砂卵石地层土压平衡盾构开挖添加剂优化配比试验研究-ppt课件

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优化配比实验研讨 开题报告人：姜厚停 指 导 老 师：张在明 龚秋明纲纲 要要v一课题研讨的意义一课题研讨的意义v二国内外研讨现状二国内外研讨现状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五研讨进度及安排五研讨进度及安排土压平衡盾构的构造和任务原理土压平衡盾构的构造和任务原理任务原理：任务原理： 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、水压根本一样。土压、水压根本一样。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

2、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，会导致土舱内不易构成稳定的土压导致土舱内不易构成稳定的土压 ；v开挖面难以坚持平衡，会发生超挖，导致地表沉开挖面难以坚持平衡，会发生超挖，导致地表沉陷；陷；v由于砂卵石之间相互摩擦，呵斥刀盘旋转搅拌阻由于砂卵石之间相互摩擦，呵斥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、课题研讨的意义一、课题研讨的意义v经过参与添加剂泡沫和泥浆改善开挖土体的塑经过参与添加剂泡沫和泥浆改善开挖土体的塑流性，扩展土压

3、平衡盾构工法适用的土层范围；流性，扩展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，延伸盾构机的运用提高掘进效率，减小刀具磨损，延伸盾构机的运用寿命；寿命；v目前北京、成都、沈阳等地在运用土压平衡盾构施目前北京、成都、沈阳等地在运用土压平衡盾构施工的时候都遇到了砂卵石地层，迫切需求进展土体工的时候都遇到了砂卵石地层，迫切需求进展土体改良，本实验结果为以后北京地域乃至全国运用土改良，本实验结果为以后北京地域乃至全国运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提供技术支持。2.1 国外土体改良实验的研讨情况国外土体改良实验的研讨情况(1)里尔力学

4、实验室里尔力学实验室Stephane Quebaud(1998)对对注入泡沫的混合砂进展了实验研讨：注入泡沫的混合砂进展了实验研讨：二、国内外土体改良实验的研讨情况二、国内外土体改良实验的研讨情况 a、搅拌实验、搅拌实验方便、直观地研讨混方便、直观地研讨混合土体性质和模拟土合土体性质和模拟土压力舱内刀盘和搅拌压力舱内刀盘和搅拌翼板对渣土的搅拌过翼板对渣土的搅拌过程程 。b、浸透实验、浸透实验测得混合土体的浸测得混合土体的浸透系数透系数c、坍落度实验、坍落度实验测得混合土体的流塑测得混合土体的流塑性性浸透实验浸透实验(2)牛津大学的牛津大学的Sotiris Psomas(2001)对粗砂和细砂对

5、粗砂和细砂进展了一系列的室内实验，对不同添加剂的改良土进展了一系列的室内实验，对不同添加剂的改良土分别做了搅拌实验、浸透性实验、紧缩实验分别做了搅拌实验、浸透性实验、紧缩实验 和直剪和直剪实验，得到了以下的结果：实验，得到了以下的结果： v紧缩实验中，泡沫混合砂表现出高紧缩性，在土压紧缩实验中，泡沫混合砂表现出高紧缩性，在土压力到达力到达200Kpa时气泡依然存在。时气泡依然存在。v直剪实验中，泡沫混合砂表现出较小的剪切力，阐直剪实验中，泡沫混合砂表现出较小的剪切力，阐明泡沫能大大减小砂的内摩擦角。明泡沫能大大减小砂的内摩擦角。v浸透实验中，泡沫混合砂的浸透性数是饱和砂的非浸透实验中，泡沫混合

6、砂的浸透性数是饱和砂的非常之一左右。常之一左右。(3)意大利学者意大利学者Raffaele Vinai(2007)等经过坍落度等经过坍落度实验和压力舱模型实验设备对改良土进展研讨，实验和压力舱模型实验设备对改良土进展研讨，其模型如下所示：其模型如下所示：2.2 国内土体改良的实验研讨情况国内土体改良的实验研讨情况 河海大学的朱伟对土体改良做了些研讨，发明设计了河海大学的朱伟对土体改良做了些研讨，发明设计了一套可以在室内进展发泡的实验安装，研讨了气一套可以在室内进展发泡的实验安装，研讨了气 泡的性质，做了一系列室内实验。泡的性质，做了一系列室内实验。(2) 郭涛郭涛(2005)利用上述的发泡安装

