土压平衡盾构螺旋输送机渣土运移及参数影响

为了更切实际的研究土压平衡盾构中螺旋输送机在稳定开挖面、排渣等方面的作用,在已有螺旋输送机渣土输送理论模型的基础上,考虑了螺旋输送机实际倾角及内部渣土体的重力,以及螺旋输送机中土体螺旋输送的实际工况,建立理论力学模型。通过土压平衡原理推导出螺旋输送机的土流量及土压梯度公式,并分析了它们与各参数之间的变化规律。除了考虑基本的机械参数和渣土性质参数外,还分析了不同性质土体对出渣效率的影响以及土流角对土流量和土压梯度的影响规律:土流量增长速率随着土流角增加呈先减小后增大的非线性趋势;土压梯度随着土流角增加呈三角函数式增长。为实际工程中合理设计、选型、评价土压平衡盾构螺旋输送机提供一定的理论基础和工程借鉴。

富水砂性地层盾构渣土改良试验与喷涌防治技术

为解决土压平衡盾构穿越富水砂性地层螺旋输送机喷涌、排渣不畅等难题,基于渣土改良剂的地层适应性规律研发新型化学改良剂并开展相关室内试验。试验结果表明:非离子聚合型泡沫剂可兼备发泡倍数与稳定性能,适当提高泡沫剂浓度c;能够增大发泡倍率FER和半衰期HT。当c;>5%时,由于达到临界胶束浓度,FER和HT趋于最大值。透射电镜TEM结果显示液态喷涌防止剂为链状结构,通过高分子聚合物长链对细粒土吸附包裹达到喷涌防治的目的。改良土试验结果表明:改良后砂性土的坍落度随泡沫掺入比FIR和喷涌防止剂掺入比PIR的提高而增大,随膨润土掺入比BIR的提高而减小。喷涌防止剂对土体渗透性的降低作用最为明显,当FIR=40%,BIR=20%,PIR=20%时,改良土常水头条件下的渗透系数较原状土降低3个数量级。通过三维数字显微系统对不同改良土的细观结构观察分析,泡沫的形态随时间推移由球形变为多边形,膨润土提供黏粒组分并减小粗粒土的孔隙,喷涌防止剂可将不同粒径的土颗粒与水分子连接团聚,提高改良土的止水性。另外结合工程案例,提出富水砂性地层喷涌防治工艺,保证了隧道的顺利贯通。

富水地层盾构隧道同步注浆惰性充填材料配比与试验研究

为解决富水地层盾构同步注浆普通单液浆存在的易冲散、留存率低、凝结时间长、输送离析堵管等问题,依托长春地铁2号线西延线盾构隧道工程,开展富水地层盾构隧道同步注浆惰性充填材料配比与试验研究。为兼顾同步注浆管片壁后的高充填与浆液在管道中的高流动要求,选择低水泥、高骨料的惰性浆液,并研发一种同步注浆专用充填剂,能够有效减小浆液泌水和离析并加快凝结速度,提高壁后充填强度。试验结果表明,浆液泌水率随充填剂掺量TIR的提高呈现先减小后增大的变化规律,1h后泌水率曲线全部位于泌水合理区IV区的浆液满足工程要求。TIR=1.2%为最优掺入比,TIR过大会增加泌水,同时浆液流动性、凝结速度及早期强度也会得到一定的减弱。通过BC1201E型三维数字视频显微系统对不同龄期的试块进行细观分析,结果表明充填剂可提高浆液的均匀性,减小表面细小孔隙,更有利于管片壁后充填。另外新配比浆液保证现场工程盾构顺利通过风险源地段,最大地表沉降最终控制在12mm以内。

大直径泥水盾构穿越复杂环境地表垂直变形研究

为研究大直径泥水盾构穿越复杂环境地表垂直变形规律,考虑盾构推力、盾体间隙及其填充、壁后间隙及其填充3个影响因素,提出了施工全过程地表垂直变形理论公式.结合武汉地铁盾构越江隧道工程,对大直径泥水盾构下穿棚户区施工全过程进行了三维数值模拟.公式计算结果与数值计算结果、监测值较为接近,吻合度高于Attewell修正的Peck公式.结果表明:(1)在分析大直径泥水盾构地表垂直变形时,需要充分考虑盾体间隙惰性填充材料的填充作用,可忽略盾壳与地层摩擦力的影响;(2)地表沉降沿隧道轴线变化曲线呈倒"S"形,开挖面后方26m(约两倍洞径)范围内土体变形速率极快,需及时加固;(3)同步注浆压力由0.3MPa提升至0.5MPa,可减小43.8%的最大沉降量,注浆压力适当提升对沉降控制作用十分明显.

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)及不同泡沫剂体积分数(2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%)下泡沫的平均半径演变规律与半衰期,并在两者之间建立了统一的联系,基于此提出了土压平衡盾构渣土改良泡沫半衰期细观测定方法。首先,使用观测窗与显微镜采集泡沫衰变过程中不同时刻的衰变图像,然后通过图像处理软件Image J获取衰变图像中泡沫的等效半径,进而得到其平均半径比演变规律,然后通过所提出的公式确定特定压力与不同泡沫剂体积分数下半衰期时刻泡沫的平均半径比,最后根据半衰期时刻的平均半径比计算泡沫的半衰期。该方法采用“显微镜采集图像+软件统计半径”的方式获取泡沫衰变过程中其等效半径的演变规律,从而确定泡沫半衰期,避免人为读数带来的误差,且泡沫衰变过程中环境压力可调节,能够再现渣土改良过程中泡沫所处的压力环境。最后使用试验数据对该方法的准确性进行了验证,结果表明:通过该方法确定的泡沫半衰期最大相对误差(相比于传统衰落筒半衰期)低于5%,最大绝对误差低于38 s,该方法具有较高的准确度。

盾构/TBM渣土改良与盾尾密封技术研究进展

盾构/TBM施工时存在的排渣困难、刀具磨损、盾尾失效、地表沉降等问题严重影响隧道施工安全和掘进效率,成为当下困扰盾构施工的重要难题,开展渣土改良和盾尾密封技术研究是解决这一系列难题的关键。阐述各类问题发生的原因,在盾构隧道常用施工技术的基础上综述国内外渣土改良与盾尾密封相关技术的研究现状,总结目前的常用施工方法和施工工艺的不足。依托实际工程通过室内试验与现场试验相结合的方法,自主研发高效渣土改良剂、耐磨抑尘剂、高性能盾尾密封油脂、同步注浆充填剂等盾构新型特种材料与配套施工技术,开展理论分析和效果对比试验,解决了盾构/TBM掘进过程的相关技术难题,保障了隧道安全快速施工,为今后高水压复杂环境渣土改良与盾尾密封提供理论基础和技术保障。