砂卵石地层土压平衡盾构开挖添加剂优化配比试验研究课件.ppt

1、工学硕士学位论文开题报告工学硕士学位论文开题报告砂卵石地层土压平衡盾构开挖添加剂砂卵石地层土压平衡盾构开挖添加剂优化配比试验研究优化配比试验研究 开题报告人：姜厚停开题报告人：姜厚停 指指 导导 老老 师：张在明师：张在明 龚秋明龚秋明纲纲 要要v一课题研究的意义一课题研究的意义v二国内外研究现状二国内外研究现状v三课题的主要内容三课题的主要内容v四实四实 验验 设设 计计v五研究进度及安排五研究进度及安排土压平衡盾构的构造和工作原理土压平衡盾构的构造和工作原理工作原理：工作原理：掘进时，土舱内土的被动土压与开挖面上的掘进时，土舱内土的被动土压与开挖面上的土压、水压基本相同。土压、水压基本相同

2、。被动土压力被动土压力土压、水压土压、水压刀刀 盘盘护护 盾盾支撑系统支撑系统土压平衡盾构土压平衡盾构机机砂卵石地层土压平衡盾构施工的问题砂卵石地层土压平衡盾构施工的问题v砂卵石地层中的粘性颗粒含量低，塑流性差，会砂卵石地层中的粘性颗粒含量低，塑流性差，会导致土舱内不易形成稳定的土压导致土舱内不易形成稳定的土压；v开挖面难以保持平衡，会发生超挖，导致地表沉开挖面难以保持平衡，会发生超挖，导致地表沉陷；陷；v由于砂卵石之间相互摩擦，造成刀盘旋转搅拌阻由于砂卵石之间相互摩擦，造成刀盘旋转搅拌阻力较大，从而加剧刀具的磨损力较大，从而加剧刀具的磨损。一、课题研究的意义一、课题研究的意义v通过加入添加剂

3、（泡沫和泥浆）改善开挖土体的塑通过加入添加剂（泡沫和泥浆）改善开挖土体的塑流性，扩大土压平衡盾构工法适用的土层范围；流性，扩大土压平衡盾构工法适用的土层范围；v提高掘进效率，减小刀具磨损，延长盾构机的使用提高掘进效率，减小刀具磨损，延长盾构机的使用寿命；寿命；v目前北京、成都、沈阳等地在使用土压平衡盾构施目前北京、成都、沈阳等地在使用土压平衡盾构施工的时候都遇到了砂卵石地层，迫切需要进行土体工的时候都遇到了砂卵石地层，迫切需要进行土体改良，本试验结果为以后北京地区乃至全国应用土改良，本试验结果为以后北京地区乃至全国应用土压平衡式盾构工法开挖砂卵石地层提供技术支持。压平衡式盾构工法开挖砂卵石地层

4、提供技术支持。2.1 国外土体改良试验的研究状况国外土体改良试验的研究状况(1)里尔力学实验室里尔力学实验室Stephane Quebaud(1998)对注入泡对注入泡沫的混合砂进行了试验研究：沫的混合砂进行了试验研究：二、国内外土体改良试验的研究状况二、国内外土体改良试验的研究状况 a、搅拌试验、搅拌试验方便、直观地研究混合土方便、直观地研究混合土体性质和模拟土压力舱内体性质和模拟土压力舱内刀盘和搅拌翼板对渣土的刀盘和搅拌翼板对渣土的搅拌过程搅拌过程。b、渗透试验、渗透试验测得混合土体的渗透测得混合土体的渗透系数系数c、坍落度试验、坍落度试验测得混合土体的流塑性测得混合土体的流塑性渗透试验渗

