断层破碎带泥水盾构绿色泥浆试验研究

为解决大部分泥水盾构所用泥浆难以降解、污染性强、废浆量大、制浆成本高等问题,提出几种价格低廉、绿色环保的泥浆添加剂,并通过试验分析各添加剂对泥浆性能指标的影响,最终建议将麦芽糊精作为泥浆添加剂代替传统泥浆添加剂.根据断层破碎带的特点,提出一种绿色经济、适用性强的泥浆配比,即水:黏土:膨润土:无水碳酸钠:麦芽糊精=700...     

跨海区域砾砂地层泥水盾构泥浆成膜效果试验研究

为揭示泥水盾构开挖面泥浆成膜规律,以青岛地铁8号线泥水盾构掘进的跨海区间为工程背景,阐述不同级配下泥浆的渗透成膜过程,分析高聚物、处理剂作用下3种泥膜形成机理,并结合特定砾砂地层设计成膜装置,采用控制变量法开展室内试验,选用2种粒径细砂调节泥浆级配,分析不同掺量制浆材料（NSHS-3）作用下的泥浆性质。试验结果表明：与粒径小于0.01mm的细砂相比,粒径小于0.25mm的细砂形成的渗透带抓抱效果较好且更适配砾砂地层。地层的颗粒级配相同时,泥浆黏度越高,其稳定性越高,泥膜容易形成且厚度较薄、质密、滤水量低,但添加剂过量会引起部分土颗粒聚沉,未加压时便附着在开挖面,进而堵塞盾构管道运输系统,泥膜稳定性较差且造成资源浪费。B6号泥浆加压过程中滤水清澈,滤失量较小,形成的“泥皮+渗透带”型泥膜强度较高,能保证开挖面稳定且絮凝较少,经济性较好。研究结论为类似地层泥水盾构施工改良提供参考。     

咸水环境下泥水盾构泥浆配比试验研究

在水下盾构掘进过程中出现带压开舱检修情况时,如何在高渗透性地层形成质量较好的泥膜从而保证开挖面稳定,是保障工程安全与进度的重要前提.以青岛地铁跨海段隧道掘进工程为依托,自主设计试验装置开展咸水泥浆配比及渗透成膜试验,并设置淡水泥浆作为对照组.采用控制变量法和析因分析法研究膨润土、羧甲基纤维素(CMC)、碳酸钠等不同制浆...     

泥水盾构施工废弃泥浆对同步注浆材料性能的影响

泥水盾构施工会产生大量废弃泥浆,传统的抛弃堆放不但污染环境且占用土地资源。依托南京长江新济洲供水廊道项目泥水盾构工程,针对江底盾构施工中的废弃泥浆,开展了将其应用于同步注浆材料的可行性研究。通过室内试验,研究了泥浆固水比、膨润土替代率和废弃泥浆黏粒含量对注浆材料性能的影响,同时对比分析了新配制膨润土泥浆和废弃泥浆对注浆材料性能影响的差异。结果表明：增大泥浆固水比,可使砂浆凝结时间缩短、强度增大、泌水率和体积收缩率降低,但会导致砂浆流动性变差。相比于新配制膨润土泥浆,废弃泥浆制备的砂浆具有更优的流动性能,但存在泌水率偏大和强度偏低的问题。采用废弃泥浆替代部分新配制膨润土泥浆,则能够有效控制砂浆的泌水率增大和强度降低的问题,同时使砂浆的流动性能大幅提高;废弃泥浆黏粒含量对砂浆性能影响相对较小,一定程度上表明了使用不同地层废弃泥浆制备的砂浆性能差异不大,故无须随地层变化而对砂浆配比进行较大调整,便于实际工程施工应用。     

穿河隧道泥水盾构掘进关键技术控制

本文针对穿河隧道施工特点,从开挖面稳定、盾构始发、隧道防水防渗、盾构机姿态、管片上浮、特殊地质等多方面对穿河隧道泥水盾构机掘进过程中遇到的关键技术问题及难点问题进行归纳分析,并在此基础上提出相应控制措施。     

越江泥水盾构隧道泥浆改性及泥膜渗透性状试验研究

为指导越江泥水盾构隧道施工过程中的泥浆性质动态调节,以羧甲基纤维素钠(CMC)和粉细砂为主要调控材料,对不同配比泥浆进行密度、黏度、胶体率测试,并基于API滤失试验研究各配比泥浆的滤失性状及泥膜的渗透特性.结果表明：钠基膨润土-粉细砂-CMC泥浆体系具有良好的分散性,泥浆胶体率普遍在98%以上;对于生成泥皮+渗透带型的砂砾地层,虽然通过掺加粉细砂可有效堵塞地层,减小滤失量,但其形成的泥膜渗透系数和滤失量则相对较大;对于需要快速在开挖面形成泥皮型泥膜的地层,增加CMC的掺量可以有效减小泥膜形成时的滤失量,降低泥膜渗透系数;但CMC掺量过大后所成泥膜孔隙比增大,结构疏松,渗透系数反而呈增长趋势.施工过程中可结合实际需求对泥浆性质进行动态调整,以保障泥水盾构掘进和开舱安全.     

