泥水盾构绿色泥浆配制及其对开挖面土体性质影响研究
发布时间：2020-06-19 04:08
【摘要】：泥水加压平衡式盾构由于其地层适应性强,适用高速化和大直径施工等优势,在隧道工程中的使用日益广泛。在工程中维持开挖面的稳定是发展完善泥水盾构施工的关键问题之一,而关于泥浆在开挖面土体中的渗透规律、泥浆压力作用规律及泥浆渗透对土体强度影响的研究,则是泥水盾构开挖面稳定性研究的主要内容。目前,泥水盾构工程中大量采用CMC添加剂泥浆对环境造成了严重的水土污染。针对以上问题,本文自主设计改造了泥浆渗透试验系统,以瓜尔胶和黄原胶取代传统泥浆添加剂进行绿色环保泥浆配制,通过8组不同配比的泥浆在2组砂土地层中的系列渗透试验,对新型绿色泥浆在地层中的渗透规律和地层适应性进行,取得的主要的结论如下:(1)瓜尔胶和黄原胶作为新型绿色泥浆添加剂的试验材料,可以有效提高泥浆粘度并降低滤失量。该材料比淀粉性质更稳定,且比CMC添加剂更为绿色环保。并通过配比试验确定了瓜尔胶和黄原胶的优选配比为3:2。(2)通过系列渗透试验对新型绿色泥浆在地层中的渗透现象和规律进行深入研究,总结了:渗透现象三种类型:泥皮型、泥皮+渗透带型、无泥皮全渗透型。滤失量变化曲线分为三种类型:快速稳定型、稳定渗透型、滤失渗透型。超静孔隙水压力随时间变化三种模式:迅速降低型、逐渐降低型、不降低型。有效应力沿地层分布的三种类型:地层表面陡增型、有效应力骤增后梯度上升型、有效应力力均匀上升型。并分析了以上渗透现象和渗透规律的对应关系。(3)泥浆压力的有效应力转化率达到不再增加或增加缓慢状态,将所需的时间定义为泥膜形成时间,结合泥水盾构施工中的刀盘转速和盾构机掘进速度,对工程中的泥膜形成时间进行分析估算。(4)试验选用的绿色环保泥浆、淀粉泥浆和CMC泥浆在地层中渗透后,均可以使试验地层的粘聚力增加40%～50%左右,而内摩擦角略有提高,差别不明显。试验结果表明泥浆可以有效的提高开挖面的强度,对于泥水盾构施工维持开挖面稳定起到有利作用。试验选用的三组泥浆性质相近,但添加剂不同,三者都可以使地层强度提高,其中绿色泥浆对于土体强度提升程度最高。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.43
【图文】：
Ｆｒｉｔｚ［１］在Ｚｉｍｍｅｒｂｅｒｇ随道泥水盾构工程中，针对渗透系数远大于１０＿３ｍ／ｓ地层逡逑中泥浆不能发挥其对开挖面的支护能力这一问题，自主设计了一套泥浆渗透装置，逡逑如图１－１所示。Ｆｒｉｔｚ通过该装置开展了泥浆渗透试验，试验结果表明在渗透性较逡逑强的地层中进行泥水盾构施工时，添加少量高分子聚合物添加剂、适量粒径小于逡逑１ｍｍ的细砂和粒径范围０．７￣４＿的蛭石于泥浆中，可以保证泥浆在隧道施工中提逡逑供足够的支护压力，达到施工要求。逡逑Ｘ逦？攦逡逑Ａ「－Ｔｔｎ逦＿逡逑ＬＪ丨邋丨丨■毫■产逡逑图１－１邋Ｆｒｉｔｚ设计的泥浆渗透试验装置逡逑韦良文、张庆贺［８］等通过试验发现，聚合物和正电胶（ＭＭＨ）在抑制粘土分散、逡逑稳定砂土及改善泥浆特性方面具有良好效果，并运用泥浆材料配比试验、抗污染逡逑试验、造浆率试验和岩屑分散试验等，配制出聚合物正电胶泥浆（ＰＭＳ）。该泥浆应逡逑用与上海复兴东路隧道工程，施工结果表明：聚合物正电胶能生成孔隙小、厚度大逡逑的致密泥膜。ＰＭＳ泥浆在该工程得到检验
