开题报告北京工业大学研究生硕士论文

1、工学硕士学位论文开题报告北京地铁九号线砂卵石地层特性及土压平衡 盾构开挖添加剂优化配比试验研究 开题报告人：姜厚停 指 导 老 师：张在明 龚秋明主要内容v一课题研究的意义v二国内外研究现状v三研究的主要内容v四实 验 设 计v五研究进度及安排v六主要的参考文献一、课题研究的意义v研究添加剂（泡沫）在改良土体所起的作用机理；v扩大土压平衡式盾构工法适用的土层范围，并提高掘进效率，减小刀具磨损，延长盾构机的使用寿命；v目前北京、成都、沈阳等地在使用土压平衡盾构施工的时候都遇到了砂卵石地层，迫切需要土体改良，本试验为以后北京地区乃至全国应用土压平衡式盾构工法开挖砂卵石地层提供技术支持。国外土体改良

2、的研究状况国外土体改良的研究状况(1)里尔力学实验室Stephane Quebaud博士对土压平衡式盾构掘进中添加剂(气泡)对土体性质的改变进行了深入的研究，分别进行了以下试验： 二、国内外土体改良的研究状况二、国内外土体改良的研究状况 a、搅拌试验、搅拌试验b、渗透试验、渗透试验c、坍落度试验、坍落度试验(2)Degussa气泡公司的Qiu Ling Feng博士(2004) 通过坍落度试验和小型搅拌机对混合土体进行搅拌对不同土体进行了研究。(3)学者Raffaele Vinai等通过室内的圆锥坍落度试验和压力舱模型试验设备对改良土进行研究，其模型如下所示：(4)牛津大学的Sotiris P

3、somas(2001)博士对土压平衡式盾构施工的土体改良进行了一系列的室内试验， 对不同添加剂的改良土分别做了搅拌试验、压缩试验 、直剪试验和渗透性试验，得到了下列的结果： 1、在压缩试验中，泡沫混合砂表现出高压缩性，而且能承受较高的竖向压力，试验后砂的空隙比大于干砂在最松散状态下的空隙比，盾构机土舱内的压力通常在200Kpa左右，在此实验中得到，在土压力达到200Kpa时气泡仍然存在。 2、在直剪试验中，泡沫混合砂表现出较小的剪切力，说明泡沫能大大减小混合砂的抗剪力。 3、在渗透性实验中，饱和砂的渗透性数是泡沫混合砂的10倍左右。4、泡沫混合粗砂和泡沫混合细砂的性能相似，但是颗粒的大小仍然是

4、决定土体性能的一个重要参数。(5)多伦多大学的Nikol Kochmanova博士(2007)对土体改良及理论研究做了一系列的室内试验，试验材料为Feldspar公司生产的EPK高岭土和美国silica公司生产的ASTM 20/30砂，采用坍落度试验对不同发泡剂和不同泡沫注入比的混合土体做了研究，试验表明坍落高度才随着含水量的增加而增大。 国内土体改良的研究状况国内土体改良的研究状况 河海大学的朱伟教授和他的团队对土体改良做了全面的研究，发明设计了一套可以在室内进行发泡的试验装置，研究了气泡的性质，做了一系列泡沫做为添加剂的混合砂的室内试验。(2) 郭涛(2005)利用朱伟教授发明 的发泡装置

5、，研究气泡的半衰期和气泡的发泡倍率与发泡剂浓度的关系，得出发泡剂浓度对气泡的半衰期和气泡的发泡倍率有决定性因素；并通过渗透试验对改良后砂的渗透性做了研究 (3) 林键(2006)同样采用朱伟教授发明的发泡装置产生的气泡，对砂土进行了改良，并进行了直剪试验、滑板试验和搅拌试验，得到了混合砂土性质与土质参数的直接关系。a、小型搅拌试验 方便、直观地研究气泡混合土性质对压力舱内刀盘和搅拌翼板搅拌扭矩的影响规律 b、直接剪切试验采用直剪仪，通过快剪试验研究不同气泡以及不同掺入比的气泡对气泡混合土抗剪强度参数的影响规律。c、滑板试验测得气泡混合土与钢板之间的摩擦系数（4）北京交通大学的宋克志博士(200