复合地层泥水盾构开挖面失稳破坏宏微观机理

针对复合地层泥水盾构开挖面稳定性问题,采用试验研究和数值仿真分析相结合的方法,并结合宏观及微观研究手段,对泥水盾构施工过程中周围土体力学特性及地层变位,进行了定量分析,揭示了该地层条件开挖面的失稳破坏模式.在此基础上建立了完善的开挖面稳定性三维解析方法,主要得到以下结论:对于常见上软下硬复合地层情况,低应力水平条件下泥浆的渗入能在一定程度上提高土体的强度,减缓侧向变形的发展,因此,有效泥浆支护压力宜控制在较小的区间取值,且不宜过大,并应充分利用盾构本体正面挡板来保持地层的稳定;上软下硬复合地层中开挖面失稳破坏模式与砂性土地层的失稳破坏模式相似,即表现为开挖面前方为楔形体,破坏区域顶部为烟囱状,最大沉降量发生在开挖面前方顶部附近.     

富水砂卵石地层盾构隧道施工泥浆的研究与应用

针对北京站至北京西站地下直径线工程泥水盾构施工,通过对泥浆性能研制的配比试验,提出了砂卵石条件下的最佳泥浆配比,提高并改善了泥浆的成形质量与速度,确保了环境要求。对类似工程有一定的借鉴作用。     

复杂条件下的大直径泥水盾构掘进参数控制

对盾构掘进参数进行了详细试验,对不同地层条件下刀盘扭矩与刀具磨损情况之间的关系进行了详细分析,并探讨了盾构姿态的控制方法,同时对同步注浆参数及泥水循环系统做以简要介绍,总结了掘进参数、泥浆密度等在盾构掘进中的重要地位。     

基于流固耦合的泥水盾构隧道施工引发地表变形

利用泥水盾构隧道开挖面平衡稳定原理,对泥水介质渗透的微观机理进行分析.同时,以具体工程为研究对象,结合流固耦合基本原理对由于开挖面泥水渗流所引起的隧道开挖位移场进行计算分析.研究结果表明:泥水介质向开挖面前方土体渗流时,将引起隧道地表附加沉降,且泥水压力大于主动土压力时,泥水压力越大,附加沉降量越大,但总沉降量越小;泥膜渗透系数越小、泥膜厚度越大附加沉降越小;适当增加施工进度有助于减少附加沉降.因此,在高渗透性地层条件下采用泥水盾构施工时,应确保泥水介质的质量,适当提高施工进度,尽量减少泥水渗透对开挖面稳定性及地表变形的小利影响.     

超大型泥水平衡盾构施工对环境影响评价分析

针对泥水平衡盾构施工特点,结合上海军工路越江隧道工程超大型泥水平衡盾构施工实践,在施工工艺及关键技术措施等方面,探讨复杂环境条件下如何有效控制周边环境变形.现场监测数据表明：盾构推进会对周边环境产生影响,导致建筑物沉降不均匀;盾构经过建筑物前后沉降变化明显.实践结果表明：盾构推进施工应对施工参数的匹配进行合理调整,并建立监测信息交流沟通网络以有效控制地面沉降,也可采用地面跟踪注浆加固措施来保护构筑物的稳定.
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越江隧道泥水盾构施工引起地层移动的有限元分析

以武汉越江公路隧道为工程背景,建立了考虑衬砌结构与土体变形耦合作用的分析模型,并对单洞、双洞开挖进行了有限元分析.模拟结果表明:与有限元分析最大沉降相比较,Peck公式的预测值一般偏大;在相同埋深的情况下,单洞和双洞开挖引起的地面水平槽的峰值先后出现在3个区域,而这3个区域对于建筑物来说是最危险的区域;随着隧道埋深的增加,地面移动槽的宽度增大但峰值减小,沉降槽峰值位置不变,而水平槽最终峰值位置远离两隧道中心,即对于地面建筑物最危险的区域随着隧道埋深而变化.此结论可为设计、施工提供参考.     

