基于压力传递特性的富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验研究

[目的]富水砂层由于渗透性强、含水率高等特点,在盾构掘进过程中易因渣土改良不善而导致螺旋输送机出现喷涌以及刀盘结泥饼等事故,从而影响盾构施工效率,因此需对富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验进行研究。[方法]依托南昌地铁4号线七里站—民园路西站区间典型富水砂层工况,开展室内渣土改良试验。采用自制盾构土舱模型装置对不同改良渣土进行土舱模型试验,基于渣土压力传递特性建立不同改良渣土的坍落度、渗透系数及土压传递系数K_(0)之间的相关关系,研究不同K_(0)下的渣土改良效果。[结果及结论]单独采用泡沫对渣土改良时,渣土的K_(0)与坍落度呈正相关,而与渣土的渗透系数呈负相关,而当渣土的坍落度超过200 mm时,K_(0)会逐步减小。为达到富水砂层土压平衡盾构中理想的渣土改良要求,改良剂配合比建议为:泡沫注入率为25%,或添加的膨润土泥浆注入率为10%。室内试验和土舱模型试验表明:K_(0)越大,渣土改良效果越好;实际工程中单独采用泡沫进行渣土改良后改良渣土的理想的K_(0)为0.60~0.65;而泡沫与膨润土泥浆相结合对渣土改良时,改良渣土理想的K_(0)约为0.85。

一种新型EPB渣土改良相似模型试验系统及功能验证

基于对国内外EPB渣土改良的研究现状以及室内试验方法的总结与分析,指出不同试验方法的局限性;研发了一种新型渣土改良相似模型试验系统——EPB渣土改良试验系统。系统集合了泡沫发生、盾构掘进、螺旋输送机输出等功能,可实现地层重塑、盾构掘进过程模拟、切土及土仓渣土搅拌;可将泡沫改良剂按设计配比加入土仓并搅拌,判断改良土体对掘进参数的影响;可模拟敞开式、半土压平衡式、土压平衡式、过压掘进模式等4种状态EPB盾构掘进;可模拟螺旋输送机出土过程及土塞效应实现过程。通过"盾构掘进模拟"和"渣土改良试验"等功能试验,验证了该试验系统各功能的准确性和可靠性。系统为研究EPB渣土改良优化配比及效果评价提供了新手段,可为大直径土压平衡盾构施工、特殊地层下盾构控制技术等条件下渣土改良提供可靠的施工参数,指导施工。