土压平衡盾构土体改良微观机理试验研究9054
土压平衡盾构土体改良微观机理试验研究马超摘要土压平衡盾构通过改良土体的流塑性建立土压舱的动态土压平衡和保证螺旋输土器把渣土顺利排出。
施工中土体具有良好塑流性，成为确保土压平衡盾构顺利、高效施工的重要一环。
目前，在盾构隧道施工中常采用泡沫等外加剂改良土体，达到盾构施工所需要的效果。
国内外很多学者对泡沫的性质和泡沫改良土体做了室内试验研究和现场研究。
本课题参考国内外关于泡沫改良土体最新的研究结果，通过发泡装置产生满足盾构施工要求的泡沫，使用该泡沫对土试样进行了改良试验研究，以及泡沫混合土体的塌落度试验，得出了不同含水率下不同泡沫注入比的泡沫改良土体的塌落度值等反映混合土体宏观特性的试验参数。
参考塌落度试验的结果，取得最优化的改良后的混合土样，借助工业CT扫描成像系统从微观角度对土压平衡盾构中泡沫改良土体的机理开展了研究。
试验中拍摄得到了泡沫改良后混合土的微观结构图像，并用编制的计算机程序分析其微观结构相关参数（孔隙率、最大孔径、平均孔径、孔隙方向角等）,从微细观的角度对泡沫混合土体进行描述。
通过对改良土体微观结构参数的总结分析，验证了塌落度试验结果。
本课题中，通过试验研究，从泡沫混合土体的宏观试验和微观结构扫描试验两个角度对改良土体进行研究，总结得到泡沫剂改良土体原理，以及混合土体微观结构的特征，为盾构施工中合理使用泡沫改良土体提供理论依据。
1.两个卵石土的试验结果揭示出这样的规律：在含水率和泡沫注入比比较合理的状态下，混合土的结构比较松散。
在含水率和泡沫注入比不太合理的状态下，混合土的细观结构密实2.三种不同类型的土，黏性土，砂土和卵石土因为其颗粒大小差异，其细观结构也呈现一定的差异。
黏性土的黏粒粘结一起，包裹其内部的气泡；砂土颗粒和气泡分布均匀，砂土颗粒和气泡间错排列。
卵石土中含有较大颗粒和黏性颗粒，其细观结构往往是以一个较大颗粒为中心，黏性颗粒粘结在大颗粒周围，外面被气泡包围。
关键词：土压平衡盾构;微观机理;土体改良;工业CT目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (II)第1章绪论 (5)1.1土压平衡盾构隧道施工法的发展和现状 51.2土压平衡盾构的基本构造和开挖原理 71.3土压平衡式盾构施工中的土体改良技术91.3.1土压平衡盾构土舱内土体的理想状态91.3.2添加剂的分类和作用原理11第2章文献综述 (14)2.1土体改良室内试验的国内外研究状况 142.2 CT仪器用于岩土工程研究的原理介绍192.3 CT在土体微观结构研究中的应用212.4论文的所做的工作 (24)第3章盾构用泡沫的室内试验研究 (26)3.1泡沫性能的基本要求 (26)3.1.1盾构用气泡的稳定性要求263.1.2盾构用气泡的发泡倍率要求273.2试验设备和试验步骤 (28)3.2.1试验设备 (28)3.2.2试验步骤 (30)3.3实验结果分析 (30)- 3 -3.3.1发泡液浓度对泡沫性质的影响30第4章泡沫改良土体的室内试验研究324.1土层改良的意义和方法 (32)4.1.1泡沫的作用原理 (33)4.2室内坍落度试验步骤 (38)4.3黏性土的坍落度试验 384.3.1水对土样塑流性的影响394.3.2泡沫对土样塑流性的影响 404.4试样制备 (42)结论 (46)参考文献 (48)第1章土体改良的国内外研究状况第1章绪论1.1土压平衡盾构隧道施工法的发展和现状盾构隧道施工法，即用盾构机挖土排土构筑隧道的工法，属于暗挖法。
目前盾构工法已在地铁隧道，污水排放隧道，江河湖海底交通隧道，电力、电信、供水、引水、供气及共同沟等城市建造中占有重要地位，是在现代城市隧道建设卓有成效的施工方法。
从Brunel于1843年首次用盾构工法建造横穿英国泰晤士河河底隧道成功以来，至今已有166年的历史，随后Great在1887年南伦敦铁道隧道施工中使用了盾构和压气组合工法获得了成功，为现在的盾构工法奠定了基础[1]。
