土压平衡盾构施工中泡沫改良砾砂土的试验研究

doi:10.3973/j.issn.1672-741X.2017.05.008

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隧道建设（中英文） ›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (5): 571-577.DOI: 10.3973/j.issn.1672-741X.2017.05.008

土压平衡盾构施工中泡沫改良砾砂土的试验研究

彭磊^1,2，何文敏^1,2，畅亚文³，张继宏⁴，王闯^1,2，赵珀⁴

(1. 陕西铁路工程职业技术学院, 陕西渭南 714000； 2. 陕西省高性能混凝土工程实验室, 陕西渭南 714000；3. 中铁一局集团有限公司，陕西西安 050043； 4. 中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司，江苏无锡 214105）

收稿日期:2017-01-12 修回日期:2017-03-07 出版日期:2017-05-25 发布日期:2017-06-08
作者简介:彭磊（1984—），男，湖北十堰人，2011年毕业于石家庄铁道大学，材料工程技术专业，硕士，讲师，主要从事土木工程检测技术和建筑材料的教学和研究工作。Email: penglei012004@163.com。
基金资助:
渭南市基础研究人才工程基金（2015KYJ-3-3）；陕西省高性能混凝土工程实验室专项科研基金（G2015-04）

Experimental Study of Soil Modifying by Foam of Earth Pressure Balance Shield in Sandy Gravel Strata

PENG Lei^1,2, HE Wenmin^1,2, CHANG Yawen³, ZHANG Jihong⁴, WANG Chuang^1,2, ZHAO Po⁴

(1. Shaanxi Railway Institute, Weinan 714000, Shaanxi, China; 2. Shaanxi Province Engineering Laboratory of High Performance Concrete, Weinan 714000, Shaanxi, China; 3. China Railway First Group Co., Ltd., Xi’an 050043, Shaanxi, China; 4. Urban Rail Transit Engineering Co., Ltd. of China Railway First Group Co., Ltd., Wuxi 214105, Jiangsu, China)

Received:2017-01-12 Revised:2017-03-07 Online:2017-05-25 Published:2017-06-08

摘要/Abstract

摘要：

为了解决土压平衡盾构在砾砂土地层掘进过程中，土体塑流性差、刀盘及螺旋输送机磨损严重和开挖面平衡不易保持等问题，通过自制泡沫发生器发泡，对砾砂土地层的泡沫改良技术进行室内试验研究，分析气液比、含水率和泡沫掺量对塑流性的影响和改良前后土样的渗透系数的变化规律，得出泡沫发生器气液比在30∶1～55∶1、含水率为5%～12.5%、泡沫掺量为20%～40%时，土体具有较好的塑流性，泡沫的“轴承效应”和泡沫剂中表面活性剂的亲水基团与水、砾砂土颗粒形成的氢键是塑流性提高的根本原因；使用泡沫剂改良砾砂土后，渗透系数大幅降低，掺泡沫后在280 min内渗透系数随时间变化较小，能达到10-5 cm/s，泡沫剂溶液中高分子化合物的联结和液桥力是土样具有堵水作用的原因。

关键词: 土压平衡盾构, 气液比, 泡沫发生器, 泡沫改良, 土体改良, 砾砂土, 塑流性, 渗透性

Abstract:

The sandy gravel stratum is of unfavorable plasticity and fluidity, which is sure to induce serious wear of cutterhead and screw conveyor. Moreover, the earth pressure balance is not easily maintained and the face is easy to collapse. As a result, indoor experimental study of foaming technology for sandy gravel stratum is carried out with selfmade foam generator, the effects of foam expansion ratio（FER）, water content and foam injection ratio （FIR） on plastic flow state are analyzed, the variation law of permeability coefficient of soil before and after improvement are studied. The slump test results indicate that the optimal conditioning parameters to achieve required plastic behavior are FER of 30∶1 to 55∶1, water content of 5% to 12.5% and FIR of 20% to 40%, and the bearing effect and the hydrogen bond between hydrophilic group of surfactant with water and gravel sand particles are main causes. The permeability can reach 10-5 cm/s after using foam agent after 280 minutes; and the coupling and the liquid bridge force in the foam solution of the polymer can stop the water of soil.

Key words: earth pressure balance shield, FER, foam generator, foam improvement, soil improvement, sandy gravel, plastic flow, permeability

中图分类号:

U 451+.5

彭磊，何文敏，畅亚文，张继宏，王闯，赵珀. 土压平衡盾构施工中泡沫改良砾砂土的试验研究[J]. 隧道建设, 2017, 37(5): 571-577.

PENG Lei, HE Wenmin, CHANG Yawen, ZHANG Jihong, WANG Chuang, ZHAO Po. Experimental Study of Soil Modifying by Foam of Earth Pressure Balance Shield in Sandy Gravel Strata[J]. Tunnel Construction, 2017, 37(5): 571-577.

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土压平衡盾构施工中泡沫改良砾砂土的试验研究

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