盾构刀盘结泥饼的机理及处置措施研究

摘要

盾构刀盘结泥饼是刀盘切削下来的渣土碎屑滞留在刀盘和盾构开挖面之间，经刀盘挤压作用形成固体或半固体块状物，并粘附阻塞刀盘的一种现象。当盾构刀盘结泥饼时，刀盘上的刀具会逐渐被固结黏土糊住，导致切削地层时刀具贯入度降低，盾构开挖效率下降；如若盾构刀盘结泥饼没有得到妥当处置，而任由盾构继续推进，刀盘泥饼会越压越密，固结成岩，造成掘进参数波动大，渣温过高等情况，这使得盾构掘进风险的可控性大大降低，同时对设备安全造成极大威胁。 盾构刀盘结泥饼是盾构在黏土地层中施工普遍遇到的工程难题，在国内外盾构施工历史中都遇到过，国内外专家都曾对其进行过研究。但就目前的施工情况看，这个问题还没有得到很好解决，实际施工中刀盘结泥饼问题依然很严重，并且日益成为限制实际施工效率的瓶颈问题。本文正是在这样的背景下开展的关于盾构刀盘结泥饼的机理及处置措施的研究，主要研究内容及成果如下： （1）通过对盾构掘进过程中刀盘受力的分析，结合对实际工程刀盘结泥饼形态的观察，建立了“梁桥模型”和“面板泥饼分离模型”对黏土阻塞刀盘开口和面板泥饼自去除的内在机理进行了阐释，揭示了泥饼阻塞刀盘的机理和泥饼自去除的影响条件；引入了材料科学中机械力化学原理对刀盘泥饼硬化成岩的内在机理进行了解释说明。 （2）基于界面试验和室内掘进试验模拟了实际盾构施工刀盘结泥饼的过程。分析了含水率、金属界面材质、金属界面粗糙度、刀盘开口率、土舱压力等对刀盘结泥饼的影响，得到了各参数对刀盘结泥饼的影响规律，同时验证了“梁桥模型”和“面板泥饼分离模型”在刀盘结泥饼问题分析中的适用性。 （3）基于室内掘进试验研究了泡沫改良渣土对防治结泥饼的作用，并采用工程案例分析方法对实际工程中常用的盾构刀盘结泥饼处置措施的适用性进行了论述，给出了刀盘设计和施工辅助措施的实施建议。相关研究成果对于盾构刀盘刀具设计和刀盘结泥饼处置有一定参考价值。

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