20世纪60年代中期至80年代期间，圆形截面的各种不同平衡方式的盾构工法得到不断完善，主要是土压平衡盾构与泥水平衡盾构工法为主[2]。
60年代初，英国首先开发了泥水加压式盾构，用泥浆代替气压，一般不再辅以其他技术措施，施工效率高、安全可靠，大大提高了施工质量和工程进度，盾构施工技术的一座里程碑。
泥水加压式盾构需要一套泥水分离设备，存在占地面积大和设备费用高等确定，为了弥补泥水加压式盾构的不足，1974年日本制造商IHI在东京研发制造了第一台土压平衡盾构，其外径为3.72m，在含水砾层中修建1866m的隧道。
之后，很多生产制造厂商采用土压平衡系统，生产了不同样式的土压平衡盾构。
这两种施工方法的出现，对隧道建设产生了深远的影响，极大的提高了生产效率，并为盾构工法的快速发展奠定了基础。
土压平衡盾构自1974年在日本首次使用以来，以其独特的优势广泛用于世界各地的隧道工程中。
在国内，土压平衡盾构在地铁、市政、能源等工程建设中也得到广泛的应用，其中上海使用土压平衡盾构施工最多，从国外引进和自己设计生产了不同型号的盾构用于地铁隧道的施工建设。
上世纪八十年代，上海率先引进一台日本川崎重工制造的φ4.33m小刀盘土压平衡盾构用于芙蓉江路排水隧道工程施工，该盾构具有机械化切削和螺旋机出土功能，施工效率高，对地面影响小的特点。
接着上海自行研制了φ4.3m加泥土压平衡盾构掘进机，用于市南站过江电缆隧道工程，穿越黄浦江底粉砂层，隧道掘进顺利解决了高水压情况下的密封和砂性土加泥塑流技术难题，施工性能技术指标达到80年代国际先进- 5 -水平[3]。
九十年代，在上海地铁1号线工程中，采用7台由法国FCB公司、上海隧道股份、上海隧道工程设计院、上海船厂联合制造的φ6.34m土压平衡盾构机。
据统计，截至1995年上海隧道工程施工中使用盾构59台。
随着我国对盾构工法的了解和熟悉，上海、北京、广州以及其他城市相继采用盾构工法修建城市地下隧道。
北京在20世纪80-90年代末，由于地铁建设的大力发展，促使盾构施工技术得到广泛的应用和发展。
从1999年开始，北京市政工程总公司开始在北京的污水睡到建设中成功应用盾构施工技术，北京城建集团也开始在北京做地铁盾构施工试验段工程，以此为标志揭开了盾构施工技术在北京地区的广泛应用，相应的研究工作也取得了相当的进步。
随着北京地铁工程5号线、4号线、10号线（含奥运支线）、机场线的相继开工，可以预计盾构施工技术将会在北京市政基础建设中发挥更重要的作用，也必将得到更大的发展。
2005年，三台用于地下隧道施工的盾构机在首钢问世，这也是我国首次制造这种先进的大型机械设备。
这三台设备长70m、直径6.3m。
这三台盾构机用于北京地铁4号线、10号线的隧道施工中。
在隧道导向技术、监控技术方面的研究也达到了国际先进；但是我国液压泵和阀件的加工制造水平与国外相比尚存在一定差距[3]。
2006年上海长江隧道工程引进两台φ15.43m泥水加压盾构机，“长江一号”盾构于2006年9月23日始发，“长江二号”盾构于2007年1月5日始发。
2008年9月实现双线贯通。
该隧道内部结构分上下层：上层为单向三车道高速公路；下层为轨道交通预留空间。
上海长江隧道隧道工程的成功建设，开创了我国超大直径隧道施工的新纪元。
经过20多年的发展，土压平衡式盾构适用的地质条件由软弱黏性土和砂砾土，范围不断扩展，得到广泛应用。
2007年，成都地铁施工引进多台土压平衡盾构和泥水盾构施工，在施工过程中遇到了大面积的卵石地层，刀具和刀盘的磨损比较严重，地面沉降的控制难度加大，经过土体改良取得了较好的施工效果。
随着土体改良技术等方面的发展，土压平衡盾构的土层适用范围将进一步扩大，越来越多的盾构机应用于地下隧道工程中，将创造巨大的社会价值和经济价值[4]。
实践证明，土压平衡式盾构因其能较好地控制地表沉降、保护环境、适应在市区和建筑密集处施工等优点，以及在经济上的优势，正在我国的隧道开挖中正走向普及。