7、，经过坍落度利用上述的发泡安装，经过坍落度 实验对泡沫改良后砂的塑流性做了研讨。实验对泡沫改良后砂的塑流性做了研讨。 (3) 林键林键(2006)同样采用上述发泡安装产生的气泡，同样采用上述发泡安装产生的气泡，对砂土进展了改良，进展了搅拌实验、直剪实验和对砂土进展了改良，进展了搅拌实验、直剪实验和滑板实验，得到了混合砂土性质与土质参数的直接滑板实验，得到了混合砂土性质与土质参数的直接关系。关系。a、小型搅拌实验、小型搅拌实验 b、直接剪切实验、直接剪切实验 采用直剪仪，经过快剪实验研讨泡沫对混合采用直剪仪，经过快剪实验研讨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、滑板实

8、验、滑板实验 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，指出胜利施工的关键在于添加越砂卵石地层的实例，指出胜利施工的关键在于添加了性能适宜的泥浆，并做了坍落度实验确定最正确的了性能适宜的泥浆，并做了坍落度实验确定最正确的泥浆配比。泥浆配比。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灰硫化剂硫化剂15 52 20.0150.015918% %3膨润土膨润土水水粉

9、煤灰粉煤灰硫化剂硫化剂15 52 20.0150.0151314% %三、本文研讨的主要内容三、本文研讨的主要内容(1) 设计一套可以室内发泡的实验安装，并研讨泡沫的设计一套可以室内发泡的实验安装，并研讨泡沫的性质。性质。 (2)由于砂卵石地层的特殊性，运用适宜的添加剂由于砂卵石地层的特殊性，运用适宜的添加剂(泥泥浆浆和泡沫等和泡沫等)进展土体改良，经过坍落度实验和搅拌试进展土体改良，经过坍落度实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实验安装，经过监测混合设计一套盾构机土舱模拟实验安装，经过监测混合土体在压力舱和螺旋保送机内压力的变化，研讨混合土体

10、在压力舱和螺旋保送机内压力的变化，研讨混合土体的性质。土体的性质。 四、试四、试 验验 方方 案案1、坍落度实验、坍落度实验 1.1 将砂卵石进展筛分实验，画出试样的将砂卵石进展筛分实验，画出试样的颗粒级配曲线。颗粒级配曲线。1.2 做不同含水量的坍落度实验，试样的做不同含水量的坍落度实验，试样的含水量分别为含水量分别为5%、10%、15%、20%、25%和和30%，比较试样坍落度随含水量，比较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增大的变化规律，得到能接近盾构施工要求最正确的含水量。要求最正确的含水量。v1.3本实验的泡沫分别为本实验的泡沫分别为1%、2%、3%发泡液制成，发泡

11、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泥浆的制造：泥浆由膨润土制成，密度为泥浆的制造：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 在试样中分别参与泡沫、泥浆、泡沫和泥浆进展在试样中分别参与泡沫、泥浆、泡沫和泥浆进展v实验，做这三类实验进展对比。实验，做这三类实验进展对比。2、搅拌实验、搅拌实验用小型搅拌机用小型搅拌机 (5L)模拟刀盘和搅拌翼板模拟刀盘和搅拌翼板对压力舱内

12、渣土的搅拌过程，测得搅拌对压力舱内渣土的搅拌过程，测得搅拌机所耗费的功率，从而推得搅拌机的搅机所耗费的功率，从而推得搅拌机的搅拌扭矩；拌扭矩；搅拌实验的试样和添加剂配比与坍落度实搅拌实验的试样和添加剂配比与坍落度实验的试样一样；验的试样一样；此实验可以验证坍落度实验的结果，并与此实验可以验证坍落度实验的结果，并与之做比较。之做比较。3、模型实验、模型实验 设计一套简易实验安装，在土舱设计一套简易实验安装，在土舱内和螺旋保送机内分别安顿两个土压内和螺旋保送机内分别安顿两个土压力计，监测混合土体在压力舱和螺旋力计，监测混合土体在压力舱和螺旋保送机内压力的变化。保送机内压力的变化。4、实验结果分析、

13、实验结果分析 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，并找到添加剂最正确注入量。做出坍落度随时间变化找到添加剂最正确注入量。做出坍落度随时间变化的曲线图，研讨泡沫的作用时间。的曲线图，研讨泡沫的作用时间。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，分析得到添加剂最正确注入量。系，分析得到添加剂最正确注入量。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保送机内压力的变化，研讨添加剂在压力旋保送机内压力的变化，研讨添加剂在压力舱和螺旋保送机内所起的作用。舱和螺旋保送机内所起的作用。五研讨进度及安排五研讨进度及安排2007年年6月月2021年年1月月 文献阅读、实验设计、文献阅