開題報(bào)告北京工業(yè)大學(xué)研究生碩士論文

1、工學(xué)碩士學(xué)位論文開題報(bào)告北京地鐵九號(hào)線砂卵石地層特性及土壓平衡 盾構(gòu)開挖添加劑優(yōu)化配比試驗(yàn)研究 開題報(bào)告人：姜厚停 指 導(dǎo) 老 師：張?jiān)诿?龔秋明主要內(nèi)容v一課題研究的意義v二國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀v三研究的主要內(nèi)容v四實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 計(jì)v五研究進(jìn)度及安排v六主要的參考文獻(xiàn)一、課題研究的意義v研究添加劑（泡沫）在改良土體所起的作用機(jī)理；v擴(kuò)大土壓平衡式盾構(gòu)工法適用的土層范圍，并提高掘進(jìn)效率，減小刀具磨損，延長(zhǎng)盾構(gòu)機(jī)的使用壽命；v目前北京、成都、沈陽等地在使用土壓平衡盾構(gòu)施工的時(shí)候都遇到了砂卵石地層，迫切需要土體改良，本試驗(yàn)為以后北京地區(qū)乃至全國(guó)應(yīng)用土壓平衡式盾構(gòu)工法開挖砂卵石地層提供技術(shù)支持。國(guó)外土體改良

2、的研究狀況國(guó)外土體改良的研究狀況(1)里爾力學(xué)實(shí)驗(yàn)室Stephane Quebaud博士對(duì)土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)中添加劑(氣泡)對(duì)土體性質(zhì)的改變進(jìn)行了深入的研究，分別進(jìn)行了以下試驗(yàn)： 二、國(guó)內(nèi)外土體改良的研究狀況二、國(guó)內(nèi)外土體改良的研究狀況 a、攪拌試驗(yàn)、攪拌試驗(yàn)b、滲透試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)c、坍落度試驗(yàn)、坍落度試驗(yàn)(2)Degussa氣泡公司的Qiu Ling Feng博士(2004) 通過坍落度試驗(yàn)和小型攪拌機(jī)對(duì)混合土體進(jìn)行攪拌對(duì)不同土體進(jìn)行了研究。(3)學(xué)者Raffaele Vinai等通過室內(nèi)的圓錐坍落度試驗(yàn)和壓力艙模型試驗(yàn)設(shè)備對(duì)改良土進(jìn)行研究，其模型如下所示：(4)牛津大學(xué)的Sotiris P

3、somas(2001)博士對(duì)土壓平衡式盾構(gòu)施工的土體改良進(jìn)行了一系列的室內(nèi)試驗(yàn)， 對(duì)不同添加劑的改良土分別做了攪拌試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn) 、直剪試驗(yàn)和滲透性試驗(yàn)，得到了下列的結(jié)果： 1、在壓縮試驗(yàn)中，泡沫混合砂表現(xiàn)出高壓縮性，而且能承受較高的豎向壓力，試驗(yàn)后砂的空隙比大于干砂在最松散狀態(tài)下的空隙比，盾構(gòu)機(jī)土艙內(nèi)的壓力通常在200Kpa左右，在此實(shí)驗(yàn)中得到，在土壓力達(dá)到200Kpa時(shí)氣泡仍然存在。 2、在直剪試驗(yàn)中，泡沫混合砂表現(xiàn)出較小的剪切力，說明泡沫能大大減小混合砂的抗剪力。 3、在滲透性實(shí)驗(yàn)中，飽和砂的滲透性數(shù)是泡沫混合砂的10倍左右。4、泡沫混合粗砂和泡沫混合細(xì)砂的性能相似，但是顆粒的大小仍然是

4、決定土體性能的一個(gè)重要參數(shù)。(5)多倫多大學(xué)的Nikol Kochmanova博士(2007)對(duì)土體改良及理論研究做了一系列的室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)材料為Feldspar公司生產(chǎn)的EPK高嶺土和美國(guó)silica公司生產(chǎn)的ASTM 20/30砂，采用坍落度試驗(yàn)對(duì)不同發(fā)泡劑和不同泡沫注入比的混合土體做了研究，試驗(yàn)表明坍落高度才隨著含水量的增加而增大。 國(guó)內(nèi)土體改良的研究狀況國(guó)內(nèi)土體改良的研究狀況 (1)河海大學(xué)的朱偉教授和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)土體改良做了全面的研究，發(fā)明設(shè)計(jì)了一套可以在室內(nèi)進(jìn)行發(fā)泡的試驗(yàn)裝置，研究了氣泡的性質(zhì)，做了一系列泡沫做為添加劑的混合砂的室內(nèi)試驗(yàn)。(2) 郭濤(2005)利用朱偉教授發(fā)明 的發(fā)