第1章土体改良的国内外研究状况1.2土压平衡盾构的基本构造和开挖原理土压平衡盾构主机结构，它主要包括：开挖系统及泡沫、泥浆注入设备、刀盘驱动及推进系统、盾壳及盾尾密封、出渣运输系统、管片安装及同步注浆设备、导向系统、控制系统及数据采集处理系统、人行仓及材料仓、供电系统、通风设备、后配套车架等。
其构造如图1-2所示：刀盘位于土压平衡盾构机的前端，是主要的掘削机构，其上设有土压力计（土压力计设在土压仓后壁上中下几个位置），刀盘后方至隔板的封闭空间是土压力舱，开挖土仓由刀盘、切口环、隔板及螺旋输送机组成。
盾构各部分主要功能（1）刀盘是针对区间隧道的特殊地质设计，为面板式刀盘，用来切削土体，也有支撑掌子面的功能，同时具有泥土搅拌功能。
由5块组成，上面装有中心刀，切刀、刮刀和超挖刀，其中超挖刀采用液压控制，行程20~50mm，可减少曲线段掘进的超挖量。
刀盘采用液压驱动，驱动系统由8个液压驱动马达减速器、大小齿轮、三滚子轴向径向主轴承及密封组成，驱动刀盘旋转。
刀盘转速通过液压系统调节。
（3）渣土改良功能，土压平衡盾构维持工作面稳定的介质为渣土，为维持土舱内土压力的稳定和渣土的排出，土舱内的渣土必须具有良好的塑性和流动性、良好的粘稠度、低的内摩擦力、低的透水性。
（4）良好的土压平衡功能。
通过调节螺旋输送机转速或调节盾构推进速度，就能调节土舱内的压力与周围的水压及土压力平衡，保持地层稳定，控制地表隆馅值不超标。
土压平衡盾构的工作原理就是将刀盘开挖下来的砂土填满土仓室，在切削刀盘后面及隔板之间装有能使土仓室内土砂搅拌混合的搅拌臂。
借助盾构推进液压缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力作用于整个作业面使其稳定，如图1-3所示。
掘进时土舱内土压力与掌子面的土压力和水压力相平衡是保持掌子面是否稳定的关键因素，盾构在掘进过程中刀盘切削下来的渣土量与螺旋输送机向外输送量相平衡，维持土仓内压力稳定在预定的范围内。
土仓内的土压力通过土压力传感器进行测量，为保证一定的土压力，可通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速来控制。
刀盘、土舱内和螺旋输送机内留有添加剂的注入口；土舱里有搅拌机构，包括掘削刀盘、掘削刀盘背面上的搅- 7 -拌叶片、隔板上有固定或可动的搅拌机、舱内有单独驱动的搅拌叶片；土舱底部设有排土口，渣土由排土口进入螺旋输送机，然后排出；盾构的中央部位是盾构的主体构造部，支撑盾构的全部荷载，隔板的中部是刀盘的驱动装置，盾构四周的千斤顶直接作用在管片上；盾构的尾部主要是管片的拼装器和尾封设备。
盾构的后方拖着数节后续台车，台车上安放了动力、液压、操纵、控制等系统，通过牵引杆将盾构和后续台车连成一体。
台车的数量主要根据需安放设备的大小和台数以及隧道内水平运输车队的长短而定[3]。
浅谈复合地层盾构施工渣土改良技术
浅谈复合地层盾构施工渣土改良技术2中铁隧道集团有限公司，河南郑州450000摘要：盾构在上软下硬复合地层中施工掘进参数不易掌握，施工风险大，容易引起地表沉降甚至塌陷。
本文以成都上部砂卵石下部中分化砂岩复合地层为工程实例，研究和分析在这一特殊的复合地层中的掘进施工技术，为类似工程施工提供指引和参考。
关键词：盾构；复合地层；渣土改良；流塑性；粘稠度；止水性前言城市地铁施工普遍采用盾构法，选用的盾构机主要是土压平衡式盾构和泥水平衡式盾构，盾构机主要适用于土体性质较均匀的地层中，如软土、砂层、砂卵石地层，成都地区盾构施工选用的盾构机为土压平衡式盾构，在成都地区盾构施工中常见的地层为泥岩地层、砂岩地层、富水砂卵石地层以及复合地层，本文以成都地铁某盾构区间盾构穿越上部为砂卵石、下部为砂岩的复合地层为依托，对该复合地层情况下的渣土改良进行进行研究，为后续类似工况下盾构掘进提供参考。
1工程概况成都某地铁盾构区间线路穿越上部为砂卵石、下部为砂岩的复合地层，上部砂卵石自稳性较差，下部砂岩强度较高，砂卵石地层为中密，一般卵石粒径30～150mm，最大粒径达360mm，砂类土和少量粘性土充填，充填物含量10%～20%。
