盾构隧道泥渣脱水处理技术研究综述

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作者 王树英 管少祥 +1 位作者 倪准林 杨泽斌 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第1期35-52,I0039-I0056,共36页

脱水处理是盾构泥渣减量化的主要方法,对现阶段各类盾构隧道泥渣脱水处理技术进行分析总结具有重要的意义。从盾构泥渣的性质及其赋存水机制出发,总结归纳过滤比阻、毛细吸水时间、沉降速率、渗透系数以及含水率5项用于评价泥渣脱水性... 脱水处理是盾构泥渣减量化的主要方法,对现阶段各类盾构隧道泥渣脱水处理技术进行分析总结具有重要的意义。从盾构泥渣的性质及其赋存水机制出发,总结归纳过滤比阻、毛细吸水时间、沉降速率、渗透系数以及含水率5项用于评价泥渣脱水性能的指标,重点阐述机械脱水、干化脱水与渗流脱水等主要脱水技术,分析各类方法的脱水效果、适用性和局限性。机械脱水技术在黏粒含量较少的盾构泥渣脱水处理方面已较为成熟,而对于黏粒含量较多的盾构泥渣需加入高效的调理剂改性以增强脱水性能,目前较高的脱水成本与调理剂污染处理是其亟需解决的问题。自然晾晒显然已不能满足效率与环保的要求;热干化脱水虽然适用范围广且脱水较为彻底,但其存在能耗大、成本高的缺陷;渗流脱水技术中的土工管袋法以及真空预压法对渗透性较大的泥渣具有较好的脱水效果;电渗法可适用于低渗透性黏土,然而其耗电量大且电极易腐蚀的缺陷还难以避免。目前盾构泥渣脱水处理主要存在设备适应性不足、能耗高与运维难、泥渣资源利用率低、新技术难以推广应用以及处理规范体系不完善等问题。未来应注重脱水设备向智能化、模块化、集成规模化三位一体方向的发展,同时实现高效的泥渣资源再利用,制定统一的脱水规范并鼓励脱水新技术的工程应用与推广。 展开更多

关键词 盾构隧道 泥渣 脱水技术

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考虑黏土蠕变特性的大埋深盾构复推总推力增量解析解研究 被引量：1

2

作者 王树英 钟嘉政 +1 位作者 付循伟 龚振宇 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期139-150,共12页

由于黏土存在蠕变效应,黏土地层中盾构长时间停机会诱发盾构复推总推力增量过大、盾构姿态难以控制、管片易破损等次生风险等问题,将黏土地层视为Burgers黏弹性体,构建考虑地层应力和蠕变特性的大埋深圆截面隧洞简化力学模型,根据黏弹... 由于黏土存在蠕变效应,黏土地层中盾构长时间停机会诱发盾构复推总推力增量过大、盾构姿态难以控制、管片易破损等次生风险等问题,将黏土地层视为Burgers黏弹性体,构建考虑地层应力和蠕变特性的大埋深圆截面隧洞简化力学模型,根据黏弹性理论推导盾壳-地层径向接触应力的黏弹性解,进而通过积分和分段计算求解复推总推力增量与停机时间的理论关系式。结合水工盾构隧洞停机实例,对比复推总推力增量实际值与理论值。研究结果表明:复推总推力增量实际值与理论值平均相对误差为13.81%,验证了该解析解的可靠性;隧洞埋深越大,复推总推力增量越大,表明大埋深段停机需更关注复推推力控制;盾壳-地层界面摩阻力随超挖间隙增大而减小,而复推总推力增量随之增大;此外,总推力增量随着盾壳-地层界面摩擦因数减小而显著减小。因此,设置合适的超挖间隙和长时间停机时采取往盾壳外注入膨润土等润滑减阻措施能有效预防大埋深段停机的次生风险。 展开更多

关键词 黏土蠕变特性 盾壳-地层接触应力 复推总推力增量 超挖间隙 摩擦因数

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北江引水工程新型敞开式TBM断层破碎带塌方整治技术研究 被引量：2

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作者 陈松林 王立川 +5 位作者 胡恒千 王树英 杨泽斌 种攀攀 卢闯 陈宏伟 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第12期2122-2132,共11页

