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盾构在富水砂砾(卵)石地层掘进时应用的泥浆配比优化试验研究(论文).pdf

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堡 盾 构 在 富 水 砂 砾 ( 卵 ) 石 地 层 掘 进 时 应 用 的 泥 浆 配 比 优 化 试 验 研 究 柳 毅 强 上海域建市政工程 (集团)有限公司 上海 200065 摘要:沈阳地铁10号线1 1标在富水砂砾 (卵 )石地层中泥水盾构掘进时,通过对泥膜形成及泥浆配比优化等关键技术 问题进行调研分析,以及室内试验、现场试验验证 ,牢牢地把握了其中的关键点和技术要点。为降低过河段施工风险 和指导施工提供参考 ,具有较大的理论价值和实际工程意义。 关键词:泥水盾构;富水地层 ;泥膜形成;泥浆配比 中图分类号:TU755.1 文献标志码:A DOI:10.141444.cnki,jzsg.2017.06.044 Research on Optimal Experim ent of Slurry Proportion in Rich W ater Sand(Pebble)Stone Stratum LIU Yiqiang Shanghai Urban Construction Municipal Engineering(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200065,China 1 工 程 概 况 沈 阳地铁l0号线ll标长青桥站一浑南大道站区间全长 为1 617.259 m (图1)。区间基本位于浑河 、长青南街下 方,线路出长青桥站后沿浑河长青大桥下穿浑河 ,再沿长 青南街东侧到达浑南大道站。长青南街地面交通繁忙,车 流量很大:浑河河面宽约4130 m,水深3~4 m,水位高度变 幅l~2 m。区间周边建 (构)筑物主要有浑河长青大桥、 住宅小区、药房等 ,建 (构)筑物距离区间均较远 ;本区 间沿线地下管线较少 ,主要在浑南大道站车站北段有大 口 径 雨污合流排 水管等市政管线 。区间为标准单洞单线 区 间,采用泥水盾构法施工【I 1,区间设联络通道3处 (其中l 处与泵房合建)。隧道覆土13.2~25.0 m。 图1 长青桥站一浑南大道站路线示意 2 国 内 外研 究 现 状 Chambon等H 通过开挖面的稳定离心模型试验 ,分别对 黏土地层和砂土地层开挖面的破坏形状进行 了研 究,并阐 述 了深度对极限支护压力 的影响。程展林等 ’通过小型模 型试验研究了拱效应和孔隙水压对盾构开挖面稳定性的影 响,并提出中粗砂地层中临界泥浆支护压力公式。邓亨义 等161针对北京站一北京西站地下直径线工程泥水盾构施工, 通过对泥浆性能研制的配比试验,提 出了砂卵石条件下的 最佳泥浆配比,提高并改善 了泥浆 的成型质量与速度,确 保了环境要求。郑中刚等i 阐述了穿黄隧洞泥水平衡盾构穿 越高水压复合地层时 ,对泥浆指标 的控制及对添加剂和用 量的选择。根据不同的地层提 出了不 同的泥浆配合 比,在 高水压复合地层下保证 了掌子面泥膜的形成和泥水舱与气 垫舱压力平衡,从而保证 了刀盘开挖掌子面的稳定性 。 3 泥 浆 配 比优 化 试 验 方 案 设 计 3.1 试验 目的 针对工程实际情况 ,展开 多组泥浆配比试验 ,对比不 同泥浆组成和泥浆配 比情况下的泥浆特性指标值 ,研究固 相材料、添加剂的不同材料及其含量对同一泥浆特性的影 响规律,为泥浆的配 比提供依据 ,综合考虑成本等因素 , 获得最优泥浆配 比,为工程提供指导性建议。 3.2 试验材料 沈阳地 区砂砾 (卵 )石地层颗粒级配 相对较好 ,泥 浆中无需再添加高分子材料用 以填充颗粒间的大空隙,另 外,考虑到高分子材料成本高,最终根据项 目的实际需求 和条件,选择泥浆的主要组成材料为:水 、膨润土和泥浆 制浆剂 (CMC及纯碱 )。试验材料及其基本性质如下: 1)清水。泥浆主要液相材料,选用现场干净 自来水。 2)钠性膨润土 配制泥水的主要固相颗粒材料;以蒙 脱石为主要成分的黏土矿物,相对密度2.4~2.9,遇水体积 2017·6·Building Cons~'uction11857] 柳毅强: 盾构在富水砂砾 (卵 )石地层掘进时应用的泥浆配比优化试验研究 膨胀 10~15倍 。其表面带负电荷,与带正 电的地层结合形 成优质泥膜。 3)CMC (羧甲基纤维素 )。是木材、树皮经化学处理 后的高分子糊 ,溶于水时呈现极高的黏性,故多用来作增 黏剂。主要用于砂砾石层 中,有降低滤水量和防止逸泥 的 作用,也可抵抗阳离子污染。 4)纯碱 (碳酸钠)。可降低泥水的密度和黏性,增加 泥水的活性 。 3.3 试 验方法 试验采用单一变量法,通过泥浆配比试验 ,并测得泥 浆主要特性指标,逐一研究试验所选泥浆材料对泥浆特性 的影响。 1)不加入制浆剂,以膨润土为固相材料 ,通过改变 固 相材料含量,配制多组泥浆 ,并测量所得泥浆的主要特性 指标,对 比分析获得固相材料的含量对泥浆特性的影响。 2)添加CMC、纯碱2种添加剂,保持膨润土材料含量 不变,分别改变CMC以及纯碱的含量配制多组泥浆 ,对 比 分析泥浆的主要特性指标,得到2种添加剂的含量对泥浆特 性的影响。 3)改变膨润土材料 的含量,重复第二点中的步骤,获 得对应配 比情况下的泥浆特性指标 ,为后续最优泥浆配 比 的选择提供数据参考。 4)结合砂砾 (卵 )石地层的工程特点,综合考虑泥浆 质量、成本等 因素
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