJS水泥土试验桩的中心温度先升高后缓慢降低,5 d左右水化放热量达到峰值,温度为56.1~69.2 ℃,水泥土水化放热随水泥质量掺入比的增大而升高; 4）大体积水泥土因水化作用中心温度上升较大,单桩MJS水泥水化热在施工后30 d基本释放完成,故宜在30 d后进行人工冻结加固。     

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...     

黏性场地列车荷载影响下衬砌半渗透边界盾构隧道诱发地表固结沉降解

列车荷载作用下衬砌长期渗漏会显著影响软土盾构隧道周围土体的固结沉降,对邻近环境和地铁的安全运营造成不良影响。针对盾构隧道周围土体固结沉降的既有理论研究一般多考虑衬砌不透水条件,较少考虑衬砌渗漏水及列车荷载耦合作用对于地层固结沉降的影响。引入隧道衬砌半渗透边界和列车三角形循环时效荷载,基于Terzaghi-Rendulic固结理论,采用Boltzmann三元件模型模拟土体流变效应,推导了列车荷载作用下黏弹性地层盾构隧道渗漏水诱发的土体超孔隙水压力消散和地表固结沉降的复变函数解析表达式,并与6个工程实测数据进行对比,验证了所给出解析解的正确性与适用性。此外,通过参数分析讨论了衬砌-土体渗透比和列车荷载参数对土体固结沉降的影响。结果表明：衬砌-土体渗透比是影响盾构扰动地层固结快慢的主要影响因素,衬砌-土体渗透比越大,固结完成时间越早;列车荷载作用下,早期固结沉降速率相较于不考虑列车荷载时会有较明显的增加,但在列车荷载当量增加后,固结沉降速率的增长有所放缓,且其增量与衬砌-土体渗透比密切相关,衬砌-土体渗透比越大,沉降增加量则越大;隧道衬砌可以视为扰动地层的排水边界,其加速了土体固结沉降,而列车荷载与衬砌半渗透性耦合,进一步改变了土体固结沉降形态。     

膨胀土的二维膨胀各向异性试验研究

为给膨胀土地区结构物设计计算提供关键参数,研制了二维膨胀仪,选取广西百色中膨胀土和湖北枝江弱膨胀土,制备不同干密度状态的试样,分别开展了恒体积膨胀力、单向膨胀和二维膨胀试验,分析和表征了竖向和侧向膨胀的规律,并比较了两向膨胀的差异性;通过扫描电镜观察,分析了产生膨胀各向异性的原因。结果表明：恒体积条件下最终侧向与竖向膨胀力之比,以及单向膨胀条件下最终侧向与竖向膨胀率的比值,均会随压实度发生变化,干密度越大两向膨胀力(或膨胀率)的差异性越大;两向膨胀力随膨胀应变的变化均表现出前期快速衰减、后期缓慢衰减的趋势,可用幂函数表征,但拟合参数不同;在二维膨胀条件下,竖向膨胀会影响侧向膨胀,不同程度竖向膨胀后的侧向膨胀规律同样可用幂函数表征,拟合结果表明竖向膨胀会改变拟合参数导致曲线形态的改变,继而影响侧向膨胀力随侧向应变的衰减幅度。干密度增大致使黏土矿物片状颗粒整体更趋向于水平定向排列,这是造成膨胀各向异性的主要原因。膨胀过程中土颗粒的重分布会导致各向异性不断变化,故难以通过竖向膨胀力预测侧向膨胀力,在进行相关计算时建议实测侧向膨胀规律。     

路基冲击压实效果分析

冲击压实的被冲压体响应是目前尚未解决的理论问题。基于应变能与冲击能分布密度相等的基本原理,假定:冲压n遍后的被冲压体为一维问题,冲压影响深度h0处应变为零,应变与弹性模量线性变化,建立了单次冲击能量、遍数等与土体压实度的关系,在施工参数与效果间建立了关联。结果表明,以相同的设备参数进行施工时,冲压影响深度随冲压遍数的增加而减小;前几遍冲压能影响较大深度,而后续冲击的影响逐步局限于上部土体。通过某砂性土工程实例,分析预测得知,单层80 cm冲压35遍仍达不到规定的压实度要求,因此,实体工程中需采用分层压实的措施。所以,本研究可用于对冲压效果的预测,也可在冲压目标明确的情况下预估需要进行冲压的遍数。     

挡土墙墙后填料及计算参数的选择

该文通过比较得出挡土墙墙背填料——砂性土及粘性土的适用条件。同时通过计算,得出在不同高度下粘性土粘聚力对等效内摩擦角Φd的影响,并推导在粘性土粘聚力值的影响下挡土墙墙背填料等效内摩擦角的选用。