为解决以“主机护盾+喷锚支护”为特点的新型敞开式TBM在广州市北江引水工程4#隧洞施工过程中易发生断层破碎带塌方问题,依据断层破碎带地质特点和新型敞开式TBM设备特点,针对性地提出“塌腔化学注浆填充+松散体化学注浆加固+喷锚支护+... 为解决以“主机护盾+喷锚支护”为特点的新型敞开式TBM在广州市北江引水工程4#隧洞施工过程中易发生断层破碎带塌方问题,依据断层破碎带地质特点和新型敞开式TBM设备特点,针对性地提出“塌腔化学注浆填充+松散体化学注浆加固+喷锚支护+密布拱架支护+超前注浆加固”塌方整治方案。模拟结果表明:1)断层中心最大拱顶竖向位移约为2.1 mm,拱脚最大收敛位移相对值约为0.05%;2)拱顶喷射混凝土所受最大拉应力约为1.0 MPa,锚杆所受最大拉力约为41.6 kN,均满足受力变形控制要求。在现场实施整治方案后,化学注浆填充饱满,避免了塌腔进一步大范围垮塌对支护结构的冲击;加固注浆松散体胶结效果好,实测形成厚约3 m的承载圈,防止了碎渣的持续滑塌。整治后,围岩初期支护强度得到提高;并对未脱出盾尾的围岩进行预注浆加固,确保TBM顺利通过破碎带。最终监控量测结果表明,最大拱顶竖向位移约为2.0 mm,最大收敛位移相对值约为0.10%,该整治方案有效保障了TBM盾尾后方敞开段的施工安全。 展开更多

关键词 断层破碎带 塌方整治 化学注浆 数值模拟 现场监测 TBM隧洞

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双模盾构土压模式下下穿珠江断裂带开挖面稳定性研究 被引量：3

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作者 佟彬 张斌 +1 位作者 朱汉标 王树英 《中外公路》 2024年第5期232-240,共9页

针对盾构下穿珠江断裂带开挖面的稳定性,该文依托广州地铁7号线二期工程洪圣沙站—裕丰围站区间项目,通过盾构下穿珠江断裂带全域及其局部高风险区域的数值模拟,探明盾构穿越过程施工风险,并分析不同支护应力及注浆压力对开挖面稳定性... 针对盾构下穿珠江断裂带开挖面的稳定性,该文依托广州地铁7号线二期工程洪圣沙站—裕丰围站区间项目,通过盾构下穿珠江断裂带全域及其局部高风险区域的数值模拟,探明盾构穿越过程施工风险,并分析不同支护应力及注浆压力对开挖面稳定性及地层变形的影响,最后通过掘进参数分析评价数值模拟的合理性。研究结果表明:①隧道开挖面为上软下硬地层分布时,盾构施工容易出现较大的地层沉降,当上硬下软地层分布时则易产生较大隆起;②盾构穿越复合地层时,局部软弱地层易出现开挖面稳定性问题,当软弱地层受到的静止土压力大于支护应力时,软弱地层土体将朝隧道内变形,且变形量随支护应力比的减小而增大;③注浆压力对开挖面稳定性无影响,但与地层沉降成反比,注浆压力越大,地层沉降越小。盾构的顺利掘进验证了数值模拟的正确性。 展开更多

关键词 双模盾构 断裂带 开挖面稳定性 数值模拟 支护应力 注浆压力

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滇中引水隧洞砾质土地层盾构渣土饼化控制技术 被引量：2

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作者 龚振宇 肖钢 +3 位作者 雷波 令凡琳 王树英 朱汉标 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第4期145-152,共8页

砾质土地层盾构掘进时,容易发生盾构刀盘结泥饼现象,须对渣土改良参数进行合理优化,以降低结泥饼风险。依托滇中引水龙泉倒虹吸盾构隧洞工程,首先分析砾质土地层盾构结泥饼风险以及分散型泡沫剂发泡性能,然后结合坍落度试验和界限含水... 砾质土地层盾构掘进时,容易发生盾构刀盘结泥饼现象,须对渣土改良参数进行合理优化,以降低结泥饼风险。依托滇中引水龙泉倒虹吸盾构隧洞工程,首先分析砾质土地层盾构结泥饼风险以及分散型泡沫剂发泡性能,然后结合坍落度试验和界限含水率试验探究分散型泡沫改良渣土的塑流性特征,提出砾质土地层盾构渣土饼化风险控制技术,并通过现场跟踪试验对饼化控制技术进行验证。研究结果表明:(1)分散型泡沫剂发泡倍率随着浓度增加而增长,随发泡压力增加呈先增后减趋势,在发泡压力为0.3 MPa时获得最佳发泡倍率;(2)分散型泡沫剂能有效改善砾质土渣土塑流性,降低砾质土渣土液塑限,进而降低渣土饼化风险;(3)提出砾质土渣土改良参数建议值并应用于实际工程,应用后盾构总推力、扭矩明显降低且离散程度减小,盾构推进速度明显提升,验证了砾质土地层盾构渣土饼化控制技术的合理性。 展开更多

