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考虑推进过程的土压平衡盾构渗流场解析解及喷涌判别

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岩土工程学报 2024年

作者：余俊郑靖凡张志中李东凯和振中南大学土木工程学院

考虑推进过程中盾构正面附加推力产生的超孔隙水压力，用解析的方法分析了盾构喷涌问题。将土舱渗流场划分成两个区域，利用叠加原理和分离变量法得到土舱水头显式级数解，将螺旋输送机内流场视为一维渗流，通过土舱与螺旋输送机交界面... 详细信息

考虑推进过程中盾构正面附加推力产生的超孔隙水压力，用解析的方法分析了盾构喷涌问题。将土舱渗流场划分成两个区域，利用叠加原理和分离变量法得到土舱水头显式级数解，将螺旋输送机内流场视为一维渗流，通过土舱与螺旋输送机交界面的连续条件确定盾构渗流场解析解。通过数值模拟结果验证了解的正确性，并进行了参数分析。参数分析表明：正常掘进状态下的盾构推力波动频率与渣土固结系数比值近似为0.1m-2～10m-2，可对应于渗透系数10-3cm/s～10-5cm/s，当比值大于20m-2，可以忽略超孔隙水压力的影响，比值小于0.01m-2时，水压力分布近似稳态渗流状态，但比值在1m-2附近时，超孔隙水压力将存在显著的影响。结合已有的喷涌研究，给出了典型盾构在不同推力波动频率与土体固结系数比值下的临界渗透系数。通过对盾构喷涌实例进行对比，证明了解析解的喷涌判别是有效的。

关键词：土压平衡盾构喷涌临界渗透系数波动水压力水流量波动推力

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富水砂层土压平衡盾构渣土改良技术研究

地下空间与工程学报 2024年第1期20卷 210-218页

作者：吴志雄曹亚洲胡黎明张玄肖颖清华大学水利水电工程系水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 中交二公局第三工程有限公司西安710016

富水砂层土体具有流塑性差、渗透性强的特点,土压平衡盾构施工时易造成排土困难和喷涌事故。针对西安地铁10号线穿越富水砂层的土压平衡盾构工程,采用膨润土泥浆和泡沫剂改良盾构渣土,提出了改良渣土流塑性的评价方法,基于其流塑性和渗... 详细信息

富水砂层土体具有流塑性差、渗透性强的特点,土压平衡盾构施工时易造成排土困难和喷涌事故。针对西安地铁10号线穿越富水砂层的土压平衡盾构工程,采用膨润土泥浆和泡沫剂改良盾构渣土,提出了改良渣土流塑性的评价方法,基于其流塑性和渗透性确定最佳改良方案,为工程提供借鉴和参考。结果表明:(1)当改良渣土塌落后无开裂或坍塌、塌落形状为梨形、塌落度为180~210 mm、塌落渣土与地面接触角θ为0°~90°时,流塑性合适,此时改良渣土的渗透系数于90 min内稳定在10-5cm/s,满足工程要求;(2)最佳改良方案为:渣土、膨润土、水三者质量比保持在200∶1∶40~200∶1.5∶44之间,泡沫剂溶液体积比浓度为2%,泡沫注入比为6%。

关键词：富水砂层土压平衡盾构渣土改良流塑性渗透性

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

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城市轨道交通研究 2024年第8期27卷 227-233页

作者：蒋亚龙黄玉龙余金黄展军朱碧堂华东交通大学土木建筑学院南昌330013 江西水利职业学院建筑工程系南昌330013 南昌轨道交通集团有限公司南昌330038

[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... 详细信息

[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。

关键词：富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验压力传递特性

土压平衡盾构掘进高瓦斯水工隧洞的HSP法超前地质预报

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西北水电 2024年第4期 122-128页

作者：李海龙肖清华徐晓峰韩翔宇周政杰袁浩黄世鹏杨小春中国水利水电第三工程局有限公司西安710016 西南交通大学成都610031 西南科技大学四川绵阳621010

