摘要：针对深圳的富水砂层,采用泡沫、膨润土以及高分子聚合物等添加剂,改良盾构施工渣土,进行现场坍落度试验.基于现场试验结果,通过对土样进行电镜扫描以及压缩、渗透等室内试验研究,分析了改性渣土细观结构以及渗透、压缩特性的变化.对添加剂改善富水砂性土的流塑性、保水性以及开挖面动态土压平衡机理作了较深入的探讨.结果表明,富水砂层中,采用质量比为1∶7、外掺量为8%~10%的膨润土进行渣土改良,可满足施工需求.

摘要：为解决中粗砂-风化岩复合地层土压-泥水双模盾构土压平衡模式施工适应性问题,依托广州地铁12号线赤沙滘站—仑头站区间隧道工程,针对富水中粗砂-风化岩复合地层易发生的刀盘结泥饼、螺旋输送机出渣喷涌等施工风险,设计防喷涌和防泥饼试验装置研究分散剂及膨润土泥浆的渣土改良效果;针对性地提出不同掘进平衡模式控制要点及“泡沫剂、分散剂为主,膨润土泥浆为辅”的渣土改良方法。研究结果表明:1)分散剂具备较好的防结泥饼能力,掺入比在4%时分散效果较佳;2)膨润土泥浆可有效改善砂土流动性,掺入比在10%、黏度大于80 s时具有较好的改善效果;3)采用泡沫、分散剂、膨润土组合进行渣土改良,合理控制土舱内渣土舱位,可较好适应土压平衡模式在中粗砂-风化岩复合地层掘进。

摘要：为了解决通过室内试验评价渣土改良效果存在耗时长、成本高,无法满足目前隧道掘进中的预测需求等问题,基于深度学习,引入遗传算法GA(genetic algorithm)对传统BP(back propagation)神经网络重新设计和优化,创建GA-BP模型;选择均方根误差GMSE、平均绝对误差MAE和决定系数R2作为评价模型预测效果的研究指标;利用机器学习中支持向量机算法与随机森林算法的预测结果与GA-BP模型的预测结果进行对比。试验结果表明:1)基于深度学习的传统BP模型和本文创建的GA-BP模型的各项评价指标皆高于机器学习算法;2)相较于传统BP网络的预测结果,GA-BP模型对内摩擦角、渗透系数和坍落度预测的最高相对误差分别降低了7.18%、5.02%、1.17%,且GA-BP模型的RMSE、MAE和R2值都优于传统BP模型和机器学习算法的预测结果。由此可得,基于深度学习的神经网络比机器学习算法更能提取到数据之间的关联性,且经过遗传算法优化后得到的GA-BP模型提高了传统BP模型的预测准确度。

摘要：针对地铁隧道采用土压平衡盾构施工穿越砂层时表现出的非适应性开展了渣土改良及现场试验研究,通过对比渣土经不同配比膨润土泥浆改良前后的抗剪强度、渗透性及塌落度,得到了合理的膨润土浓度及泥浆掺入比.研究表明:当砂层采用浓度为1∶10膨润土泥浆改良后,渣土的塑性及流动性得到有效提高,抗剪强度及渗透性大幅降低;控制泥浆体积掺入比为1∶5进行掘进施工时,盾构机刀盘内外温度及磨损程度明显降低、排土顺畅且推进速度提高.研究成果对于解决土压平衡盾构穿越砂层时土压难以平衡、排土不正常、刀盘扭矩过大及磨损过快等问题具有参考价值.

摘要：以常州地铁2号线某盾构区间穿越老黏土地层为项目背景,对刀盘在硬塑高强度、高韧性黏土中的"堵塞"风险进行了初步评估,并设计和进行了改良渣土锥体拉拔试验,该试验方法可用于评价黏性渣土的改良效果.研究表明:黏土含水率对锥体极限拉拔强度有显著影响,含水率越高,极限拉拔强度越小;分散剂在黏土稠度指数Ic<0.75时能有效降低锥体极限拉拔强度,减小量在10kN/m^2以上;试验所用黏土在稠度指数Ic=0.5~0.75时黏附量较高,在500g/m^2以上;添加分散剂后改良渣土的黏附量明显减小,关键在于黏土与分散剂充分混合.依据试验结果及现场经验提出评价改良后黏性渣土"堵塞"风险的方案,将黏性渣土按照极限拉拔强度和黏附量划分为4个"堵塞"风险等级.