5、透试验(2)牛津大学的牛津大学的Sotiris Psomas(2001)对粗砂和细砂对粗砂和细砂进行了一系列的室内试验，对不同添加剂的改良土进行了一系列的室内试验，对不同添加剂的改良土分别做了搅拌试验、渗透性试验、压缩试验分别做了搅拌试验、渗透性试验、压缩试验 和直剪和直剪试验，得到了下列的结果：试验，得到了下列的结果：v压缩试验中，泡沫混合砂表现出高压缩性，在土压压缩试验中，泡沫混合砂表现出高压缩性，在土压力达到力达到200Kpa时气泡仍然存在。时气泡仍然存在。v直剪试验中，泡沫混合砂表现出较小的剪切力，说直剪试验中，泡沫混合砂表现出较小的剪切力，说明泡沫能大大减小砂的内摩擦角。明泡沫能大大

6、减小砂的内摩擦角。v渗透试验中，泡沫混合砂的渗透性数是饱和砂的十渗透试验中，泡沫混合砂的渗透性数是饱和砂的十分之一左右。分之一左右。(3)意大利学者意大利学者Raffaele Vinai(2007)等通过坍落度试等通过坍落度试验和压力舱模型试验设备对改良土进行研究，其验和压力舱模型试验设备对改良土进行研究，其模型如下所示：模型如下所示：2.2 国内土体改良的试验研究状况国内土体改良的试验研究状况(1)河海大学的朱伟对土体改良做了些研究，发明设计河海大学的朱伟对土体改良做了些研究，发明设计了一套可以在室内进行发泡的试验装置，研究了气了一套可以在室内进行发泡的试验装置，研究了气 泡的性质，做了一系

7、列室内试验。泡的性质，做了一系列室内试验。(2)郭涛郭涛(2005)利用上述的发泡装置，通过坍落度利用上述的发泡装置，通过坍落度 试验对泡沫改良后砂的塑流性做了研究。试验对泡沫改良后砂的塑流性做了研究。(3)林键林键(2006)同样采用上述发泡装置产生的气泡，同样采用上述发泡装置产生的气泡，对砂土进行了改良，进行了搅拌试验、直剪试验和对砂土进行了改良，进行了搅拌试验、直剪试验和滑板试验，得到了混合砂土性质与土质参数的直接滑板试验，得到了混合砂土性质与土质参数的直接关系。关系。a、小型搅拌试验、小型搅拌试验 b、直接剪切试验、直接剪切试验 采用直剪仪，通过快剪试验研究泡沫对混合采用直剪仪，通过快

8、剪试验研究泡沫对混合土抗剪强度参数的影响规律。土抗剪强度参数的影响规律。c、滑板试验、滑板试验 测得气泡混合测得气泡混合土与钢板之间的摩土与钢板之间的摩擦系数擦系数（4）乐贵平）乐贵平(2001)等报道了加泥式土压平衡盾构穿等报道了加泥式土压平衡盾构穿越砂卵石地层的实例，指出成功施工的关键在于添加越砂卵石地层的实例，指出成功施工的关键在于添加了性能适宜的泥浆，并做了坍落度试验确定最佳的泥了性能适宜的泥浆，并做了坍落度试验确定最佳的泥浆配比。浆配比。序序号号材料材料配合比配合比坍落度坍落度 注入比注入比1膨润土膨润土水水硫化剂硫化剂12 20.0150.015820%2膨润土膨润土水水粉煤灰粉煤

9、灰硫化剂硫化剂15 52 20.0150.015918%3膨润土膨润土水水粉煤灰粉煤灰硫化剂硫化剂15 52 20.0150.0151314%三、本文研究的主要内容三、本文研究的主要内容(1)设计一套可以室内发泡的试验装置，并研究泡沫的设计一套可以室内发泡的试验装置，并研究泡沫的性质。性质。(2)由于砂卵石地层的特殊性，使用合适的添加剂由于砂卵石地层的特殊性，使用合适的添加剂(泥泥浆浆和泡沫等和泡沫等)进行土体改良，通过坍落度试验和搅拌试进行土体改良，通过坍落度试验和搅拌试验评价混合土体的性能。验评价混合土体的性能。(3)设计一套盾构机土舱模拟试验装置，通过监测混合设计一套盾构机土舱模拟试验装