砂土-灰岩地层泥水平衡盾构机泥水舱压力及总推力计算模型

泥水平衡盾构机在上软下硬的砂土-灰岩复合地层中掘进,掘进参数的确定难度较大。在均一地层中,砂土地层中掘进参数的计算包括泥水舱压力和总推力,灰岩层中由于岩体自稳性好,因此只需考虑总推力即可。基于太沙基松弛土压力理论推导均一地层中泥水舱压力和总推力的计算模型,以均一地层的计算模型为基础推导出砂土-灰岩复合地层泥水平衡盾构机泥水舱压力及总推力的计算模型,并结合实际工程验证了模型的正确性。研究成果可为盾构机在复合地层的施工参数确定提供新思路,并为后续类似工程提供参考。     

多线叠交盾构隧道近接施工模型试验

多线叠交软土盾构隧道是随地铁建设不断发展而出现的一种复杂隧道空间布置形式.针对多线叠交盾构隧道垂直上、下穿2种典型穿越施工形式,借助室内模型试验,根据盾构隧道近接施工的技术特点和控制要求,采用排液法,重点分析了多线叠交盾构隧道在各穿越阶段下因地层损失和开挖卸荷引起的地表沉降以及既有隧道纵向变形规律.分析结果可为今后类似多线叠交盾构隧道工程的设计和施工提供理论指导.     

土体三维应力应变关系试验研究

本文概述了“空间准滑面”理论;用平潭标准砂进行了等η等 b 的真三轴试验和相应的常规三轴压缩试验。试验资科都按“空间准滑面”理论进行整理,得出了相同的土的三维本构关系,从而构成了两种试验间的联系.因此,在实际应用中,为确定土体本构关系模型中的参数,可仅做常规三轴压缩试验,而不必去做复杂的真三轴试验.     

复合地层土压平衡盾构刀盘掘进参数

土压平衡盾构在复合地层中掘进时常出现推力和扭矩波动幅度过大的问题,为了研究盾构机在复合地层中刀盘受力特点,基于扩展模型建立了不同类型全刀盘掘土数值模型,研究了全刀盘Mises应力以及推力和扭矩的变化规律,验证了数值计算结果的合理性。基于室内土压平衡盾构掘进试验,研究了盾构机掘进参数在不同地层中的变化规律。研究结果表明,随着刀盘推进深度增加,各类刀盘Mises应力最大值呈增加的趋势。各类地层全刀盘掘进模型的推力及扭矩计算误差均未超过10%,利用扩展Drucker-Prager模型所建立的全刀盘掘进模型是合理的。土压平衡盾构掘进模型试验表明,随着中风化泥质粉砂岩地层占比逐渐增大,盾构机推力有增大的趋势;盾构刀盘扭矩先增大后减小,最后趋于稳定;出土器扭矩变化不明显。整个推进过程中盾构机推力变化范围为6.0～7.7 kN,扭矩变化范围为773.4～1 195.8 N·m,出土器扭矩变化范围为32.5～104 N·m。     

盾构法隧道施工多媒体监控与仿真技术

通过对目前国内盾构法隧道施工技术水平的研究与分析,指出了现有施工监控与管理中存在的不足之处,本项研究通过采用数据,图像与声音采集及传输技术,建立了一套盾构法隧道施工的多媒体监迭系统,根据已有的盾构法隧道施工引起地层移动理论,采用了基于数据体视化算法的计算机仿真技术,研制了盾构法隧道施工实时预测与控制的仿真软件,多媒体监控与计算机仿真系统已在上海地铁二号线区间隧道工程中得到了具体的应用,实践证明,该系统具有良好的应用前景。     

泥水平衡盾构开挖面平衡控制系统仿真设计研究

在分析工作原理的基础上,建立了泥水平衡盾构开挖面平衡控制系统的数学模型,为该系统中的气泡舱气压力调节回路和泥水液位调节回路设计了不同的控制器,分别在气泡舱气压力单回路调节模式和气、液双回路调节模式下就所设计的不同控制器的控制效果进行了仿真对比,得出了不同干扰对系统的影响情况,针对影响较大的干扰,提出了相应的控制对策,给出了根据不同的实际应用要求和场合所应选择的最佳控制方式和自动切换方法,由此设计出该系统的数字化统一控制模型.     

下穿已有隧道泥水盾构施工的预测分析

基于2010年上海世博会重大配套工程——打浦路隧道复线工程,结合具体实际地质条件及施工参数,利用Abaqus有限元分析软件,建立三维非线性有限元模型,模拟泥水盾构沿弧线斜下穿已有隧道的施工过程.计算并分析在泥水盾构施工过程中,已有隧道发生的变形、产生的应力以及地表发生的沉降,预测泥水盾构施工对已有隧道和地表的影响,并与实测数据进行比较,说明分析预测的可信性.所得结果不仅对该工程具有积极的指导意义,而且对其他类似工程的分析也具有重要的借鉴作用.