土压平衡盾构法施工渣土改良试验方案.docx

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1、土压平衡盾构法施工渣土改良试验方案1、试验目的(1)依据泡沫的要求(如半衰期、发泡倍率等)发出合适的泡沫，并评价泡沫的性质。讨论气泡性能与发泡液浓度和气体流量、气体压强及液体流量的关系，为土压平衡盾构渣土改良供应合适的泡沫。(2)依据改良土体的需求配制合适的泥浆，并试验泥浆的性能。对试验结果与数据处理，讨论泥浆漏斗粘度、比重、PH值与纯碱、CMC、膨润土添加量的关系，为土压平衡盾构渣土改良供应合适的泥浆。(3)在几类典型地层的盾构施工中，总结满意盾构施工土体性能所要求的土体含水量、泡沫注入率、泡沫浓度、泥浆注入率、泥浆浓度等参数指标。(4)通过坍落度试验、搅拌试验、LCPC磨擦试验、盾构模型试

2、验综合评价土样经过不同添加剂改良后的性能，最终得到土压平衡盾构施工优化添加剂配比方案。(5)依据北京地区地层的土层特性，采纳合适的添加剂(如泥浆和泡沫等添加剂)进行渣土改良，并明确以下内容：泡沫稳定性及注入率对改良土流淌性的影响；不同浓度的泥浆和不同泥浆注入量对改良土体流塑性的影响；泡沫和泥浆共同改良土体各自发挥的作用以及交互作用的影响。2、试验装置及试验步骤(1)泡沫试验川本次试验装置如图1、2所示，本试验使用的盾构用泡沫的发生装置及衰落度测试仪器是由龚秋明课题组设计制造。使用该套试验装置能快捷的制造动身泡倍率及稳定性不同的泡沫，该仪器设施经测试参数定位精确、性能稳定、试验操作便利。试验步骤

3、如下： .启动空气压缩机，关闭气体开关和发泡液容器的出口开关，依据发泡溶液浓度称取肯定的水和发泡原液，将水和发泡原液注入发泡液容器并搅拌匀称； .打开溶液罐的出口开关和液体开关，启动增压泵(保证液体布满增压泵内部)，调整液体开关使得液体流量和压强到设定值； .待空气压缩机储气罐中气体达到8bar时，打开气体开关，调整开关使得气体流量和压强为设定值，收集生产的泡沫； .J等衰落筒内壁用水潮湿，然后放到电子天平上，置零； .招1生产出来的泡沫注入衰落筒，注满后开动秒表，关闭液体增压泵和气体开关； .将装满泡沫的衰落筒放在电子天平上，读取泡沫的质量mf ; .把衰落桶快速放到三角架上，然后把量筒放到

4、三角架下方的电子天平上,置零，使衰落筒液体流出口对准量筒的中心(第6、7步为测量泡沫半衰期的关键步骤，为了提高试验的精确性，这两个步骤尽量在30秒内完成); .纪录量筒内液体每增加5g时所用的时间，直至量筒内液体接近泡沫质量为止，整理数据求得泡沫的半衰期tl/2； .清洗衰落桶，以备下次试验； .至少进行三次平行试脸，取泡沫发泡倍率和半衰期的平均值作为最终试验值。1-发泡液容器2-容器开关3-液体开关4.气体开关5-液体流量计6-气体流量计7-液体压力计8.气体压力计9-混合器10增压泵11-发泡器12-空气压缩机图1盾构用泡沫的室内发泡装置1-衰落桶2三角架3-量筒4-电子天平图2衰落度测试

5、仪器(2)泥浆试验泥浆制备及测试装置如图3、4、5所示，包括泥浆桶、电动机、推车、搅拌叶片等，泥浆桶固定在推车面板上，底部留有直径3cm的泥浆排出管。本试验主要目的是制备适合改良土体的各种泥浆，以泥浆的漏斗粘度、比重和PH值为试脸指标通过正交试验制备合适的泥浆。泥浆制备和试验步骤如下： .按设定的泥浆浓度称取膨润土和水，放入泥浆桶内，启动电动机搅拌泥浆直到搅拌匀称。为了更好发挥膨润土泥浆功效，静置24小时后使用； .用乳胶吸水球吸取少量泥浆滴在PH试纸上，测试泥浆PH值，必要时可添加泥浆改良剂，如纯碱； .先测试清水的漏斗粘度，用左手食指堵住泥浆粘度计漏斗管口，用量杯量取700mL清水倒入漏斗

