考虑温度效应的盾构刀盘黏附试验及堵塞防治

作     者：王修伟 李树忱 刘祥坤 万泽恩 彭科峰 WANG Xiu-wei;LI Shu-chen;LIU Xiang-kun;WAN Ze-en;PENG Ke-feng

作者机构：山东大学岩土与地下工程研究院山东济南250014 山东大学齐鲁交通学院山东济南250002 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2024年第45卷第8期

页      面：2299-2310页

核心收录：

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金(No.52108373,No.52308423) 山东省自然科学基金(No.ZR2021ZD36,No.ZR2021QE127) 中国博士后科学基金面上资助(No.2022M723402) 

主　　题：土压平衡盾构 刀盘堵塞 黏性地层 温度效应 渣土改良 

摘      要：土压平衡盾构在黏性地层掘进时易产生刀盘结泥饼、堵塞等问题,不仅会导致排渣不畅降低掘进效率,并且频繁的开仓处理会增加工程风险,而掘进会产生大量热量影响土体黏附性。采用自主研发的刀盘旋转黏附试验系统,探究刀盘温度与含水率、黏土含量、黏土类型等因素联合作用下刀盘黏附效果,并分析了泡沫剂、抗黏剂在不同掺入比下堵塞防治效果。研究结果表明:温度升高会使得旋转扭矩与刀盘表面的土体黏附量降低,但会加速黏土硬化;土体含水率、黏土含量对于扭矩影响趋势相反,但对黏附量影响规律相同,随着土体含水率或黏土含量增加,黏附量先增加后降低,含水率在20%、黏土含量在30%时黏附性最强;膨润土比高岭土黏附性更强;土体含水率、黏土含量与黏土类型对于黏附量的影响可以使用稠度指数进行表征,随着稠度增加黏附量会出现先增加后降低的趋势,稠度指数在0.50~0.75时土体黏附性最强,低稠度指数土体对温度敏感性更强;单独添加泡沫剂会降低土体黏附量,但在注入比为70%时,仍存在大量土体黏附;使用泡沫剂+抗黏剂联合改良在注入比为50%时改良效果较好,继续增加注入比对土体改良效果影响较小。研究成果对于评估黏性地层土压平衡盾构掘进堵塞风险与黏性土渣土改良方案选择具有一定的指导意义。