关键词 土压平衡盾构 砾质土 饼化 坍落度试验 液塑限 掘进参数

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黏土块崩解机理及分散剂影响特征

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作者 王树英 朱汉标 刘朋飞 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期1861-1873,共13页

盾构结泥饼会引起掘进效率降低乃至停机,通常采用分散剂泡仓将泥饼崩解分散。本文通过崩解试验探究孔隙比和分散剂影响下高岭土和高蒙混合土块崩解特征,并结合直剪试验和液滴入渗试验讨论黏土块崩解机理。研究结果表明:1)黏土等效崩解... 盾构结泥饼会引起掘进效率降低乃至停机,通常采用分散剂泡仓将泥饼崩解分散。本文通过崩解试验探究孔隙比和分散剂影响下高岭土和高蒙混合土块崩解特征,并结合直剪试验和液滴入渗试验讨论黏土块崩解机理。研究结果表明:1)黏土等效崩解厚度时变过程分为初始稳定期和快速发展期;随着孔隙比增加,高岭土崩解初始稳定期先缩短后增长,在快速发展期,崩解速率逐渐减小,而高蒙混合土初始稳定期时间逐渐缩短,在快速发展期,崩解速率先增大后减小;分散剂可大幅度缩短高蒙混合土初始稳定期时间。2)溶液入渗是导致崩解的先决条件,随着崩解时间增加,溶液入渗速率减小,而崩解速率逐渐增大,当两者平衡时,崩解进入快速发展期。3)随着孔隙比增加,高岭土的溶液入渗时间逐渐增大,而高蒙混合土的溶液入渗时间逐渐减小,但颗粒间连接力均显著减小;分散剂能够大幅降低高蒙混合土颗粒间连接力,减小溶液入渗时间,加快黏土崩解。 展开更多

关键词 黏土 崩解特征 影响机理 孔隙比 分散剂

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基于AM-BiLSTM模型的块石回填土区盾构姿态预测研究 被引量：9

7

作者 汪来 王树英 +1 位作者 潘秋景 肖超 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2948-2960,共13页

为了解决盾构机在穿越块石回填土区段姿态难以控制的难题,依托重庆地铁5号线北延伸段中~椿区间穿越块石回填土层工程实例,建立基于注意力机制的双向长短时记忆神经网络(AM-BiLSTM),对掘进过程中的盾构姿态进行预测,将模型预测结果与传... 为了解决盾构机在穿越块石回填土区段姿态难以控制的难题,依托重庆地铁5号线北延伸段中~椿区间穿越块石回填土层工程实例,建立基于注意力机制的双向长短时记忆神经网络(AM-BiLSTM),对掘进过程中的盾构姿态进行预测,将模型预测结果与传统双向长短时记忆神经网络(BiLSTM)、长短时记忆神经网络(LSTM)进行对比,并对AM-BiLSTM模型的现场应用效果进行检验,最后总结了块石回填土区盾构姿态调整的针对性措施。研究结果显示:AM-BiLSTM模型对盾构姿态具有良好的预测性能,盾首垂直和水平偏差在测试集上的预测准确率分别为72%和86%,盾尾垂直和水平偏差在测试集上的预测准确率分别为88%和96%;AM-BiLSTM模型与BiLSTM,LSTM对盾构姿态的预测效果存在差异,其中,AMBiLSTM模型在测试集上的平均预测准确率最高,BiLSTM的平均预测准确率次之,LSTM的平均预测准确率最低;通过AM-BiLSTM模型预测盾构姿态,结合盾构姿态调整的工程措施,盾首平均垂直、水平偏差较未应用AM-BiLSTM模型时分别降低47.9%和35.8%,盾尾平均垂直、水平偏差较未应用AM-BiLSTM模型时分别降低8.9%和4.8%;块石回填土区盾构姿态调整的工程措施包括:通过减小盾构推力、提高刀盘转速和减小刀盘扭矩的方式,加大刀具对孤石的切削、冲击频率;采取地面注浆、旋喷等辅助注浆加固手段对工作面进行加固,减小盾构掘进的不均匀阻力;控制盾构掘进速度在35~50 mm/min并采取短行程多循环的方式进行掘进;及时靠拢千斤顶并拧紧纵、环向螺栓,当成环管片推出盾尾后,根据拼装后的圆环椭圆度,再次复紧纵、环向螺栓。 展开更多

关键词 盾构隧道 块石回填土 盾构姿态 AM-BiLSTM

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盾构掘进参数特征及其与渣土状态关联性研究 被引量：2

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作者 刘国强 张斌 +1 位作者 朱汉标 王树英 《施工技术（中英文）》 CAS 2023年第19期71-77,102,共8页

