砂卵石地層土壓平衡盾構開挖添加劑優(yōu)化配比試驗研究課件

1、工學碩士學位論文開題報告砂卵石地層土壓平衡盾構開挖添加劑優(yōu)化配比試驗研究 開題報告人：姜厚停 指 導 老 師：張在明 龔秋明綱 要一課題研究的意義二國內外研究現(xiàn)狀三課題的主要內容四實 驗 設 計五研究進度及安排土壓平衡盾構的構造和工作原理工作原理： 掘進時，土艙內土的被動土壓與開挖面上的土壓、水壓基本相同。被動土壓力土壓、水壓刀 盤護 盾支撐系統(tǒng)土壓平衡盾構機砂卵石地層土壓平衡盾構施工的問題砂卵石地層中的粘性顆粒含量低，塑流性差，會導致土艙內不易形成穩(wěn)定的土壓 ；開挖面難以保持平衡，會發(fā)生超挖，導致地表沉陷；由于砂卵石之間相互摩擦，造成刀盤旋轉攪拌阻力較大，從而加劇刀具的磨損。 一、課題研究的

2、意義通過加入添加劑（泡沫和泥漿）改善開挖土體的塑流性，擴大土壓平衡盾構工法適用的土層范圍；提高掘進效率，減小刀具磨損，延長盾構機的使用壽命；目前北京、成都、沈陽等地在使用土壓平衡盾構施工的時候都遇到了砂卵石地層，迫切需要進行土體改良，本試驗結果為以后北京地區(qū)乃至全國應用土壓平衡式盾構工法開挖砂卵石地層提供技術支持。2.1 國外土體改良試驗的研究狀況(1)里爾力學實驗室Stephane Quebaud(1998)對注入泡沫的混合砂進行了試驗研究：二、國內外土體改良試驗的研究狀況 a、攪拌試驗方便、直觀地研究混合土體性質和模擬土壓力艙內刀盤和攪拌翼板對渣土的攪拌過程 。b、滲透試驗測得混合土體的滲

3、透系數c、坍落度試驗測得混合土體的流塑性滲透試驗(2)牛津大學的Sotiris Psomas(2001)對粗砂和細砂進行了一系列的室內試驗，對不同添加劑的改良土分別做了攪拌試驗、滲透性試驗、壓縮試驗 和直剪試驗，得到了下列的結果： 壓縮試驗中，泡沫混合砂表現(xiàn)出高壓縮性，在土壓力達到200Kpa時氣泡仍然存在。直剪試驗中，泡沫混合砂表現(xiàn)出較小的剪切力，說明泡沫能大大減小砂的內摩擦角。滲透試驗中，泡沫混合砂的滲透性數是飽和砂的十分之一左右。(3)意大利學者Raffaele Vinai(2007)等通過坍落度試驗和壓力艙模型試驗設備對改良土進行研究，其模型如下所示：2.2 國內土體改良的試驗研究狀況

4、 河海大學的朱偉對土體改良做了些研究，發(fā)明設計了一套可以在室內進行發(fā)泡的試驗裝置，研究了氣 泡的性質，做了一系列室內試驗。(2) 郭濤(2005)利用上述的發(fā)泡裝置，通過坍落度 試驗對泡沫改良后砂的塑流性做了研究。 (3) 林鍵(2006)同樣采用上述發(fā)泡裝置產生的氣泡，對砂土進行了改良，進行了攪拌試驗、直剪試驗和滑板試驗，得到了混合砂土性質與土質參數的直接關系。a、小型攪拌試驗 b、直接剪切試驗 采用直剪儀，通過快剪試驗研究泡沫對混合土抗剪強度參數的影響規(guī)律。c、滑板試驗 測得氣泡混合土與鋼板之間的摩擦系數（4）樂貴平(2001)等報道了加泥式土壓平衡盾構穿越砂卵石地層的實例，指出成功施工的

5、關鍵在于添加了性能適宜的泥漿，并做了坍落度試驗確定最佳的泥漿配比。序號材料配合比坍落度注入比1膨潤土水硫化劑120.015820%2膨潤土水粉煤灰硫化劑1520.015918%3膨潤土水粉煤灰硫化劑1520.0151314%三、本文研究的主要內容(1) 設計一套可以室內發(fā)泡的試驗裝置，并研究泡沫的性質。 (2)由于砂卵石地層的特殊性，使用合適的添加劑(泥漿和泡沫等)進行土體改良，通過坍落度試驗和攪拌試驗評價混合土體的性能。(3) 設計一套盾構機土艙模擬試驗裝置，通過監(jiān)測混合土體在壓力艙和螺旋輸送機內壓力的變化，研究混合土體的性質。 四、試 驗 方 案1、坍落度試驗 1.1 將砂卵石進行篩分試驗

6、，畫出試樣的顆粒級配曲線。1.2 做不同含水量的坍落度試驗，試樣的含水量分別為5%、10%、15%、20%、25%和30%，比較試樣坍落度隨含水量增大的變化規(guī)律，得到能接近盾構施工要求最佳的含水量。1.3本試驗的泡沫分別為1%、2%、3%發(fā)泡液制成，得到不同穩(wěn)定性和發(fā)泡倍率的氣泡；1.4泥漿的制作：泥漿由膨潤土制成，密度為D=1.41.5；別組添加劑一二三四五六泡沫()202530354050泥漿()51015202530泡沫泥漿()在加泥漿的基礎上注入泡沫1.5 在試樣中分別加入泡沫、泥漿、泡沫和泥漿進行試驗，做這三類試驗進行對比。2、攪拌試驗用小型攪拌機 (5L)模擬刀盤和攪拌翼板對壓力艙

7、內渣土的攪拌過程，測得攪拌機所消耗的功率，從而推得攪拌機的攪拌扭矩；攪拌試驗的試樣和添加劑配比與坍落度試驗的試樣一樣；此試驗可以驗證坍落度試驗的結果，并與之做比較。3、模型試驗 設計一套簡易試驗裝置，在土艙內和螺旋輸送機內分別安置兩個土壓力計，監(jiān)測混合土體在壓力艙和螺旋輸送機內壓力的變化。4、試驗結果分析 4.1分析混合土體在不同添加劑情況下的坍落度，并找到添加劑最佳注入量。做出坍落度隨時間變化的曲線圖，研究泡沫的作用時間。4.2 做出不同添加劑與混合土體攪拌扭矩的曲線關系，分析得到添加劑最佳注入量。4.3分析壓力艙模型內混合土體在壓力艙和螺旋輸送機內壓力的變化，研究添加劑在壓力艙和螺旋輸送機內所起的作用。五研究進度及安排2007年6月2008年1月 文獻閱讀、試驗設計、 形成論文基本思路2