6、中，右手握秒表，在放开左手食指的同时按动秒表，使清水流入量杯500mL的一端，当清水流满时，马上停止秒表，并用食指堵住管口，读取秒表tw。然后用同样的方法测试泥浆的漏斗粘度，读取秒表ts ; .泥浆杯中注满清水，加盖后擦净溢出的水，将秤杆的刀口放在支架的刀座里，将游码置于1.0处，通过增减平衡重容器内的钢珠调平泥浆比重计，使水准气泡处于正中。同样的方法向泥浆杯中注入泥浆，拨动游码，使秤杆水平（水准器气泡位于正中），纪录游码在秤杆上所指的刻度值，此值即为泥浆的比重Yn； .清洗泥浆粘度计和比重计，以备下次试验； .至少进行三次平行试验，分别取泥浆比重、泥浆漏斗粘度和PH值的平均值即为最终试验值。

7、1-推车2-泥浆桶3-电动机4-搅拌叶片5-电动机变速器图3泥浆制备装置1006型泥浆漏斗粘度计是常用的一种测量泥浆粘度的仪器，由漏斗、量杯、滤网等组成，如图4所示，泥浆粘度由漏斗中流出500ml泥浆所需的时间来表示。1-漏斗2-滤网3-量杯4-水桶图4 1006型泥浆漏斗粘度计NB-1型泥浆比重计，由支架、泥浆杯、杆杆、游码、平衡重容器等组成,如图5所示，秤杆刻度范围为1.02.0,其测量精度为0.01。1-泥浆杯2-杼杆3-游码4-平衡容器5-支架5NB-1型泥浆比重计（3）坍落度试验卜坍落度试验装置主要包括磅秆（量程50kg,精度1g）、坍落度筒、钢板（尺寸为600mmX600mm左右，

8、表面平整）、直尺（量程500mm,最小刻度1mm）、铁铲和抹刀等。为了适应不同颗粒大小的土样，采纳大、小两种坍落度筒（筒顶直径X筒高X筒底直径分别为：100mmX200mmX300mm和150mm300mm450mm）o当土体中最大颗粒直径小于40mm时，使用小坍落度筒，即标准坍落度筒；当土体中最大颗粒直径大于40mm小于60mm时，使用大坍落度筒，如图6所示。坍落度试验操作简洁、便利快捷，广泛应用于现场盾构施工和试验室的渣土改良试验，能初步评价改良土体塑流性。试验步骤如下： .取大约12L 土样，称取土样质量外,烘干后放在干燥的室内冷却至室温,称量土样质量ms; .称取重量为ml的清水，将烘

9、干的土样和清水混合，测得含水率W1; .依据添加剂配比方案，量取添加剂加入土样，人工拌合匀称； .用水潮湿坍落度筒内壁，将筒放在已预备好的不吸水钢板上，用脚踩住脚踏板固定坍落度筒； .将改良土体装入坍落度筒内，装满后轻压土体，用抹刀刮去多余土体并抹平，清除筒外渣土，保持坍落度筒静止一分钟； .将坍落度筒缓缓垂直提起，轻放于试样旁边。坍落度筒的提离过程应在510s内完成； .用钢尺量出土样顶部中心与坍落度筒的高度之差，用捣棒轻小扣打坍落的土体测面测试其黏聚性，观看土样的析水状况，测量此时的含水量W2 ; .清理试验后的渣土，清洗坍落度筒，以备下次试验； .至少做两次平行试验，取坍落度平均值即为最

10、终试验值。1-把手2-脚踏板图6坍落桶(4)搅拌试验本试验装置如图7所示所示。本试验可以依据不同土层选用不同直径的搅拌桶，试验过程中实时纪录搅拌过程中电动机电流随时间的变化规律，通过电流值计算搅拌叶片扭矩，讨论搅拌扭矩与不同添加剂改良土体之间的关系。底座可以升降和水平滑动，便于试样的添加和清理，试验程序简洁、便利，具有良好的试验效果。搅拌试验是采用搅拌装置模拟刀盘和搅拌翼板对渣土的搅拌过程，评价改良土体的搅拌性能和粘附性，为讨论刀盘扭矩、螺旋排土器扭矩的影响因素供应了一种直观有效的试验手段。试验步骤如下： .启动电脑，连接电流表数据采集线，打开数据采集系统； .开动电动机，调整变速器设定适当的