10、置，通过监测混合土体在压力舱和螺旋输送机内压力的变化，研究混合土体在压力舱和螺旋输送机内压力的变化，研究混合土体的性质。土体的性质。四、试四、试 验验 方方 案案1、坍落度试验、坍落度试验 v1.1 将砂卵石进行筛分试验，画出试样的颗粒级配将砂卵石进行筛分试验，画出试样的颗粒级配曲线。曲线。v1.2 做不同含水量的坍落度试验，试样的含水量分做不同含水量的坍落度试验，试样的含水量分别为别为5%、10%、15%、20%、25%和和30%，比较，比较试样坍落度随含水量增大的变化规律，得到能接近试样坍落度随含水量增大的变化规律，得到能接近盾构施工要求最佳的含水量。盾构施工要求最佳的含水量。v1.3本试

11、验的泡沫分别为本试验的泡沫分别为1%、2%、3%发泡液制成，发泡液制成，得到不同稳定性和发泡倍率的气泡；得到不同稳定性和发泡倍率的气泡；v1.4泥浆的制作：泥浆由膨润土制成，密度为泥浆的制作：泥浆由膨润土制成，密度为D=1.41.5；别别组组添加剂添加剂一一二二三三四五六泡沫泡沫()202530354050泥浆泥浆()51015202530泡沫泥泡沫泥浆浆()在加泥浆的基础上注入泡沫在加泥浆的基础上注入泡沫v1.5 在试样中分别加入泡沫、泥浆、泡沫和泥浆进行在试样中分别加入泡沫、泥浆、泡沫和泥浆进行试验，做这三类试验进行对比试验，做这三类试验进行对比。2、搅拌试验、搅拌试验v用小型搅拌机用小型

12、搅拌机(5L)模拟刀盘和搅拌翼板对压模拟刀盘和搅拌翼板对压力舱内渣土的搅拌过程，测得搅拌机所消耗力舱内渣土的搅拌过程，测得搅拌机所消耗的功率，从而推得搅拌机的搅拌扭矩；的功率，从而推得搅拌机的搅拌扭矩；v搅拌试验的试样和添加剂配比与坍落度试验搅拌试验的试样和添加剂配比与坍落度试验的试样一样；的试样一样；v此试验可以验证坍落度试验的结果，并与之此试验可以验证坍落度试验的结果，并与之做比较。做比较。3、模型试验、模型试验 设计一套简易试验装置，在土舱内和螺旋输设计一套简易试验装置，在土舱内和螺旋输送机内分别安置两个土压力计，监测混合土体送机内分别安置两个土压力计，监测混合土体在压力舱和螺旋输送机内

13、压力的变化。在压力舱和螺旋输送机内压力的变化。4、试验结果分析、试验结果分析 v4.1分析混合土体在不同添加剂情况下的坍落度，并分析混合土体在不同添加剂情况下的坍落度，并找到添加剂最佳注入量。做出坍落度随时间变化的找到添加剂最佳注入量。做出坍落度随时间变化的曲线图，研究泡沫的作用时间。曲线图，研究泡沫的作用时间。v4.2 做出不同添加剂与混合土体搅拌扭矩的曲线关做出不同添加剂与混合土体搅拌扭矩的曲线关系，分析得到添加剂最佳注入量。系，分析得到添加剂最佳注入量。v4.3分析压力舱模型内混合土体在压力舱和螺分析压力舱模型内混合土体在压力舱和螺旋输送机内压力的变化，研究添加剂在压力旋输送机内压力的变化，研究添加剂在压力舱和螺旋输送机内所起的作用。舱和螺旋输送机内所起的作用。五研究进度及安排五研究进度及安排v2007年年6月月2008年年1月月 文献阅读、试验设计、文献阅读、试验设计、形成论文基本思路形成论文基本思路v2008年年1月月2008年年6月月 试验材料准备、进行试试验材料准备、进行试验、数据记录、整理验、数据记录、整理v2008年年6月月2008年年9月月 试验结果分析试验结果分析v2008年年9月月2009年年3月月 论文撰写论文撰写v2009年年3月月2009年年5月月 论文修改论文修改谢谢大家！谢谢大家！欢迎各位老师和同学多提宝贵意见！欢迎各位老师和同学多提宝贵意见！