5、泡裝置，研究氣泡的半衰期和氣泡的發(fā)泡倍率與發(fā)泡劑濃度的關(guān)系，得出發(fā)泡劑濃度對(duì)氣泡的半衰期和氣泡的發(fā)泡倍率有決定性因素；并通過滲透試驗(yàn)對(duì)改良后砂的滲透性做了研究 (3) 林鍵(2006)同樣采用朱偉教授發(fā)明的發(fā)泡裝置產(chǎn)生的氣泡，對(duì)砂土進(jìn)行了改良，并進(jìn)行了直剪試驗(yàn)、滑板試驗(yàn)和攪拌試驗(yàn)，得到了混合砂土性質(zhì)與土質(zhì)參數(shù)的直接關(guān)系。a、小型攪拌試驗(yàn) 方便、直觀地研究氣泡混合土性質(zhì)對(duì)壓力艙內(nèi)刀盤和攪拌翼板攪拌扭矩的影響規(guī)律 b、直接剪切試驗(yàn)采用直剪儀，通過快剪試驗(yàn)研究不同氣泡以及不同摻入比的氣泡對(duì)氣泡混合土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的影響規(guī)律。c、滑板試驗(yàn)測(cè)得氣泡混合土與鋼板之間的摩擦系數(shù)（4）北京交通大學(xué)的宋克志博士(

6、2005)研究 了無水砂卵石地層在土壓平衡式盾構(gòu)工法下的土體改良，利用泡沫技術(shù)對(duì)砂卵石地層進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。盾構(gòu)穿越砂卵石底層如圖所示： （5）樂貴平等(2001)報(bào)道了采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工通過北京市清河污水隧洞工程的實(shí)例，并給出了成功施工的關(guān)鍵在于配制性能適宜的加泥漿的結(jié)論，并做了坍落度試驗(yàn)確定最佳的泥漿配比。三本文研究的主要內(nèi)容(1)由于砂卵石地層的特殊性，本文采用合適的添加劑(如泥漿和泡沫等添加劑)進(jìn)行土體 改良，并通過坍落度試驗(yàn)和攪拌試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合土體的性能，得出砂卵石地層盾構(gòu)施工中各種添加劑最佳注入量的參數(shù)。(2) 設(shè)計(jì)一套盾構(gòu)機(jī)土艙模擬試驗(yàn)裝置，在坍落度試驗(yàn)和攪拌

7、試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過監(jiān)測(cè)混合土體在壓力艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)壓力的變化，研究混合土體的性質(zhì)。 四、實(shí) 驗(yàn) 方 案1、坍落度試驗(yàn) v1.1 將砂卵石進(jìn)行篩分試驗(yàn)，畫出試樣的顆粒級(jí)配。v1.2 做不同含水量試樣的坍落度試驗(yàn)，水的含量分別為0%、5%、10%、15%、20%、25%和30%，比較試樣坍落度隨含水量增大的變化規(guī)律，找出能滿足盾構(gòu)施工要求最佳的含水量。v2.3 在最佳含水量的試樣中加入泡沫和泥漿，比較試驗(yàn)結(jié)果。2、攪拌試驗(yàn) 攪拌試驗(yàn)的試樣和添加劑配比與坍落度試驗(yàn)的一樣，目的是更好的模擬土艙里的真實(shí)情況，方便、直觀地研究氣泡混合土性質(zhì)對(duì)壓力艙內(nèi)刀盤和攪拌翼板攪拌扭矩的影響規(guī)律，再者驗(yàn)證坍落度試驗(yàn)的

8、結(jié)果。 試驗(yàn)儀器：小型砂漿攪拌機(jī)，電流表3、模型試驗(yàn) 設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)易試驗(yàn)裝置，在坍落度試驗(yàn)和攪拌試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)混合土體在壓力艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)壓力的變化。試驗(yàn)結(jié)果分析 v4.1分析混合土體在不同發(fā)泡液濃度和泡沫注入比的坍落度，并找到不同濃度的最佳的泡沫注入比和泥漿加入量。做出坍落度隨時(shí)間變化的曲線圖，研究泡沫的作用時(shí)間。v4.2 做出不同泡沫注入比與混合土攪拌扭矩的曲線關(guān)系，分析得到最佳發(fā)泡液濃度和泡沫注入比。v4.3分析混合土體在壓力艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)壓力的變化，研究添加劑在壓力艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)所起的作用。五研究進(jìn)度及安排v研究進(jìn)度安排：v2007年11月2008年1月 文獻(xiàn)前期閱讀、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

9、、形成論文基本思路v2008年1月2008年6月 試驗(yàn)材料準(zhǔn)備、試件制作、驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、整理v2008年6月2008年9月 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析v2008年9月2009年3月 論文撰寫v2009年3月2009年5月 論文修改v張鳳祥 朱合華 傅德明 盾構(gòu)隧道 人民交通出版社. 2004v周文波. 盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用. 建筑工業(yè)出版社. 2004 (Bob-chow. Shield tunnelling technology. China architecture&building press 2004)v傅德明 我國(guó)隧道掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀J 巖土工程界2004 5(2)19-25 v朱 偉