颗粒组分首先渗入到地层土体颗粒的空隙中，随着空隙被填充，泥浆渗透速率减逡逑慢，在地层表面形成淤积，逐渐形成了微透水的泥膜。此时，由于泥浆组分中的逡逑粗颗粒“架桥”效应（如图１－２所示），相对较细的泥浆颗粒不能再通过致密泥膜，逡逑即无法再渗入地层。在泥水盾构施工的工程中，地层表面的微透水泥膜形成的时逡逑间越短，泥膜形成前渗入地层的泥浆越少，视为有压泥浆影响地层的程度越小，逡逑即为较为理想的施工情况。逡逑泥浆0逡逑0邋ＰｃＰ0邋。泥黎逡逑曑楩粒邋Ｏ逡逑o炝鞣较蝈义贤迹保材嘟复挚帕５摹凹芮拧毙в﹀义香煞猜罚郏保矗莸热司湍嘟诘夭阒械纳改Ｊ教藉晨勾罅康哪嘟甘匝椋阱义系夭阒心嘟纳改Ｊ脚斜鸺捌浞⑸跫确矫娴贸隽讼低车慕崧邸ｃ煞猜犯蒎义吓蛉笸聊嘟纳赋赡な匝樗玫慕峁ㄒ椋哄义希ǎ保
本文编号：2720283
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.43
【图文】：
Ｆｒｉｔｚ［１］在Ｚｉｍｍｅｒｂｅｒｇ随道泥水盾构工程中，针对渗透系数远大于１０＿３ｍ／ｓ地层逡逑中泥浆不能发挥其对开挖面的支护能力这一问题，自主设计了一套泥浆渗透装置，逡逑如图１－１所示。Ｆｒｉｔｚ通过该装置开展了泥浆渗透试验，试验结果表明在渗透性较逡逑强的地层中进行泥水盾构施工时，添加少量高分子聚合物添加剂、适量粒径小于逡逑１ｍｍ的细砂和粒径范围０．７￣４＿的蛭石于泥浆中，可以保证泥浆在隧道施工中提逡逑供足够的支护压力，达到施工要求。逡逑Ｘ逦？攦逡逑Ａ「－Ｔｔｎ逦＿逡逑ＬＪ丨邋丨丨■毫■产逡逑图１－１邋Ｆｒｉｔｚ设计的泥浆渗透试验装置逡逑韦良文、张庆贺［８］等通过试验发现，聚合物和正电胶（ＭＭＨ）在抑制粘土分散、逡逑稳定砂土及改善泥浆特性方面具有良好效果，并运用泥浆材料配比试验、抗污染逡逑试验、造浆率试验和岩屑分散试验等，配制出聚合物正电胶泥浆（ＰＭＳ）。该泥浆应逡逑用与上海复兴东路隧道工程，施工结果表明：聚合物正电胶能生成孔隙小、厚度大逡逑的致密泥膜。ＰＭＳ泥浆在该工程得到检验
颗粒组分首先渗入到地层土体颗粒的空隙中，随着空隙被填充，泥浆渗透速率减逡逑慢，在地层表面形成淤积，逐渐形成了微透水的泥膜。此时，由于泥浆组分中的逡逑粗颗粒“架桥”效应（如图１－２所示），相对较细的泥浆颗粒不能再通过致密泥膜，逡逑即无法再渗入地层。在泥水盾构施工的工程中，地层表面的微透水泥膜形成的时逡逑间越短，泥膜形成前渗入地层的泥浆越少，视为有压泥浆影响地层的程度越小，逡逑即为较为理想的施工情况。逡逑泥浆0逡逑0邋ＰｃＰ0邋。泥黎逡逑曑楩粒邋Ｏ逡逑o炝鞣较蝈义贤迹保材嘟复挚帕５摹凹芮拧毙в﹀义香煞猜罚郏保矗莸热司湍嘟诘夭阒械纳改Ｊ教藉晨勾罅康哪嘟甘匝椋阱义系夭阒心嘟纳改Ｊ脚斜鸺捌浞⑸跫确矫娴贸隽讼低车慕崧邸ｃ煞猜犯蒎义吓蛉笸聊嘟纳赋赡な匝樗玫慕峁ㄒ椋哄义希ǎ保
本文编号：2720283
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