针对土压平衡盾构法掘进高瓦斯隧洞的超前地质预报技术难题,在讨论隧洞开挖方法与瓦斯潜在逸散的基础上,采用HSP预报方法进行高瓦斯盾构掘进施工超前地质预报。结果表明:HSP通过盾构破岩土震源可以获得较好的围岩强反射区域信号,对掌子... 详细信息

针对土压平衡盾构法掘进高瓦斯隧洞的超前地质预报技术难题,在讨论隧洞开挖方法与瓦斯潜在逸散的基础上,采用HSP预报方法进行高瓦斯盾构掘进施工超前地质预报。结果表明:HSP通过盾构破岩土震源可以获得较好的围岩强反射区域信号,对掌子面前向100 m、径向2倍洞径范围内的断层破碎带、溶洞、软弱夹层、孤石(规模均为等效直径≥2 m)探测准确率≥80%,异常体定位误差≤3 m;通过综合预判前方地质构造及瓦斯状态,进而确定选取常压作业开仓检查及换刀的位置,大幅降低了开仓检查和换刀作业风险,为久隆水库关门山充水隧洞奠定了安全基础,也可为今后类似工程提供借鉴。

关键词：高瓦斯隧洞土压平衡盾构超前地质预报 HSP

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青岛地铁土压平衡盾构碎石土改良方法研究

岩土工程技术 2024年第1期38卷 7-13页

作者：冀海峰刘卫景赵国梁牛宇哲肖凤春江玉生杨星青岛市地铁四号线有限公司山东青岛266045 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

盾构在碎石土地层掘进时经常面临着地层渗透性强、刀盘扭矩大、刀具磨损严重等诸多困难。为解决上述施工难题,以青岛地铁4号线典型的碎石土地层为研究对象,首先通过颗粒筛分、LCPC试验和渗透性试验评价了碎石土的基本特性,结合传统的砂... 详细信息

盾构在碎石土地层掘进时经常面临着地层渗透性强、刀盘扭矩大、刀具磨损严重等诸多困难。为解决上述施工难题,以青岛地铁4号线典型的碎石土地层为研究对象,首先通过颗粒筛分、LCPC试验和渗透性试验评价了碎石土的基本特性,结合传统的砂土和黏性土改良方案设计了5组碎石土改良配比方案,对不同配比方案进行坍落度试验、渗透性试验和直剪试验,分析了不同改良指标碎石土的流塑性、渗透性及抗剪力学特性,根据实际工程中盾构刀盘扭矩的变化情况验证了泡沫与聚合物组合改良的最佳方案。研究表明:7%浓度泡沫与5%浓度聚合物配比的改良剂能够有效降低碎石土的渗透系数,同时起到降低刀盘扭矩的作用。

关键词：地铁土压平衡盾构碎石土坍落度渗透性直剪试验

超固结强黏性黏土地层土压平衡盾构施工土体改良技术研究

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建筑安全 2024年第4期39卷 33-38页

作者：郑修军宁波市建设工程安全质量管理服务总站浙江宁波315000

为了解决土压平衡盾构施工在遇到超固结强黏性黏土层时存在的推进阻力大、易形成刀盘“泥饼”、造成隧道轴向偏离等影响正常掘进的一系列问题,制定有效的土体改良措施。以宁波某管廊工程(5)1层黏土中盾构掘进施工为研究背景,进行了超固... 详细信息

为了解决土压平衡盾构施工在遇到超固结强黏性黏土层时存在的推进阻力大、易形成刀盘“泥饼”、造成隧道轴向偏离等影响正常掘进的一系列问题,制定有效的土体改良措施。以宁波某管廊工程(5)1层黏土中盾构掘进施工为研究背景,进行了超固结强黏性土体改良的室内试验和现场施工应用。室内试验选择水、减黏剂、泡沫剂、膨润土、工业碱水、砂浆等6种改良添加剂并研究其对土体改良性能的影响,得出6种土体改良添加剂中,水、减黏剂及泡沫剂具有较好的改良效果,其中泡沫剂泡沫浓度2%、发泡率10,稳泡时间11 min,注入率20%在土体室内改良试验效果最佳。并通过盾构掘进现场土体改良应用,确定了实际应用中泡沫剂泡沫浓度2%、发泡率10、稳泡时间11 min,注入率10%时,可满足盾构正常施工要求。