11、电动机转速力，纪录搅拌叶片空转时电流值Io,电流稳定后关闭电动机； .预备好试脸土样，降低升降架使得底座落在底座轨道上，取出搅拌桶，放入足量土样(以土样没过搅拌叶片为宜)，然后将搅拌桶推到支架的中心位置，使得底座轮子与槽钢对齐，上升升降架，直到搅拌叶片和搅拌桶底部接触为止； .启动电动机，纪录搅拌土样时电流I,直到电流值达到稳定后停止试验,观看搅拌叶片上土体粘附状况，关闭电动机；降低升降架使得底座落在底座轨道上，取出搅拌桶，清理土样，以备下次试验。1-也动机2-也流表3-也动机变速器4-传动轴5-搅拌叶片6-不锈钢搅拌桶7-底座8-升降架9-底座轨道10-槽钢框形支架图7搅拌装置（5） LCP

12、C磨擦试验磨擦试验机由电动机、传动轴、金属测试板、进料口、进料口盖、试样桶和掌握面板（包括启动开关和掌握开关）组成，如图8所示。LCPC试验原用于岩石摩擦性测试，是常用的岩石磨损性的试验指标之一。其试验原理接近刀具与土体及岩体作用的真实状况，可以用于土体及岩体的摩擦特性测试。试验步骤如下： .称取肯定量的土样，进行筛分试验，绘制颗粒继配曲线So; .取一个金属测试板并编号，采用高精度天平（精度至少为0.01）称取重量Po,将金属测试板安装在试脸机的传动轴末端，安装好试样桶； .将直径为10 mm以下土样筛选出来，取试样500g放入试样桶，盖好进料口盖； .将掌握面板上的掌握开关置于5min档位

13、，按下启动开关按钮，待试验机停止后卸下试样桶，清理测试板上残留的土样，取下测试板然后称取其质量P; .清理试样桶，收集试验后土样并称取质量m,然后将土样再次进行筛分试验，绘制颗粒继配曲线Si; .至少做三次磨擦试验，取磨擦性指数ABR平均值即为最终值。 .对改良的土体按2、3、4至少做三次摩擦试脸，取摩擦性指数ABR平均值即为最终值。 .清理试样筒内的土样，以备下次试验。1-电动机2-掌握面板3-传动轴4-金属测试板5-试样桶6-进料口 7-进料口盖图8 LCPC磨擦试脸机3、试验材料(1) 土样依据调查和统计已施工隧道的工程地质及水文地质条件，依据盾构施工的特点与差异，北京地区适合室内试验的

14、地层可分为以下五类：粉质黏土，粉土，细砂粉、细砂，中粗砂、粗砂，圆砾、卵石。试验所用土样由钻井取得。(2)发泡剂发泡剂是盾构施工中应用最广泛的添加剂所购买的发泡剂应具有如下优点：润滑效果优异。抗渗透性强。能显著降低粘土的粘性。可生物降解，对土壤环境无污染。发泡剂选取标准”L .发泡倍率高发泡剂的发泡率越高，相同发泡剂溶液发出的气泡体积多，泡沫体内存留的未发挥作用的发泡剂溶液越少，发泡剂采用越充分，同时发泡率越高，说明发泡剂溶液越易发泡，对盾构机发泡装置的性能要求越低，越有利于盾构施工中气泡状态的掌握，对土体的改良效果越好。 .泡沫稳定性好土压平衡式盾构施工时，泡沫被发泡装置发出到与开挖土混合，

15、对土体进行改良有一个间隔时间，依据盾构机的制造工艺，这一间隔时间约为23min,开挖土体从被开挖进入压力舱到排土器排出有一个时间过程，这一过程依据施工的状况不同有肯定差别，因此，盾构用气泡必需有肯定必需稳定性，才能保证与开挖土体混合之前不至气泡过度衰变破灭，与开挖土混合后，对开挖土的改良效果必需能够维持一段时间，由此，盾构用气泡需要具有肯定的稳定性才能满意盾构施工的要求。(3)膨润土盾构施工中的阅历值是开挖土中的微细颗粒必需达到30%35%左右。若开挖土体中的微细颗粒不足，此时最常用的是把粘土、蒙脱土等作为添加材料制成泥浆进行补给。膨润土由于具有吸湿膨胀性、低渗性、高吸附性及良好的自封闭性能,国外从20世纪60年月就已经开头将膨润土用作防渗材料。膨润土的选取标准： .造浆