砂岩为砂状结构，泥质胶结，巨厚层状构造，节理裂隙较发育。
岩芯呈柱状，饱和抗压强度值RC=10～15MPa，岩体完整性较好。
2复合地层掘进施工问题对于复合地层的掘进，选取什么样的掘进模式和渣土改良方法将决定施工的成败。
在成都地区富水砂卵石地层中掘进以土压平衡模式为主，可略欠压施工，渣土改良以泡沫+膨润土为主[1-2]；砂岩地层中掘进模式为敞开或半敞开模式，渣土改良以泡沫或水。
在刀盘刀具配置适应性上面，根据砂卵石和砂岩的高磨耗性上，刀盘全盘配置重型宽刃滚刀[3]。
由于成都地区砂卵石地层的特点，盾构掘进中会形成自然塌落拱，有一定的自稳能力，但是滞后沉降效应明显[4-5]。
在实际的施工中，由于地层特性不一的特点，考虑到减少地表沉降，盾构掘进采用土压平衡模式，渣土改良采用泡沫+水。
钢渣改良土路用性能研究
钢渣改良土路用性能研究作者：李曜李铭张仰鹏江廷荟来源：《西部交通科技》2024年第04期摘要：為评价钢渣改良土的路用性能，文章研究制备了3种钢渣掺量的路基材料，通过击实试验、界限含水率试验、承载比试验确定钢渣与素土的最佳比例，开展最佳比例下钢渣土的力学和体积稳定性试验。
结果表明：与素土相比，钢渣土的物理性能显著提高，土体的水稳定性得到提升；最佳的钢渣掺量为50%，在此比例下，钢渣土具备最高的承载比数值（48%），兼具经济性和工程表现的压实性能，且具有较大规模的钢渣利用率；钢渣的加入使得土体的无侧限抗压强度得到大幅提高，钢渣土的体积稳定性也符合规范的要求。
基于以上结果说明，钢渣土具有良好的工程性能。
关键词：钢渣；改良土；路基材料；物理性能；稳定性中图分类号：U416.03 文献标识码：A文章编号：1673-4974（2024）04-0046-030 引言钢渣是钢铁厂炼钢过程中的一种工业伴生物，其产量约为粗钢产量的10%～15%。
2012年，我国钢渣的年产量为9 000×104 t，2020年，年产量已超1×108 t，居于世界首位［1-2］。
当前，我国累积的钢渣量已超40×108 t，但资源化利用率＜30%，相比于发达国家近100%的利用率而言［3］，差距十分显著，钢渣堆砌造成的环境负担愈加严重。
钢渣高强度、耐磨特性和力学稳定性可有效提高路基的承载力和稳定性，钢渣内C2S、C3S和C4AF等主要含量与水泥组成成分相近，可作为胶凝材料代替水泥、石灰等，用于路基土的加固及不良土特性改良。
日本采用经过蒸汽陈化方法处理过的钢渣作为路床材料，长期工程监测证明该材料具备作为路床材料的基本性能，且具有足够的稳定性。
美国研究者将钢渣土作为路基土进行了稳定性研究，分析了包括水稳性的影响因素、水侵蚀的原因、评判水稳性的技术以及如何防止、避免水侵蚀等。
我国的路基钢渣应用始于20世纪60年代，1965年使用平炉钢渣结合土作为路基材料，应用多年后证明钢渣用于路基填筑效果良好［4］。
软土地区浅埋小间距施工大直径泥水平衡盾构的实测分析
建隧道结构的内力。 与此同时 ， 盾构 的施 工参数 ， 包括同步注
浆量 ， 泥水压 力也一并列 出。
们 的 研 究 没 有 考 虑 土 体 和 衬 砌 刚 度 的 变 化 。 Ｃ ｒ ｉｇ ｏｄｎ
（ｏ ｄｎ ｎ ａｓ ｉｅ １７ ） Ｃ ｒｉｇａ ｄ Ｈｎ ｍｒ ９ ７对平行隧道开挖 引起 的地面实 测变形 进行 了分析 ， 结果显 示 ， 后建 隧道 由于土体损失 引起 的最大地面沉降值和 沉降槽宽度都 大于先建 隧道 ， 且地 面沉
１ 工 程概 况
上海人 民路双线 隧道采 用 １．８ ｍ泥水 平衡 盾构施 １５ 工 。隧道 结构外径 ｌ．６ ｍ 内径 １． ， ０４ ， 内衬 １ ， ３ ０４ ｍ 厚 ．８ ｍ 无
降 曲线是不对称的 ， 其最大沉 降点偏 向先建 隧道侧 。
Ｙ ｍ ｇ ｃ ｉ（ａ ａ ｕ ｈ ｅ １ ９ ８ 过对现场实测 数 ａ ａ ｕｈ Ｙｍ ｇ ｃ ｉ ｔａ．１９）通
互影响以及与周围地层的共同作用效应 ， 讨论 了隧道 间相互 “ 刺入 ” 等不同工况所引起的隧道结构 内力、 地表位移 以及 土