关键词：超固结强黏性黏土土压平衡盾构土体改良室内试验现场施工

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富水软土地层土压平衡盾构掘进参数分析

四川建筑 2024年第3期44卷 117-120页

作者：向华张佳袁浩然中国水利水电第七工程局有限公司四川成都610213

依托郑州地铁8号线盾构下穿郑州北编组站工程,分析富水软土地层中土压平衡盾构掘进参数的波动情况,并探究掘进参数的相互关系,得出结论:(1)土压平衡盾构在富水软土地层中掘进时,盾构机总推力与土压力、刀盘扭矩具有显著的线性拟合关系;... 详细信息

依托郑州地铁8号线盾构下穿郑州北编组站工程,分析富水软土地层中土压平衡盾构掘进参数的波动情况,并探究掘进参数的相互关系,得出结论:(1)土压平衡盾构在富水软土地层中掘进时,盾构机总推力与土压力、刀盘扭矩具有显著的线性拟合关系;(2)土压平衡盾构在富水软土地层中掘进时,盾构机掘进速度与总推力、刀盘扭矩具有显著的线性拟合关系;(3)土压平衡盾构在富水软土地层中掘进时,应结合地表沉降监测数据,动态调整掘进参数,以减小施工影响。

关键词：盾构隧道土压平衡盾构富水软土地层数理统计掘进参数

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复合地层长距离土压平衡盾构施工关键技术

建筑机械化 2024年第1期45卷 53-57页

作者：白云飞太原市市政公用工程质量安全站山西太原030000

针对土压平衡盾构在包含全断面碎石的复合地层掘进施工时,刀盘和刀具磨损严重、推力和扭矩增大、易导致掘进困难以及沉降不易控制等问题,对渣土改良、刀盘和刀具的配置优化以及泡沫系统改造等关键技术进行工程实践,结果表明,膨润土泥浆... 详细信息

针对土压平衡盾构在包含全断面碎石的复合地层掘进施工时,刀盘和刀具磨损严重、推力和扭矩增大、易导致掘进困难以及沉降不易控制等问题,对渣土改良、刀盘和刀具的配置优化以及泡沫系统改造等关键技术进行工程实践,结果表明,膨润土泥浆和泡沫对砂层渣土改良效果及地表沉降控制效果显著;配合泡沫系统改造,盾构掘进过程中推力和扭矩减小,掘进速度提高;刀盘和刀具优化改造后,磨损程度明显降低,同时避免通常采用的预设加固区等开仓换刀,减少经济成本和人员作业风险,实现一种既能满足工程施工需要,同时控制施工成本的方法。

关键词：土压平衡盾构渣土改良刀盘刀具配置优化

超大直径土压平衡盾构穿越高水压砂性地层土体改良技术研究

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建筑施工 2024年第6期46卷 888-890,914页

作者：陆罡上海光明食品(集团)有限公司上海200040

超大直径土压平衡盾构全断面穿越砂性地层时,会面临盾构推力及扭矩增大、土仓压力及螺旋机压力不稳、螺旋机喷涌导致开挖面失稳等风险,需要对开挖面土体进行改良。选取泡沫剂作为土体改良材料,通过试验揭示了泡沫剂不同发泡浓度、发泡... 详细信息

超大直径土压平衡盾构全断面穿越砂性地层时,会面临盾构推力及扭矩增大、土仓压力及螺旋机压力不稳、螺旋机喷涌导致开挖面失稳等风险,需要对开挖面土体进行改良。选取泡沫剂作为土体改良材料,通过试验揭示了泡沫剂不同发泡浓度、发泡率与泡沫寿命的关系,并且测定了改良后土体的物理及力学特性,建立了基于发泡材料的改良土体控制方法,形成了高风险开挖面土体改良技术,有效降低了高水压砂性地层盾构穿越施工风险,为同类型施工提供了技术参考。

关键词：土压平衡盾构土体改良泡沫土体高水压砂性地层