10、陳仁俊. 盾構(gòu)隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀及展望 第 1 講盾構(gòu)隧道基本原理及在我國(guó)的使用情況J 巖土工程界4(11)19-21 2001v張照煌 李福田 全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù) 中國(guó)水利水電出版社 2006v王良 盾構(gòu)法施工在北京地鐵5號(hào)線的應(yīng)用J 土建技術(shù)2004 17 (5) 3337 v劉仁鵬. 土壓平衡式盾構(gòu)技術(shù)綜述J. 世界隧道. 2000 (1):1- 7. (LIU Renpeng. Review of earth pressure balance shieldJ. World Tunnelling, 2000 1 :1 7.)v林鍵 土體改良降低土壓平衡式盾構(gòu)刀盤扭矩的機(jī)理研究(D)

11、河海大學(xué)碩士論文，2006v周秀普 盾構(gòu)法施工技術(shù)在無水砂卵石地層中的應(yīng)用J 市政技術(shù)2003 21(4) 195203 六、主要參考文獻(xiàn)v尹旅超 朱振宏 李玉珍 袁少軍等編譯 日本隧道盾構(gòu)新技術(shù) 華中理工大學(xué)出版社 1999v宋克志 汪波 孔恒 袁大軍 王夢(mèng)恕，無水砂卵石地層土壓盾構(gòu)施工泡沫技術(shù)研究 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2005-13-021 vRaffaele Vinai， Claudio Oggeri， Daniele Peila. Soil conditioning of sand for EPB applications: A laboratory researchJ. Tunnell

12、ing and Underground Space Technology. 2007v郭濤. 盾構(gòu)用發(fā)泡劑性能方法評(píng)價(jià)及研究D. 河海大學(xué)碩士論文，2005v張明晶. 土壓平衡式盾構(gòu)施工閉塞問題的發(fā)生機(jī)理及防治措施研究D. 河海大學(xué)碩士論文，2004v崔學(xué)奇 呂憲俊 周國(guó)華 膨潤(rùn)土的性能及其應(yīng)用J 中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊 2000 2(14) 6-9v馬 亮 淺談發(fā)泡劑在盾構(gòu)施工中的使用J 山東建材2006 4：24-26 vLangmaack, L. Advanced Technology of Soil Conditioning in EPB Shield Tunnelling, MBT P

13、ublication. 2000.vKupferroth F.J, Ellenberger P, Bo Anders Kalin. The use of foams and polymers in Earth Pressure Balanced TBMs, Degussa Construction Chemicals-Underground Construction Group, SwitzerlandvSotiris Psomas. Properties of foam/sand mixtures for tunnelling applications，A thesis submitted

14、for the degree of Master of Science to the Department of Engineering Science.2001.vQiu Ling Feng. Soil conditioning for modern EPBM drivesJ. Tunnels and Tunnelling International, 2004,No.12,pp.1820.vNikol Kochmanova,2007. The effects of soil conditioning agents on fine and coarse-grained soils with

15、applications in earth pressure balance machine tunnelling. A thesis submitted in conformity with the requirements for the degree of applied science graduate department of civil engineering university of toronto. vQuebaud,S. Sibai,M. J-P.Henry. 1998. Use of chemical foam for improvement in drilling b

16、y earth-pressure balanced shields in granular soils J. Tunnelling and Underground Space Technology, Vo1.13, No.2, pp.173180.vBezuijen,A. Schaminee, P.E.L. Kleinjan, J.A. Additive testing for earth pressure balance shields A.12th Eur.conf.on Soil Mech. And Geotech. Engng, AmsterdamC, June 1999.vMilli

17、gan, G., 2000. Lubrication and Soil Conditioning in Tunnelling, Pipe Jacking and Microtunnelling State of the Art Review, GeotechnicalConsulting Group, London.vWebb, R. and Breeds, C.D. (1997) “Soft ground EPBM tunnelling - West Seattle, Alki tunnel”. Tunnelling 97, conf. proc., Inst. of Mining and

18、Metallurgy, London, UK. pp. 501-514.v魏康林 土壓式平衡盾構(gòu)施工中泡沫和膨潤(rùn)土改良土體的微觀機(jī)理分析J 現(xiàn)代隧道技術(shù) 2007 44(1)7377 v鞠建英 (韓)申東鉉 膨潤(rùn)土在工程中的開發(fā)與應(yīng)用 中國(guó)建材工業(yè)出版社 2003vMilligan, G. 2000. Lubrication and soil conditioning in tunnelling pipe jacking and microtunnelling : A state of the art review. Geotechnical Consulting Group.v樂貴平 趙宏偉 周秀普 孟學(xué)文. 穿越全斷面礫石層的盾構(gòu)施工J. 現(xiàn)代隧道技術(shù). 2001 38(5). 912vHaukur J, etc. The significance of mixed face conditions for TBM performan