中应力等等的变化。 在中 国 ， 志（ｈ ｔ ａ． ０ ６对上 海复兴 东路 双线盾 林 Ｚ ｉｅ １ ２ ０ ） 构 隧道 ， 陈越峰（ｕ — ｅ ｇ ｅ １ ２ ０ ） Ｙｅ ｆ ｎ ｔａ． ０ ８对上海 ９号线三线隧 道 近间距施 工的相互影响进行 了详 细的现 场监测 。 根据 已建 隧道 的位移 、 沉降历 时曲线和 收敛特性 ， 出了盾构推 进对 得 近距离平行 已建 隧道 的影 响特点 。 本 文将详细介 绍上海人 民路 隧道上下 行线近 间距 施工
据 ， 多个 角度分析 了日本京都 ４条盾构近距离 掘进施 工相 从
水泥石灰改良盐渍土强度形成微观机理研究
瓤
曝 较 类别 浸水
不浸水
图 ６ 浸水前后 改良盐渍土颗粒特征变化情况
● Ｃ Ｂ Ｒ
暮５ ０ ０
４ ０ ｏ
茎 ∈３ ０ ０
２ ０ ０
删 １ ‘ 一 颗粒个数
函 ＋ ７ ｄ 无侧限抗压强度
蜒 一 等效圆直径 椭圆度 口３ ％水泥＋ ９ ％石灰
■６ ％水 泥 ＋ ６ ％石灰
图 ４ 改良盐渍 土的强度与孔 隙参数关 系
魏 ： ； 重 － ｉ － Ｃ Ｂ Ｒ
８ ｉ Ｋ 螭 － ＋ ｄ 不 浸 水 强 度
０ ． １
强度指标 提高 ； ２ ） 随着 改 良剂用量 的提 高 ， 改 良盐渍 土 内颗 粒椭 圆度 、 颗粒个数 、 孔隙个数 、 孔 隙等 效 圆直径 、 孔 洞率 降低 ， 而颗粒 等效 圆直径 提高 ； ３ ） 改 良盐渍土浸水后 ， 易溶 盐溶 解 ， 土体中孔洞 率、 孔隙个数 、 孔 隙等效 圆直径 、 颗粒 个数 、 颗粒椭 圆度 提高 ， 颗粒 等效 圆直 径降低 ， 土体孔 多、 松散 ， 改 良盐渍 土强度降低。
基２ ５ ０
２ ０ ０
鎏１ ｌ ５ ０ ０
餐 ５ Ｏ
０
一 原 仁 样 土 — ＝ — ！ — ３ — ％ 垒 水 三 泥 — — １ ７ ２ ． ０ 璧 － － ４ ｋ －
孔隙个数 等效圆直径
Ｃ Ｂ Ｒ
图 ７ 浸水前后 改良盐渍土孔隙特征变化情况
７ ｄ 无 侧 限 抗 压 强 度
参考 文 献 ：
９ ％ 石灰
６ ％石 灰
水泥 石灰 复合剂量， ％
图 ５ 改 良盐渍土 的强度与孔洞率关 系
分析 图 ６ ， 图 ７中的数据 ， 浸水 前后 改 良盐渍土微 观参量 与强 ［ １ ］ Ｊ Ｔ Ｇ Ｅ ４ ０ － ２ ０ ０ ７ ， 公路 土工试验规 程［ ｓ ］ ．
泥岩稀泥状盾构渣土快速固化技术的研发与应用
泥岩稀泥状盾构渣土快速固化技术的研发与应用发布时间：2022-06-07T06:26:02.216Z 来源：《科学与技术》2022年4期作者：丁东[导读] 泥岩类地质土压平衡盾构渣土含水率大、呈现稀泥状，外运时易滴漏污染道路，且外运弃土费用高。
丁东中铁十局集团有限公司山东济南 250000摘要：泥岩类地质土压平衡盾构渣土含水率大、呈现稀泥状，外运时易滴漏污染道路，且外运弃土费用高。
物理脱水作为常用处理方式，也因处理效率低、效果差、适应性小和成本高等不足，限制了其大面积推广应用，本研究掌握了高含水率盾构渣土快速和低成本处理技术，通过快速固化的方式，向盾构渣土中添加少量无机-有机复合环保型固化剂，采用挖机拌匀的工艺，10小时即可将渣土由稀泥状转变为干燥状态，满足渣土外运要求，经济效益明显。
关键词：渣土固化早期强度泥岩高含水率0前言随着中国城市轨道交通建设不断提速，机械法盾构施工获得广泛应用，每年产生1亿m3以上的盾构渣土，其中土压平衡工艺在泥岩和硬岩类地质盾构形成的渣土呈现流塑状态，运输过程极易出现滴漏污染道路，弃土场地也难协调，给弃土带来了较大困扰，弃土困难已成为制约盾构施工进度、增大盾构施工成本的重要因素，大量的盾构弃土也给自然环境带来了承重负担，为实现绿色环保施工，契合国家总体环保方针政策，政府、科研院所和施工单位均在积极寻求合适的解决方案[1-5]。
已见报道和应用的处理方法有机械脱水减量处理法和固化处理法，机械脱水减量处理法需要投入大量的设备和絮凝药剂，处理工艺复杂、效率低、成本高、地质适应性差，仅在深圳市见较多应用，推广难度较大。