为了更好地进行盾构精细化控制以及优选渣土改良参数,依托广州地铁7号线二期工程洪圣沙站—裕丰围站盾构区间项目,通过对掘进参数的深入剖析以及渣土改良跟踪试验,提出了新的盾构掘进状态评价指标,并探究了渣土改良状态与盾构掘进状态... 为了更好地进行盾构精细化控制以及优选渣土改良参数,依托广州地铁7号线二期工程洪圣沙站—裕丰围站盾构区间项目,通过对掘进参数的深入剖析以及渣土改良跟踪试验,提出了新的盾构掘进状态评价指标,并探究了渣土改良状态与盾构掘进状态间的关联性。研究结果表明:随着盾构开始掘进,盾构扭矩随推力的增加先不变后增大,最后稳定在一定范围内。将盾构扭矩分为抵抗扭矩和掘进扭矩,盾构推力分为抵抗推力和掘进推力,通过将掘进扭矩除以掘进推力获得刀盘扭矩系数,将掘进推力除以盾构推进速度获得盾构贯入指数。螺旋输送机扭矩与转速呈现一定的线性关系,将螺旋输送机扭矩除以转速获得螺旋输送机扭矩系数。渣土改良能增大渣土塑流性,明显减小螺旋输送机扭矩系数,同时泡沫和水能起到一定润滑作用,使得刀盘扭矩系数减小,但由于刀具破岩效果受渣土改良影响较小,盾构贯入指数变化较小。 展开更多

关键词 盾构 掘进参数 渣土改良 评价指标 坍落度

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基于数据驱动的盾构竖向姿态预测深度学习模型 被引量：5

9

作者 王树英 汪来 潘秋景 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期485-499,共15页

在盾构掘进过程中,竖向姿态控制难度较大,盾体常与设计轴线产生偏差。为解决既有盾构姿态预测模型无法准确提取数据特征和有效去除数据噪声的问题,充分挖掘盾构掘进实测数据时间序列信息,依托合肥地铁7号线耕耘路站—清潭路站区间盾构... 在盾构掘进过程中,竖向姿态控制难度较大,盾体常与设计轴线产生偏差。为解决既有盾构姿态预测模型无法准确提取数据特征和有效去除数据噪声的问题,充分挖掘盾构掘进实测数据时间序列信息,依托合肥地铁7号线耕耘路站—清潭路站区间盾构隧道工程,对收集的掘进数据进行预处理,包括去除停机状态数据及异常数据,提出用于盾构竖向姿态预测的CNN-LSTM组合模型,并将测试集上的模型预测结果与传统回归模型进行对比,最后对不同样本数量及固定网络参数时的模型性能进行研究。研究结果表明:CNN-LSTM组合模型对盾构竖向姿态的预测效果较好,在测试集上的预测平均绝对误差E_(MA)和均方根误差E_(RMS)较低,同时预测的决定系数R^(2)较高,表明模型具有较小的预测误差和较高的预测精度;与ARIMA、LSTM和SVR模型相比,CNN-LSTM模型在测试集上预测的R^(2)分别提高了1.04%、19.75%和79.63%,此外,模型的预测E_(MA)和E_(RMS)较低,并且训练耗时显著降低;不同训练集样本数量对CNN-LSTM模型性能有一定影响,当训练集样本数量与测试集样本数量之比为4:1时,模型预测的R^(2)最高,表明此时模型具有最佳的预测性能;增加训练集样本数量可能导致过拟合问题,降低模型的泛化能力,减少训练集样本数量则可能导致欠拟合问题,使模型在测试集上的预测精度下降;固定部分网络参数可以有效减少训练参数量和训练时间,同时提高模型的预测精度,当固定4层网络参数时,模型预测性能最佳,预测的R^(2)为0.93,预测的E_(MA)和E_(RMS)分别为0.029和0.048,训练耗时为46 s。 展开更多

关键词 盾构隧道 盾构竖向姿态 停机状态 CNN-LSTM组合模型

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考虑级配影响的盾构泡沫改良粗粒土一维压缩理论计算模型 被引量：1

10

作者 占永杰 王树英 +1 位作者 杨秀竹 王海波 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1644-1652,共9页

