土压平衡盾构掘进中泡沫改良砂土的实验研究

摘要

土压平衡盾构在隧道施工中，特别地铁区间隧道施工中已经得到广泛应用。土压平衡盾构机具有开挖速度快、劳动强度低、环境影响小及施工经济的优点。土压平衡盾构主要适用于粘性土地层开挖，其在砂土地层的掘进过程中会通常会遇到土压平衡难以形成、螺旋输土器无法正常排土、刀盘扭矩过大及刀具磨损过快等一些问题。目前最有效的解决方法是使用泡沫等添加剂对土体进行改良，但是泡沫的使用尚存在一定的盲目性。 针对目前泡沫使用的盲目性，本文进行了以下研究工作： (1)针对土压平衡式盾构，因土性不良造成的各种施工难题，提出了适合土压平衡式盾构施工压力舱土体的理想状态—“塑性流动状态”，并对这一状态的各项指标进行了分析。 (2)通过自制的实验室发泡装置生产泡沫，并对泡沫的性能指标—半衰期和发泡倍率进行测量，最后通过对数据的整理得到发泡剂溶液浓度与泡沫性能的关系。 (3)对沈阳地铁施工现场正在使用的两种泡沫的半衰期和发泡倍率进行测量，经过试验结果进行对比，找出性能更优良的泡沫，为施工提供帮助。 (4)针对北京、沈阳两地区砂土地层的特点，使用泡沫进行土体改良试验，通过坍落度试验检测改良效果。最终得到两种砂土在不同含水率下泡沫优化掺入比的范围。 (5)根据泡沫改良砂土优化掺入比试验的结果，结合沈阳地铁一号线铁西广场至云峰北街区间土压平衡盾构实际工程资料，验证了泡沫改良砂土在实际施工中的效果。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1土压平衡式盾构现状与发展

1.2土压平衡盾构机的工作原理

1.3论文主要内容

第2章土体改良技术

2.1土性不良所导致的施工难题

2.2压力舱土体的理想状态

2.2.1抗剪强度

2.2.2压缩性

2.2.3渗透性

2.2.4流动性

2.2.5土体理想状态的力学性质指标

2.3常用土体改良技术

2.3.1常用添加剂

2.3.2常用添加剂材料特点比较

2.4泡沫改良技术

2.4.1泡沫改良土体的机理

2.4.2泡沫改良技术的优点

2.5气泡改良技术的研究与应用

2.5.1气泡改良技术的研究

2.5.2应用气泡改良技术的实例工程

2.6泡沫在应用中存在的问题

2.6.1泡沫掺入量的传统计算

2.6.2施工中气泡使用存在的问题

2.7本章小结

第3章泡沫的试验研究

3.1室内发泡试验装置

3.2泡沫性质试验

3.2.1半衰期试验

3.2.2泡沫性质要求

3.2.3发泡液浓度对泡沫性质的影响

3.2.4两种泡沫性质的对比

3.3本章小结

第4章砂土改良试验

4.1针对北京地区砂土的改良试验

4.1.1试验准备

4.1.2试验方案

4.1.3试验结果

4.1.4优化掺入比

4.2针对沈阳地区砂土的改良试验

4.2.1试验准备

4.2.2试验方案

4.2.3试验结果

4.2.4优化掺入比

4.3两地砂土改良结果的比较

4.4施工现场泡沫改良效果分析

4.4.1工程介绍

4.4.2盾构数据分析

4.5本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