砂卵石地层土压平衡盾构开挖添加剂优化配比试验研究-北京工业大学博士研究生开题报告论文开题报告

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1、工学硕士学位论文开题报告砂卵石地层土压平衡盾构开挖添加剂优化配比试验研究开题报告人：姜厚停指导老师：张在明龚秋明纲要一　课题研究的意义二　国内外研究现状三　课题的主要内容四　实验设计五　研究进度及安排土压平衡盾构的构造和工作原理工作原理：掘进时，土舱内土的被动土压与开挖面上的土压、水压基本相同。被动土压力土压、水压刀盘护盾支撑系统土压平衡盾构机砂卵石地层土压平衡盾构施工的问题砂卵石地层中的粘性颗粒含量低，塑流性差，会导致土舱内不易形成稳定的土压；开挖面难以保持平衡，会发生超挖，导致地表沉陷；由于砂卵石之间相互摩擦，造成刀盘旋转搅拌阻力较大，从而加剧刀具的磨损。一、

2、课题研究的意义通过加入添加剂（泡沫和泥浆）改善开挖土体的塑流性，扩大土压平衡盾构工法适用的土层范围；提高掘进效率，减小刀具磨损，延长盾构机的使用寿命；目前北京、成都、沈阳等地在使用土压平衡盾构施工的时候都遇到了砂卵石地层，迫切需要进行土体改良，本试验结果为以后北京地区乃至全国应用土压平衡式盾构工法开挖砂卵石地层提供技术支持。2.1国外土体改良试验的研究状况(1)里尔力学实验室StephaneQuebaud(1998)对注入泡沫的混合砂进行了试验研究：二、国内外土体改良试验的研究状况a、搅拌试验方便、直观地研究混合土体性质和模拟土压力舱内刀盘和搅拌翼板对渣土的搅拌过

3、程。b、渗透试验测得混合土体的渗透系数c、坍落度试验测得混合土体的流塑性渗透试验(2)牛津大学的SotirisPsomas(2001)对粗砂和细砂进行了一系列的室内试验，对不同添加剂的改良土分别做了搅拌试验、渗透性试验、压缩试验和直剪试验，得到了下列的结果：压缩试验中，泡沫混合砂表现出高压缩性，在土压力达到200Kpa时气泡仍然存在。直剪试验中，泡沫混合砂表现出较小的剪切力，说明泡沫能大大减小砂的内摩擦角。渗透试验中，泡沫混合砂的渗透性数是饱和砂的十分之一左右。(3)意大利学者RaffaeleVinai(2007)等通过坍落度试验和压力舱模型试验设备对改良土进行研

4、究，其模型如下所示：2.2国内土体改良的试验研究状况河海大学的朱伟对土体改良做了些研究，发明设计了一套可以在室内进行发泡的试验装置，研究了气泡的性质，做了一系列室内试验。(2)郭涛(2005)利用上述的发泡装置，通过坍落度试验对泡沫改良后砂的塑流性做了研究。(3)林键(2006)同样采用上述发泡装置产生的气泡，对砂土进行了改良，进行了搅拌试验、直剪试验和滑板试验，得到了混合砂土性质与土质参数的直接关系。a、小型搅拌试验b、直接剪切试验采用直剪仪，通过快剪试验研究泡沫对混合土抗剪强度参数的影响规律。c、滑板试验测得气泡混合土与钢板之间的摩擦系数（4）乐贵平(2001

5、)等报道了加泥式土压平衡盾构穿越砂卵石地层的实例，指出成功施工的关键在于添加了性能适宜的泥浆，并做了坍落度试验确定最佳的泥浆配比。序号材料配合比坍落度注入比1膨润土﹕水﹕硫化剂1﹕2﹕0.015820%2膨润土﹕水﹕粉煤灰﹕硫化剂1﹕5﹕2﹕0.015918%3膨润土﹕水﹕粉煤灰﹕硫化剂1﹕5﹕2﹕0.015>1314%三、本文研究的主要内容(1)设计一套可以室内发泡的试验装置，并研究泡沫的性质。(2)由于砂卵石地层的特殊性，使用合适的添加剂(泥浆和泡沫等)进行土体改良，通过坍落度试验和搅拌试验评价混合土体的性能。(3)设计一套盾构机土舱模拟试验装置，通过监测混合

6、土体在压力舱和螺旋输送机内压力的变化，研究混合土体的性质。四、试验方案1、坍落度试验1.1将砂卵石进行筛分试验，画出试样的颗粒级配曲线。1.2做不同含水量的坍落度试验，试样的含水量分别为5%、10%、15%、20%、25%和30%，比较试样坍落度随含水量增大的变化规律，得到能接近盾构施工要求最佳的含水量。1.3本试验的泡沫分别为1%、2%、3%发泡液制成，得到不同稳定性和发泡倍率的气泡；1.4泥浆的制作：泥浆由膨润土制成，密度为D=1.4~1.5；别组添加剂一二三四五六泡沫(℅)202530354050泥浆(℅)51015202530泡沫＋泥浆(℅)在加泥浆的基础

7、上注入泡沫1.5在试样中分别加入泡沫、泥浆、泡沫和泥浆进行试验，做这三类试验进行对比。2、搅拌试验用小型搅拌机(5L)模拟刀盘和搅拌翼板对压力舱内渣土的搅拌过程，测得搅拌机所消耗的功率，从而推得搅拌机的搅拌扭矩；搅拌试验的试样和添加剂配比与坍落度试验的试样一样；此试验可以验证坍落度试验的结果，并与之做比较。3、模型试验设计一套简易试验装置，在土舱内和螺旋输送机内分别安置两个土压力计，监测混合土体在压力舱和螺旋输送机内压力的变化。4、试验结果分析4.1分析混合土体在不同添加剂情况下的坍落度，并找到添加剂最佳注入量。做出坍落度随时间变化的曲线图，研究泡沫的作用时间。4

8、.2做出不