海底隧道修建技术国际研讨会资料课件.ppt

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1、水底盾构掘进泥水喷发现象研究STUDYONSLURRY-WATERGUSHINGDURINGUNDERWATERSHIELDTUNNELCONSTRUCTION报告人:袁大军北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心北京BeijingJiaoTongUniversityResearchCenterofTunnelingandUndergroundWorks，Beijing2007年11月6日厦门1.问题的提出在过江或跨海等大型水底隧道的施工工法中，盾构法是重要的工法之一。我国在建或将建的大型跨江海软土隧道几乎都采用了盾构工法，且多为

2、泥水平衡盾构工法。盾构在大型跨江海软土隧道施工时，为保证施工的质量和工程安全，最重要的问题之一就是如何保证开挖面的稳定。盾构机在江海中段掘进时，由于覆土厚度一般较小，且水压较大，切削面稳定难以控制。如有不慎，就有可能发生泥水劈裂地层，使得泥水喷发到江(海)底，从而产生塌陷和江(海)水倒灌等重大工程事故。TEMS河底公路隧道上海上中路隧道地质纵断面图南京长江隧道工程纵断面示意图泥水平衡盾构原理地层刀盘进泥管排泥管泥浆压缩空气连通管压缩空气泥模形成区2.对问题的认识及相关研究泥水平衡盾构掘进过程中的泥水喷发问题，从物理现象上讲是水力劈

3、裂问题。水力劈裂(hydraulicfracturing)现象的研究，在土力学及地基基础领域还是一个比较新的课题，但在岩石力学领域从很早就有人开始了研究。部分研究成果用于石油及天然气等开采，在钻孔施加水压力，使岩石产生龟裂，以提高采油效率。在土坝土心墙等的劈裂注浆加固时，由于浆液压力过大，将产生漏水这一类现象，也属于这个范畴。在注浆加固研究领域，应用劈裂注浆技术加固土体，以达到改良效果，这方面的研究主要集中于劈裂注浆的加固范围和加固效果。关于黏性土的劈裂现象的研究文献不多，已有的一些文献但还没能很好的分析影响劈裂压力、劈裂方向以及

4、劈裂伸展的因素。我国也有许多学者从事劈裂现象的研究，主要集中在岩体水力劈裂等方面。室内三轴劈裂实验劈裂发生压力现场劈裂实验劈裂伸展压力劈裂伸展流量i—土槽；ii—刀具；iii—刀盘；iv—刀盘马达；v—掘进马达；vi—排土器；vii—压力计；viii—泥水罐；ix—排土槽；x—上部荷载盾构模型试验装置Modelexperimentdeviceforshieldtunneling3.研究方法土槽人工黏土配比Mixtureproportionsofgypsumcohesivesoilground人工黏土配比/gqu/kPa高岭土石膏粉

5、质黏土水3000200020004000～600010～140所用泥水是10%的膨润土拌和而成。为观察劈裂面情况，把泥水着色成了红色。泥水黏度约25～29s。试验分两种形式进行。一种是在有上部荷载的情况，以模拟覆盖层较大的情况；另一种是无上部荷载的情况，以模拟覆盖层较薄的情况。盾构模型机以1mm/min掘进，并以一定的泥水加压速度使地层劈裂破坏(泥水喷发)。试验也进行了在掘进20cm后停止，以一定的泥水加压速度使地层劈裂破坏的情况。劈裂状况(有上部荷载，第五次试验)Fracturesituation(withloading，Tes

6、tNo.5)劈裂状况(无上部荷载，第一次试验)Fracturesituation(withoutloading，TestNo.1)劈裂宽度(第二次试验No.2)Fracturewidth(TestNo.2)一般劈裂宽度为2.10～2.90mm，平均为2.58mm。试验编号无侧限抗压强度qu/kPa上部荷载/kPa劈裂发生压力/kPa劈裂发生角度/(°)169.5071.3452114.0092.3383132.10108.5304134.30190.0355101.210175.0铅直678.310148.1铅直760.51012

7、6.0铅直868.010157.6铅直919.01055.7铅直盾构模型试验结果Resultsofmodelshieldtestsofshieldingmodels掘进中裂缝与劈裂发生过程(第九次试验)Processesofcrackandfractureduringshieldingadvancing(TestNo.9)该图是第九次试验的泥水压力与盾构推进距离的试验结果。试验结束后，挖开盾构模型机通过的土层，观察结果表明图中A区间没有发现异常，在B区间发现如图所示劈裂发生前的裂缝(由于在泥水中加入了着色染料，所以可以清楚的识别裂

8、缝)。这些裂缝都是从壁面开始呈放射状伸展，其劈裂发生深度距离泥水喷发处越近就越深。从图还可以看出，裂缝发生时的泥水压力比泥水喷发发生压力(劈裂)小的多。裂缝与劈裂状况Situationoffractureandcracksobservedinexp