近年，较多的学者和工程技术人员开展盾构渣土的固化处理法研究，取得了大量研究成果，但是均未很好地解决高含水率盾构渣土的快速和低成本固化技术难题，故鲜见应用[6-8]。
本研究从高含水率盾构渣土固化机理入手，自主研制出专用固化剂，系统地解决含水率、固化速度、简易工艺和成本等难题，掌握了高含水率盾构渣土快速和低成本处理技术，并成功在成都13号线地铁项目推广应用，成都13号项目盾构断面以强风化泥岩、中等风化泥岩、中等风化砂岩地质为主。
盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响
盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响摘要:土压平衡式盾构机的刀盘具有切削、支撑、搅拌、土体改良等功能，因此在控制掘进效率、保持开挖面的稳定等方面起着决定性的作用。
盾构选型时必须结合地层的特殊性和通用性来确定刀盘型式、刀具的布置形式以及他们之间的组合方式。
刀盘结构的改造是为充分发挥不同地层条件下辐条式刀盘和面板式刀盘的独特优势，实现两者间的转换。
将面板式刀盘的六块面板的装配形式改为栓接加焊接的形式。
刀具布置形式优化是根据刀具的作用和运动轨迹对刀具的位置、形状进行合理的优化布置，增强刀具的切削能力、降低土体对刀具磨损进而达到保护刀盘本体，为盾构长距离掘进提供保障。
关键词:辐条式刀盘;面板式刀盘;刀盘结构设计;刀具布置形式前言伴随着我国城市化进程的加快，城市建设快速发展，城市规模不断加大，城市交通呈急剧增长的态势，21世纪将是中国城市轨道交通的新纪元，经济发展将会伴随更大的都市化，地铁交通的建设将促使城市的发展，甚至成为一个急迫的任务。
盾构机在隧道施工中，通过刀盘刀具对前方土体进行切削，刀具与土体的适应程度至关重要。
盾构是集液、电、气于一体的大型机械化专用施工设备，目前应用最广泛的是闭胸式盾构，主要分为泥水式和土压平衡式。
土压平衡式盾构机在复杂多变的地质条件下，其刀盘的结构型式、刀盘的支撑形式、刀具的选型、刀具的布置将直接影响到设备掘进的效果。
刀盘刀具于前方土体不适应，将使盾构掘进非常缓慢甚至寸步难行，直接影响到盾构机的工作效率、工程进展及工程的经济效益。
由于刀具是易损件，消耗量大，如果只是依靠进口刀具不仅供货期长，而且成本高，所以使用国产刀具势在必行。
在掌握盾构刀具切削机理和深刻认识刀具磨损相关因素的基础上，针对不同的施工地质进行刀盘刀具的选择、刀具的布置等盾构掘进设备最关键、最核心的问题，进而实现盾构机的国产化就显得尤为必要。
1 刀盘的布置针对不同的地层情况以及设备等情况，盾构的刀盘形式有很多，其主要功能为以下儿点：（1）切削功能:刀盘旋转时，通过布置在刀盘上各种形式的刀具切削土体，并将切削下来的土体刮到土仓。
膨润土在地铁盾构施工中的应用
以郑州地铁一号线05标会展中心站～黄河东路区间隧道为例，介绍了膨润土浆液的性能及其在盾构施工中的应用1 工程概况郑州地铁一号线05标会展中心站～黄河东路站区间大体呈反“S”形，区间线路从会展中心站东端头出发，下穿会展中心立交匝道后继续行进，在下穿熊儿河后，于军事管理区西南角转向东，沿金水路到达黄河东路站。
线路右线全长2094.200m（右DK25+261.700～右DK27+355.900），左线全长2094.200m（左DK25+261.700～左DK27+355.900）。
本段线路左线设二条平曲线，曲线半径分别为350m、400m；右线设两条平曲线，曲线半径分别为350m、410m。
区间覆土厚度为8.6～18m，区间最小坡度3.10‰，最大坡度21.50‰。
区间隧道设一处泵房（与区间风井合建），联络通道二处。
区间所处地层主要为第（8）层：粉砂，浅灰色，饱和，中密～密实，颗粒级配一般，颗粒成分由石英、长石、云母组成。
局部夹灰色密实粉土。
