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土压平衡式盾构施工闭塞问题的发生机理及防治措施研究

张明晶  
【摘要】: 近些年来我国城市地铁建设迅速发展,盾构施工法作为一种安全而又环保的施工方法得到了广泛的使用,另外在黄浦过江隧道,西气东输的穿黄隧道等工程也在使用盾构隧道施工技术。这其中土压平衡式盾构在我国的使用最为普遍,成为地铁隧道施工技术的主流。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”。但是,如果地层是粘粒含量较少的卵石层、砂土地层、风化岩地层,进入压力舱的土体就很难形成这种“塑性流动状态”,从而严重阻碍施工进程甚至造成施工事故,闭塞就是常见的一种施工障碍,已经引相关方面的重视。 目前关于闭塞的研究普遍存在几个盲区:1)对闭塞的定义,即究竟在盾构的掘进中哪些发生的现象是闭塞:2)闭塞的发生机理,即闭塞到底是如何发生的:3)影响闭塞发生的主要影响因素;4)闭塞发生后应该如何有针对性的采取处理措施。对于以上四点,国内外的研究几乎是空白,虽然在不少施工实例中出现过对闭塞现象的关注,但是没有去探究它的发生条件、影响因素与压力舱土体的内在联系,对闭塞采取的防治更是普遍依靠工程经验,既影响工期又增加投资。 本文针对以上种种问题,作了以下方面的工作: 1)阐明了土压平衡式盾构压力舱土体的初始状态和理想状态,并对常见施工故障的机理进行了简单的分析: 2)通过对盾构压力舱土体受力状态分析,建立压力舱土体成拱模型,在此基础上推导了压力舱土体成拱系数久的表达式;通过分析压力舱土体成拱系数λ,探讨了闭塞这种施工难题的发生机理和发生条件:对影响闭塞的一些相关参数,分析了其敏感性,为有效的防治闭塞提供了理论依据; 3)结合地质条件,主要从土体的内摩擦角以及颗粒级配等基本土性参数出发,对各种盾构掘进遇到的土体发生闭塞的可能性进行了评价。 4)开发研制出适合盾构用的气泡剂,在室内试验的基础上,提出了广州地铁盾构隧道工程施工中防治闭塞的土体改良方案。


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