土压平衡盾构土体改良微观机理试验研究.zip

土压平衡盾构土体改良微观机理试验研究马超摘要土压平衡盾构通过改良土体的流塑性建立土压舱的动态土压平衡和保证螺旋输土器把渣土顺利排出。施工中土体具有良好塑流性,成为确保土压平衡盾构顺利、高效施工的重要一环。目前,在盾构隧道施工中常采用泡沫等外加剂改良土体,达到盾构施工所需要的效果。国内外很多学者对泡沫的性质和泡沫改良土体做了室内试验研究和现场研究。本课题参考国内外关于泡沫改良土体最新的研究结果,通过发泡装置产生满足盾构施工要求的泡沫,使用该泡沫对土试样进行了改良试验研究,以及泡沫混合土体的塌落度试验,得出了不同含水率下不同泡沫注入比的泡沫改良土体的塌落度值等反映混合土体宏观特性的试验参数。参考塌落度试验的结果,取得最优化的改良后的混合土样,借助工业CT扫描成像系统从微观角度对土压平衡盾构中泡沫改良土体的机理开展了研究。试验中拍摄得到了泡沫改良后混合土的微观结构图像,并用编制的计算机程序分析其微观结构相关参数(孔隙率、最大孔径、平均孔径、孔隙方向角等),从微细观的角度对泡沫混合土体进行描述。通过对改良土体微观结构参数的总结分析,验证了塌落度试验结果。本课题中,通过试验研究,从泡沫混合土体的宏观试验和微观结构扫描试验两个角度对改良土体进行研究,总结得到泡沫剂改良土体原理,以及混合土体微观结构的特征,为盾构施工中合理使用泡沫改良土体提供理论依据。:在含水率和泡沫注入比比较合理的状态下,混合土的结构比较松散。在含水率和泡沫注入比不太合理的状态下,,黏性土,砂土和卵石土因为其颗粒大小差异,其细观结构也呈现一定的差异。黏性土的黏粒粘结一起,包裹其内部的气泡;砂土颗粒和气泡分布均匀,砂土颗粒和气泡间错排列。卵石土中含有较大颗粒和黏性颗粒,其细观结构往往是以一个较大颗粒为中心,黏性颗粒粘结在大颗粒周围,外面被气泡包围。关键词:土压平衡盾构;微观机理;土体改良;工业CT目录摘要………………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT…………………………………………………………………………II第1章绪论 8第2章文献综述 22第3章盾构用泡沫的室内试验研究 28第4章泡沫改良土体的室内试验研究 40结论 64参考文献 66绪论土压平衡盾构隧道施工法的发展和现状盾构隧道施工法,即用盾构机挖土排土构筑隧道的工法,属于暗挖法。目前盾构工法已在地铁隧道,污水排放隧道,江河湖海底交通隧道,电力、电信、供水、引水、供气及共同沟等城市建造中占有重要地位,是在现代城市隧道建设卓有成效的施工方法。从Brunel于1843年首次用盾构工法建造横穿英国泰晤士河河底隧道成功以来,至今已有166年的历史,随后Great在1887年南伦敦铁道隧道施工中使用了盾构和压气组合工法获得了成功,为现在的盾构工法奠定了基础[1]。20世纪60年代中期至80年代期间,圆形截面的各种不同平衡方式的盾构工法得到不断完善,主要是土压平衡盾构与泥水平衡盾构工法为主[2]。60年代初,英国首先开发了泥水加压式盾构,用泥浆代替气压,一般不再辅以其他技术措施,施工效率高、安全可靠,大大提高了施工质量和工程进度,盾构施工技术的一座里程碑。泥水加压式盾构需要一套泥水分离设备,存在占地面积大和设备费用高等确定,为了弥补泥水加压式盾构的不足,1974年日本制造商IHI在东京研发制造了第一台土压平衡盾构,,在含水砾层中修建1866m的隧道。之后,很多生产制造厂商采用土压平衡系统,生产了不同样式的土压平衡盾构。这两种施工方法的出现,对隧道建设产生了深远的影响,极大的提高了生产效率,并为盾构工法的快速发展奠定了基础。土压平衡盾构自1974年在日本首次使用以来,以其独特