层厚0.90～3.80m，平均厚度2.43m，层底标高67.95～72.08m，平均标高70.21m，层底埋深18.00～22.50m，平均埋深20.18m；第（9）层：细砂，灰一褐黄色，饱和，中密一密实，偶见蜗牛壳碎片、小姜石，颗粒级配一般，颗粒成分主要由石英、长石组成，含少量暗色矿物。
层厚8.50～14.30m，平均厚度11.39m，层底标高56.35～58.30m，平均标高57.45m，层底埋深31.90～34.10m，平均埋深32.93m。
2 膨润土的使用研究会展中心站～黄河东路站区间风井始发后，地层主要以富水砂层为主，使用泡沫剂进行改良土壤效果不明显，推进速度缓慢，出土温度过高，刀盘扭矩经常达到额定扭矩，开挖土舱压力无法建立，超挖现象明显，地面沉降较大，掘进速度为5mm/min以内，推进一环的时间最长可达到8个小时，推进期间由于机器温度过高会引起刀盘不停的跳闸，刀盘结泥饼的机率也大大的增加。
黄土地区水泥土填料压实度影响因素分析
黄土地区水泥土填料压实度影响因素分析摘要：压实度是路床验收过程中关键性检测指标之一，验收检测采用参数对压实度检测结果判定有直观影响，同时验收检测往往存在滞后性，期间压实度随龄期是否发生变化，其变化规律如何，是目前水泥土压实度验收中普遍存在的疑惑。
本文通过室内试验及现场检测，研究了水泥土压实度检测最大干密度的取值，和水泥土压实度衰减的本质及影响因素，建议水泥土击实标准时间宜与现场施工实际时间相符，不同龄期下水泥土因含水量散失，对压实度检测也带来衰减，检测时间宜在路床水泥土施工完成后立即进行检测。
关键词：水泥土压实度击实延迟时间衰减含水量散失引言[1]路床是路面结构的基础，路床质量的优劣对于路面整体稳定性及耐久性的影响至关重要。
陇东地区区域性地质多为湿陷性黄土，为消除土体湿陷性，大多采用特殊地基处理方式，路床多采用水泥土施工。
但水泥土压实度检测因工艺、检测时间等相关因素影响还存在许多疑问及争议。
杨志刚【1】在路基压实度灌砂法检测技术中，对灌砂法检测过程科学标准化进行了具体分析。
许贤敏【2】通过研究水泥土的材料性能、配合比和施工方法，及其在国外的应用实例得出不同情况下水泥土的对应比例。
兰庆坤【3】结合济南大东环项目路床6%水泥土施工及大量试验，分析验证了水泥土压实度衰减规律，对路床水泥土验收检测时间提出了建议。
丁峰【4】以龙岩某高速公路坍塌路基为依托背景，进行处置方案比选和探讨评价，总结出道路建设工程中在设计与施工方面应当采取的措施和注意的要点。
王兵【5】等通过室内夯实水泥土无侧限抗压强度和微观结构观测，对水泥土拌合土料粉质黏土和粉土在相同制作情况下，不同龄期的强度进行了观察，确定60d龄期的强度基本能代表击实水泥土块的长期强度。
乐斐【6】通过机西高速公路同一区域路床水泥土，得出压实度随龄期变化的相应规律。
王月栋【7】通过临渭高速公路路基改良土的处治方案及击实试验，确定其对水泥改良土压实度的影响。
上述研究对路基检测最大干密度影响及水泥土压实度、强度等进行了分析，但对于水泥土最大干密度中击实延迟时间、水泥土压实度主要影响因素等情况研究较少。
土压平衡盾构施工中渣土改良技术的应用
土压平衡盾构施工中渣土改良技术的应用摘要：近年来，我国的工程建设越来越多，土压平衡盾构施工越来越多，在土压平衡盾构施工中，渣土改良技术的应用越来越广泛。
渣土改良效果的优劣是土压平衡盾构能否正常掘进的重要影响因素之一，不同的渣土改良方法对盾构推力、扭矩、地表沉降控制等产生不同结果。
为了进一步提高土压平衡盾构机施工的适应性，可对其渣土改良技术开展相应的研究，本文首先分析了常用渣土改良剂及特性，其次探讨了盾构机在砂卵石地层中掘进时可能出现的不利情况，最后就土压平衡盾构渣土改良精细化控制进行研究，以供参考。
关键词：土压平衡盾构；渣土改良；试验引言土仓内渣土改良是土压平衡盾构隧道工法的重要技术环节，渣土的改良效果直接影响着开挖面的稳定性和土仓内渣土的运输状态。
和易性是改良渣土的重要特性之一，反映了渣土自身的流动特征，改良渣土和易性差极易诱发刀盘扭矩大且磨损严重、千斤顶推力大、土体饼化堵仓、喷涌等问题，进而导致掌子面支护压力不足、甚至塌方等一系列事故。