盾构渣土在带压情况下会产生孔隙压力,能一定程度上平衡开挖面前方水压力,降低地下水入渗水平,因此盾构渣土一维压缩计算对指导盾构安全掘进具有重要意义。为此,基于波义耳定律和不连续颗粒堆积理论,建立考虑级配参数和渣土改良参数影... 盾构渣土在带压情况下会产生孔隙压力,能一定程度上平衡开挖面前方水压力,降低地下水入渗水平,因此盾构渣土一维压缩计算对指导盾构安全掘进具有重要意义。为此,基于波义耳定律和不连续颗粒堆积理论,建立考虑级配参数和渣土改良参数影响的泡沫改良粗粒土一维不排水压缩作用下孔隙压力计算模型。根据泡沫改良土的变形特征,提出初始压缩模量Es的计算方法,建立泡沫改良土压缩计算模型。进一步地,将泡沫改良土压缩计算模型引入孔压计算模型,提出孔压简便计算模型。为验证一维不排水压缩作用下孔压与压缩计算模型的可靠性,采用自主设计的大型压缩仪对不同级配的泡沫改良粗粒土进行不排水一维压缩试验,获取孔压与压缩实测值。实测值与计算值的对比结果表明,建立的孔压模型和压缩模型能较好的描述不同级配下泡沫改良土的孔压和压缩变化规律,泡沫注入比和土体级配参数均会对泡沫改良土的孔隙压力产生明显影响。 展开更多

关键词 土压平衡盾构 级配 泡沫改良粗粒土 孔隙压力 压缩计算模型

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基于激光扫描技术的盾构渣土改良状态自动识别方法 被引量：3

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作者 周子豪 王树英 +2 位作者 钟嘉政 倪准林 瞿同明 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3975-3986,共12页

为促进渣土改良状态评价方法向着规范化、自动化的方向发展,提出一种基于激光扫描技术的盾构渣土改良状态快速自动识别方法。针对不同含水率和泡沫注入比的粗粒土试样开展坍落度试验,采用激光扫描仪获得坍落体中心位置竖向截面轮廓点云... 为促进渣土改良状态评价方法向着规范化、自动化的方向发展,提出一种基于激光扫描技术的盾构渣土改良状态快速自动识别方法。针对不同含水率和泡沫注入比的粗粒土试样开展坍落度试验,采用激光扫描仪获得坍落体中心位置竖向截面轮廓点云数据,并通过计算机提取截面轮廓几何特征点,获得试样的坍落度和割线角,建立以坍落度和割线角的合适范围作为合适改良状态评价指标的自动识别方法。研究结果表明:采用坍落度和坍落体割线角可以准确识别改良粗粒土的改良状态;相对于传统坍落度试验,该方法的突出优点是可自动扫描并快速识别渣土的改良状态;室内坍落度试验结果验证了该方法对粗粒土试样改良状态识别的有效性,可为研究盾构水平传送带上渣土截面轮廓几何特征和渣土改良状态识别提供参考。 展开更多

关键词 渣土改良 坍落度 割线角 自动识别 激光扫描技术

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基于有效应力原理的泡沫改良粗粒土不排水残余剪切强度计算模型 被引量：1

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作者 钟嘉政 王树英 +1 位作者 冯志耀 朱汉标 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2614-2623,共10页

泡沫常用于土压平衡盾构渣土改良,流动性良好的泡沫改良粗粒渣土有利于盾构进排土顺畅和土舱压力传递,进而避免地层过大变形和失稳。从泡沫改良粗粒土不排水压缩和剪切机理出发,推导了不排水条件下带压泡沫改良粗粒土流动大变形后的残... 泡沫常用于土压平衡盾构渣土改良,流动性良好的泡沫改良粗粒渣土有利于盾构进排土顺畅和土舱压力传递,进而避免地层过大变形和失稳。从泡沫改良粗粒土不排水压缩和剪切机理出发,推导了不排水条件下带压泡沫改良粗粒土流动大变形后的残余剪切强度统一理论模型。首先基于理想气体定律和土的有效应力-应变双曲线方程求解不排水一维压缩时的有效应力,然后推导不排水剪切引起的超孔隙压力和残余状态下剪切强度与有效应力的关系式,再构建剪切速率相关的残余剪切强度计算模型。采用不排水加压十字板剪切试验验证了计算模型的准确性,试验值与理论值的平均误差约10%,表明该计算模型可用于确定泡沫改良粗粒土连续流动时的残余剪切强度。最后开展了影响因素分析,竖向总应力增大能提高残余剪切强度,而泡沫注入比增加能降低残余剪切强度;残余状态下流动大变形泡沫改良粗粒土的屈服应力和塑性黏度均与竖向总应力呈正相关,而与泡沫注入比呈负相关。 展开更多

关键词 泡沫改良粗粒土 剪切大变形连续流动 有效应力 率相关残余剪切强度 不排水加压十字板剪切试验

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