砂卵石地层土压平衡盾构关键参数计算模型研究
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摘要
以北京地区砂卵石地层为背景，基于国内外大量盾构工程实例，借助理论推导、数值模拟和实验研究等手段，分析和建立了土压平衡盾构施工关键参数的力学模型，研究了土压平衡盾构在砂卵石地层的适应性特征。基于北京区域工程地质概况，从卵石形成、颗粒级配、密实度、渗透性以及抗压强度等物理和力学特性对砂卵石土体进行了评价分析，总结了适合砂卵石土体的盾构类型。根据盾构自身几何特征和施工特点，验证了适合砂卵石地层的土压力计算模型，建立了盾构扭矩和推力的力学模型，并阐述了各自模型的组成和影响因素。进一步借助LCPC、CAI磨蚀性试验和X射线衍射矿物质含量分析法确定了砂卵石土体的磨蚀性，通过三者间的相关性建立了砂卵石地层的磨蚀性等级分类，同时建立了LAC值与刀具磨损间的关系，为施工过程中掌握换刀时机提供了理论依据。依据现场试验和盾构掘进参数，验证了了膨润土与泡沫混合浆液为最佳的土体改良方法，同时借助CT试验观察了改良土体的孔隙分布，得到了极小的孔隙率，为砂卵石地层盾构掘进提供了合理的建议。
Based on the sandy cobble ground conditions in Beijing and other shielding casesat home and abroad, the key parameters are analysed by means of theoreticalderivation and numerical simulation, so are established the mechanical model of thekey parameters. The adaptability of EPB in the the sandy cobble ground is analysed.At first, the engineering geological conditions in Beijing are summed up, and thesandy cobble ground is assessed in the physical and mechanical terms of the graindistribution, compactness, permeability and compressive strength, and the types ofshield suited to sandy cobble ground are summarized. From the characteristics of bothgeometry and operating of the shield, the calculation model of earth pressure suitablefor the sandy cobble ground is confirmed, and the mechanical models of the torqueand thrust force of the shield are established, the components and factors of which areexplained; The abrasiveness of the sandy cobble ground is determined from theLCPC,CAI and X-ray diffraction mineral content analysis, and the abrasiveness of thesandy cobble ground is rated from the correlation among the three experimentalresults, and the relation between the LAC value and the tool wear is also determined,which provides theoretical basis for the time determination of tool replacement inoperation; According to the field experiment, it is concluded that the mixture ofbentonite and foam is the best in improving the ground, and the void distributions of the ground after improvement are obtained by CT scanning, and it was found that thevoid ratio is reduced dramatically, which gives proper suggestion to the operation inthe sandy cobble ground.
Based on the sandy cobble ground conditions in Beijing and other shielding casesat home and abroad, the key parameters are analysed by means of theoreticalderivation and numerical simulation, so are established the mechanical model of thekey parameters. The adaptability of EPB in the the sandy cobble ground is analysed.At first, the engineering geological conditions in Beijing are summed up, and thesandy cobble ground is assessed in the physical and mechanical terms of the graindistribution, compactness, permeability and compressive strength, and the types ofshield suited to sandy cobble ground are summarized. From the characteristics of bothgeometry and operating of the shield, the calculation model of earth pressure suitablefor the sandy cobble ground is confirmed, and the mechanical models of the torqueand thrust force of the shield are established, the components and factors of which areexplained; The abrasiveness of the sandy cobble ground is determined from theLCPC,CAI and X-ray diffraction mineral content analysis, and the abrasiveness of thesandy cobble ground is rated from the correlation among the three experimentalresults, and the relation between the LAC value and the tool wear is also determined,which provides theoretical basis for the time determination of tool replacement inoperation; According to the field experiment, it is concluded that the mixture ofbentonite and foam is the best in improving the ground, and the void distributions of the ground after improvement are obtained by CT scanning, and it was found that thevoid ratio is reduced dramatically, which gives proper suggestion to the operation inthe sandy cobble ground.
引文
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