土压平衡式盾构高粘性土粘附闭塞机理及防治措施研究

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1、河海大学硕士学位论文土压平衡式盾构高粘性土粘附闭塞机理及防治措施研究姓名：刘洪忠申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：朱伟20080501摘要摘要近年来，随着我国城市地铁建设的迅速发展，盾构施工法作为一种安全高效的隧道挖掘技术得到了广泛的应用。其中土压平衡式盾构在我国的使用最为普遍。土压平衡式盾构施工成功的关键是要将开挖面切削下来的土体在压力舱内调整成一种“塑性流动状态”。但当地层是粘粒含量较高的高粘性地层时，进入压力舱的土体就很难形成这种“塑性流动状态"，结饼、闭塞就是已经引起相关方面重视的常见施工故障。实际施工中，采用土体改良来

2、降低土体的粘附以防治结饼、闭塞的方法已经得到了较普遍的应用，但目前高粘性土体的改良还主要依赖于工程经验，缺乏对高粘性土的粘附闭塞问题的理论研究，导致结饼、闭塞没能得到有效的防治。本文针对以上的问题，主要做了以下方面的工作：(1)阐述了结饼、闭塞发生的过程，明确了粘附闭塞环节是导致结饼、闭塞问题发生的关键环节。(2)通过对盾构刀盘和压力舱内土体受力状态分析，分别建立了刀盘闭塞和压力舱闭塞的力学模型。推导了刀盘粘附闭塞系数A和压力舱粘附闭塞系数叩的表达式：分析了影响粘附闭塞相关参数的敏感性，得出了高粘性土与盾构刀盘、压力舱的粘附系数是影响粘

3、附闭塞发生的土性方面最重要的因素。(3)根据盾构开挖土体在刀盘渣土槽和压力舱内流动时受力的条件，设计制造了测定土体与盾构钢材粘附性的装置。系统地研究了改良剂的掺入对土体粘附系数的改良效果。试验结果表明改良剂的合理添加可使土体粘附性得到明显的降低。关键词：土压平衡式盾构、高粘性土、粘附闭塞机理、土体改良、防治措施学位论文独创性声明：本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在

4、论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实，本人负全部责任·论文作者(签名)：3胡：筮犍．>鲫移年钼，≥日学位论文使用授权说明河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布(包括刊登>授权河海大学研究生院办理。论文作者(签名)：玉这曼山谚年石月f2，日第一章绪论1．1．1盾构工法发展史论§1．1盾构施工法简介

5、进入21世纪，我们迎来了地下空间大发展的时代，随着我国经济、社会的快速发展，城市化率每年以l％的速度快速递增，城市化的规模、集聚效应也得到了空前的发展。城市密集度的提高必然给城市的交通、生活等方面带来巨大的压力。为了缓解地面空间承载的压力，在提高城市规划水平的同时，城市的功能向地下拓展已经成为城市发展的一个重要方向。开挖地下隧道工程，对经济效益和生态环境等方面有着重大影响，而且地下工程掘进工作面又常常受到很大的限制，面对速度、环保、效益等问题，使用全断面掘进机无疑是最好的选择【ll。盾构施工法，作为一种低扰动、环保、高效快速的城市隧道施

6、工方法，已成为地下空间开挖的主流方法之一。1818年法国工程师布鲁诺尔((MarcIs锄bardBnmel)发明盾构法，并于1825年第一次用盾构法建造了伦敦泰晤士河下的一条高6．8m、宽11．4m的矩形隧道。从此，盾构法开始了它的发展历程。1830年劳德口切兰斯(L0rdCoch姗ce)发明了施加压缩空气的“气压法打以解决盾构穿越饱和含水地层时涌水的问题。1865年巴尔劳(B．W．Bdow)首次采用圆形断面盾构，至此圆形断面形式也成为盾构隧道的基本断面形式。l874年格雷塞德(J锄sH锄巧㈣e棚首次在盾尾衬砌后面的环形空隙中压浆以控制

7、地基变形的壁后注浆方法，进一步推动了盾构法隧道在城市建设中的应用。1966年法国研制了泥水加压式盾构，1974年日本研究开发了土压平衡式盾构，从1818年到今天盾构法经历190年的应用与发展，从气压盾构到泥水加压盾构、土压平衡盾构以及复合式盾构，已使盾构法能适用于任何水文地质条件下的施下，无论是松软的，坚硬的；有地下水的，无地下水的暗挖隧道工程都可用盾构法。19世纪末到20世纪中叶，盾构机技术取得较快的发展，主要以气压式、手掘式、半机械式、机械式盾构为主。其中又以1974年日本研究开发了土压平衡式盾构而使得盾构施工法取得了重要进展。土压

8、平衡式盾构法经过大量的工程实践和技术改进，经过30多年的发展，已成为能适应从软弱粘性土到砂砾土的一个较大地层范围的隧道施工方法【2】。从此以后，土压平衡式盾构以其具有对环境影响小、成本低、出土效率高和适用地