因此，有必要针对改良渣土的和易特性及其评价指标进行深入研究。
1常用渣土改良剂及特性土压平衡盾构渣土改良所用改良剂多为泡沫、膨润土、聚合物等一种或几种材料的组合，并通过使用量的调整使盾构切削下来的渣土具有良好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩擦力。
如一般黏土地层中多使用泡沫剂、分散剂、水组合作为改良剂，砂卵石地层多使用膨润土作为改良剂，岩石地层多使用泡沫剂、水作为改良剂，富水砂、砂砾地层多使用膨润土、聚合物为改良剂。
2盾构机在砂卵石地层中掘进时可能出现的不利情况(1)当砂卵石地层处于无水状态时，由于沙粒相互咬，内部摩擦就会发生，土壤流动性差，土仓填土时，随着渣土量的增加刀盘扭矩随即增大，导致仓土排出不良，严重情况下，刀盘泥饼现象，直接影响盾构掘进。
(2)无水砂卵石地层中未改良渣土的流动塑性较差，造成掘进过程中刀盘扭矩增大，盾构机的推力也随及增大，刀盘刀具因摩擦阻力增大而产生较多的热量，从而加剧刀具的磨损，同时其磨损加剧影响着盾构机的工作性能和传动效率。
土压平衡盾构的渣土改良
第三
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渣土改良的目的
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第四
防止开挖的渣土黏结刀盘而产生泥饼
防止螺旋输送机排土时出现喷涌现象
第五
第六
降低刀盘扭矩和螺旋输送机的扭矩，同时 减少对刀具和螺旋输送机的磨损，提高盾 构的掘进效率
矿物类添加剂（也称泥材），主要包括膨润土、 粘土、陶土等天然矿物。目的是补充土体的微、 细粒组分，使土体的内摩擦角变小，提高土体的 流动性和止水性。矿物类添加剂主要是泥浆的形 式，其浓度和注入量根据开挖土的级配、不均匀 系数等确定
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矿物类添加剂
高分子聚合物的作用原理
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当可溶聚合物或部分可溶聚合物加入混合土体 中，聚合物因吸水而膨胀，使得混合土体变得 “干燥”，防止发生喷涌。
流塑状态可保证土 体受到挤压时向螺 旋输送机内发生塑 性流动，而顺利完 成排土，就是所谓 的“挤牙膏”效应
只有压力舱的土体 具有足够的不透水 性，才能保证维持 开挖面上的水压力 ，同时也能防止排 土口发生“喷涌”现 象
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添加剂种类
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此材料是粘稠性的高分子类水溶性聚合物，此类 添加剂可以把砂颗粒间隙中的自由水挤走。负离 子类乳胶添加剂可在砂颗粒与水之间形成絮状凝 聚物，使其发生粘结，可以减小内摩擦角，提高 流动性
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表面活性材料
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润滑作用 表面张力的减小增加了润滑作用，由于结合水的 流动使得原先被结合水束缚的土颗粒可以自由流 动，如图所示
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泡沫的作用原理
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静电排斥作用，使得由静电力结合的土粒分开 表面活性剂吸附在土体内的微小裂缝的表面，增 加裂缝的深度，减弱微小裂缝愈合的能力，增强 扩散能力，并使得土颗粒带有相同的电荷而相互 排斥