一类特殊的泥水盾构掘进绿色泥浆实验研究

采用普通水、增效土(天然黏土)、淀粉和微量固体碱,利用淀粉的凝胶化特性,发明了一类特殊的泥水盾构穿越砂质地层的绿色泥浆.利用真三轴仪和研究级智能数字全自动立体显微镜,研究了复杂应力状态下绿色泥浆土的力学特性,并对泥膜的细观结构进行了观察,发现该绿色泥浆具有形成泥膜时间短、结构致密、抗渗透能力强和有效泥浆支护压力范围广的特性.对不同复杂应力水平下泥浆土的应力—应变关系实验研究表明:在排水和不排水的条件下,泥浆渗入对砂质地层土体的强度和变形均有较大影响,且不同的泥浆均存在有效泥浆支护压力上、下限值.     

泥浆密度对形成泥膜所需泥浆量的影响

在泥水盾构施工中,为平衡掌子面前方土水压力,通常采用喷洒泥浆,使得泥浆向开挖面地层渗透,从而形成泥膜.本文通过实验室内模拟泥浆成膜,开展了一系列不同泥浆密度下的泥浆成膜试验.试验表明:当泥浆成膜时,所需泥浆量随着泥浆密度的增大而减小.     

泥水盾构泥浆在砂土地层中的渗透特性及对地层强度的影响

对于泥水盾构隧道施工,在有压泥浆渗透到地层的情况下,开挖面表面会形成渗透系数极小的泥膜.通过作用在不透水的泥膜上的泥浆压力来平衡掌子面前方的土水压力,以保证开挖面的稳定.以南京纬三路过江通道工程为背景,选择粒径及级配不同的3种地层,进行室内有压泥浆渗透地层模型试验,探讨有压泥浆在不同地层中的渗透特性及泥浆渗透对地层强度的影响规律.研究发现,对于砂土地层,其渗透系数是影响泥浆渗透深度及泥膜质量的重要因素,渗透系数分别与泥浆渗透深度及滤水量呈线性相关关系,而渗透到地层中的泥浆也会随着地层粒径的变化对砂土地层的剪切强度产生不同且有规律的影响.本文的研究成果可以为泥水盾构合理的泥浆支护压力提供相关参考.     

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.     

泥水盾构圆砾地层开挖面泥膜闭气过程试验研究

针对武汉越江地铁泥水盾构在江中高渗透性圆砾地层带压开舱时泥膜闭气问题,开展不同配比泥浆渗透-成膜-闭气试验,测试泥浆成膜及闭气过程中泥膜性质及内部孔压变化.结果表明,泥浆密度的增大会使闭气前后泥膜压缩量及闭气值逐渐增大,而泥膜含水率、孔隙比及渗透系数逐渐减小;小密度泥浆(≤1.1 g/cm~3)形成的泥膜在小于0.2 MPa气压下被击穿,表现为圆孔透气,且内部孔压降低明显;大密度泥浆(1.15～1.2 g/cm~3)形成的泥膜均能在0.4 MPa气压下保持稳定.对本工程而言,可采用密度为1.15～1.20 g/cm~3的膨润土-黏土混合泥浆并渗透成膜8 h的方案,以满足带压开舱时开挖面稳定性要求.     

倾斜地表下地下连续墙泥浆护壁稳定性分析研究

地下连续墙被广泛应用于地下空间开发、污染物隔离控制中,其中泥浆护壁稳定性决定了地下连续墙的质量,然而已有泥浆护壁稳定性分析方法仅限于水平地表情况,难以用于倾斜地表情况.本文针对倾斜地表条件开展泥浆护壁稳定性分析研究,采用极限平衡-变分法建立了黏性土和无黏性土的泥浆护壁稳定性闭合解答.通过参数分析发现,地表倾斜程度的增大会降低泥浆护壁的稳定性,增加泥浆重度和泥浆液面高度可以有效地保证泥浆护壁的安全性.     

砂卵石地层盾构泥浆渗透成膜细观分析及离散元模拟

为研究泥水平衡盾构在砂卵石地层成膜困难的问题,采用自制设备,开展泥浆渗透试验,观察泥浆在卵石地层中形成泥膜的过程,对泥浆颗粒在地层中的堆积形态进了细观分析,探究泥浆渗透成膜机理。基于FLUENT-EDEM耦合方法,建立泥浆渗透数值模型,结果表明：泥膜的三种渗透状态取决于泥浆地层颗粒比;相同条件下泥浆的渗透深度随泥浆密度增大而减小,随着泥浆压力的增大而增大,但泥浆压力的影响较小。数值模拟结果可反映室内试验现象,结论可为盾构施工参数的选取提供参考。     

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。     

化学固化-机械压滤联合处理工程泥浆试验研究

提出一种化学固化-机械压滤联合处理工程泥浆的新思路,用以解决机械压滤泥饼力学性质差的问题。首先,通过三轴试验确定了复合固化剂GGBS-OPC的最佳配比;然后开展了不同固化剂掺量下的联合处理工程泥浆试验,并测定了不同龄期试样的含水率、剪切特性指标。结果显示,GGBS-OPC最佳配比1:1下固化土强度可达纯水泥固化土强度3倍以上;固化剂可以有效降低泥饼后期含水率,提升泥饼抗剪强度、黏聚力,固化剂掺量越多对应变化越大,证明了联合法处理工程泥浆改善压滤泥饼力学性质具有可行性。     

灌注桩绿色泥浆制备及泥皮的渗透特性

泥浆在地基处理、泥水盾构等工程中起重要角色,增稠剂是泥浆质量的关键所在。传统泥浆使用的增稠剂主要为羧甲基纤维素钠(CMC),这种泥浆降解难度大,很容易污染环境。针对以上问题,采用瓜尔胶和黄原胶来取代传统泥浆添加剂进行绿色泥浆配置。通过配比实验和改进滤失实验研究泥浆的最优配比以及其新型泥皮的渗透特性。结果表明：瓜尔胶：黄原胶最优配比为1：5。通过增加试验压力,可以减小泥皮孔隙比,从而有效降低泥皮的渗透系数。CMC和新型添加剂对泥浆改性效果大致相同,在膨润土添加2.5g瓜尔胶与0.5g黄原胶得到的泥皮渗透系数比同质量分数纯膨润土泥浆小3个数量级。新型天然添加剂对泥浆的改性效果较好,添加高分子材料会使形成的泥皮厚度变小。试验和理论分析结果证明了新型绿色泥浆在桩基工程应用的可行性,可推广应用。