摘要：富水砾砂地层具有内摩擦角大、渗透性强等特点,在盾构掘进时容易造成螺旋输送机堵塞或刀盘结泥饼等工程事故。通过改变含水率、泡沫剂浓度及膨润土泥浆浓度,测试砾砂渣土的坍落度得到其变化规律,同时观察土样的流塑状态,采用析因试验设计理论对多因素影响渣土改良试验效果的耦合作用进行显著性分析。研究结果表明:含水率是影响渣土改良试验的主要因素,最优坍落度范围为185~200 mm;当含水率为5%时,坍落度随着改良剂浓度的增高逐步降低;当含水率为16%时,坍落度随着改良剂浓度的增高而增大。对坍落度的显著性影响从大到小依次为含水率(A)、一级交互作用(A×C、A×B)、膨润土泥浆浓度(C)、一级交互作用(B×C)、泡沫剂浓度(B)、二级交互作用(A×B×C)。基于现场试验与等值关系图,得到最优坍落度对应的含水率、泡沫剂浓度、膨润土泥浆浓度范围分别为10.6%~14.2%、2.5%~4%、11%~13%,研究结果对于提高富水砾砂地层的盾构掘进效率具有重要的指导意义。

摘要：土压平衡盾构穿越上软下硬复合地层时存在刀盘“结泥饼”、排渣不畅和刀具磨损等难题。针对以上问题,以粉质黏土-全风化花岗岩复合地层为研究对象,基于渣土改良剂的地层适应性和性能测试开展不同地层渣土改良室内试验。研究泡沫剂和膨润土泥浆等渣土改良剂及其改良方法对上软下硬地层的改良效果,以获得土压平衡盾构在复合地层中的渣土改良方案及改良剂合理添加比。结果表明:(1)采用浓度为3%的泡沫剂溶液和配合比1∶8的膨润土泥浆进行联合改良可获得良好效果;(2)粉质黏土地层采用泡沫剂进行改良,渣土坍落度随泡沫添加比增加而增大,抗剪强度、黏聚力、内摩擦角和渗透系数随之减小,改良剂合理添加比为19.7%~22.8%;(3)全风化花岗岩地层采用泡沫剂和膨润土泥浆进行联合改良,可有效改善渣土流塑性和抗渗性,当采用全泡沫改良时,合理添加比为22.2%~28.7%,当采用泡沫与膨润土泥浆联合改良时,合理添加比为24.3%~31.5%。现场应用及施工效果反馈表明,采用以上改良方案可有效改善渣土流塑性,盾构推力、刀盘扭矩以及刀具磨损均有显著改善。

摘要：针对成都轨道交通17号线一期工程土压平衡盾构法施工在砂卵石地层中遇到的难题,如螺旋输送机喷涌导致开挖面压力失控、卵石堆积于压力舱底部滞排等,采用膨润土和泡沫剂等对现场砂卵石进行室内渣土改良试验。结果表明:1)改良剂的优化配比膨润土掺入质量比为5%,泡沫掺入体积比为10%~30%,即可使渣土的坍落度、和易性、抗渗性均保持良好,达到塑性流动状态。2)以渣土的坍落度在150~200 mm且无离析为改良的前提条件,以最小膨润土使用量为优化目的,建立砂卵石渣土坍落度与改良剂膨润土和水掺入量之间的三维曲面图,根据离析与非离析区域边界确定膨润土泥浆最经济的膨水比为1∶6。将试验结果应用于该工程的砂卵石地层土压盾构工程实践,掘进效率以及盾构工作的安全性得到显著提高。

摘要：针对砂卵石地层中卵石含量高、粒径大、强度高等特点导致土压平衡盾构掘进施工故障多、渣土改良难度大问题,首先,将砂卵石粒径分为≤2 mm细粒和>2 mm卵砾石粗粒2部分,建立砂卵石渣土中细粒填充并包裹粗料形成的孔隙的二相体物理模型,推导细粒填充包裹粗粒孔隙的临界细粒质量分数;其次,根据该细粒临界质量分数和室内砂卵石渣土改良试验,将砂卵石渣土分为改良容易型、改良较困难型、改良困难型3类,并分别建议相应的渣土改良措施:稳定性泡沫剂单掺方式、膨润土泥浆+泡沫剂复合掺入方式、泡沫+膨润土泥浆+聚合物复合掺入方式;最后,结合成都地铁17号线某区间盾构掘进渣土改良指导前、后渣土状态和掘进参数对比,初步验证建立的砂卵石渣土改良难易分类机制的合理性。

摘要：盾构穿越复合地层时,富水砾砂层含量高易发生“喷涌”、掌子面失稳,泥岩地层含量高则易发生结泥饼、刀具抱死及偏磨、出渣困难等问题。针对这些施工难题,以南昌地铁4号线七里站—民园路西站(七民)盾构区间穿越富水砾砂-泥质粉砂岩复合地层为研究对象,基于5种不同复合程度掌子面地层渣土改良试验,研究土压平衡盾构在动态变化的复合地层中所需的合理渣土改良剂配比。结果表明:对于复合地层,随着泥岩占比从10%增加至90%,泡沫注入率从20%逐渐增大至50%,膨润土泥浆注入率从20%逐渐减小至0。现场应用结果表明,采用该改良方案可保证土仓内渣土流塑性较好、渗透性较低。