6、5)研究 了无水砂卵石地层在土压平衡式盾构工法下的土体改良，利用泡沫技术对砂卵石地层进行了室内试验和现场应用。盾构穿越砂卵石底层如图所示： （5）乐贵平等(2001)报道了采用加泥式土压平衡盾构掘进机施工通过北京市清河污水隧洞工程的实例，并给出了成功施工的关键在于配制性能适宜的加泥浆的结论，并做了坍落度试验确定最佳的泥浆配比。三本文研究的主要内容(1)由于砂卵石地层的特殊性，本文采用合适的添加剂(如泥浆和泡沫等添加剂)进行土体 改良，并通过坍落度试验和搅拌试验评价混合土体的性能，得出砂卵石地层盾构施工中各种添加剂最佳注入量的参数。(2) 设计一套盾构机土舱模拟试验装置，在坍落度试验和搅拌试验的

7、基础上，通过监测混合土体在压力舱和螺旋输送机内压力的变化，研究混合土体的性质。 四、实 验 方 案1、坍落度试验 v1.1 将砂卵石进行筛分试验，画出试样的颗粒级配。v1.2 做不同含水量试样的坍落度试验，水的含量分别为0%、5%、10%、15%、20%、25%和30%，比较试样坍落度随含水量增大的变化规律，找出能满足盾构施工要求最佳的含水量。v2.3 在最佳含水量的试样中加入泡沫和泥浆，比较试验结果。2、搅拌试验 搅拌试验的试样和添加剂配比与坍落度试验的一样，目的是更好的模拟土舱里的真实情况，方便、直观地研究气泡混合土性质对压力舱内刀盘和搅拌翼板搅拌扭矩的影响规律，再者验证坍落度试验的结果。

8、 试验仪器：小型砂浆搅拌机，电流表3、模型试验 设计一套简易试验装置，在坍落度试验和搅拌试验的基础上，监测混合土体在压力舱和螺旋输送机内压力的变化。试验结果分析 v4.1分析混合土体在不同发泡液浓度和泡沫注入比的坍落度，并找到不同浓度的最佳的泡沫注入比和泥浆加入量。做出坍落度随时间变化的曲线图，研究泡沫的作用时间。v4.2 做出不同泡沫注入比与混合土搅拌扭矩的曲线关系，分析得到最佳发泡液浓度和泡沫注入比。v4.3分析混合土体在压力舱和螺旋输送机内压力的变化，研究添加剂在压力舱和螺旋输送机内所起的作用。五研究进度及安排v研究进度安排：v2007年11月2008年1月 文献前期阅读、试验设计、形成

9、论文基本思路v2008年1月2008年6月 试验材料准备、试件制作、验数据记录、整理v2008年6月2008年9月 试验数据分析v2008年9月2009年3月 论文撰写v2009年3月2009年5月 论文修改v张凤祥 朱合华 傅德明 盾构隧道 人民交通出版社. 2004v周文波. 盾构法隧道施工技术及应用. 建筑工业出版社. 2004 (Bob-chow. Shield tunnelling technology. China architecture&building press 2004)v傅德明 我国隧道掘进机应用技术的发展现状J 岩土工程界2004 5(2)19-25 v朱 伟 陈仁俊

10、. 盾构隧道施工技术现状及展望 第 1 讲盾构隧道基本原理及在我国的使用情况J 岩土工程界4(11)19-21 2001v张照煌 李福田 全断面隧道掘进机施工技术 中国水利水电出版社 2006v王良 盾构法施工在北京地铁5号线的应用J 土建技术2004 17 (5) 3337 v刘仁鹏. 土压平衡式盾构技术综述J. 世界隧道. 2000 (1):1- 7. (LIU Renpeng. Review of earth pressure balance shieldJ. World Tunnelling, 2000 1 :1 7.)v林键 土体改良降低土压平衡式盾构刀盘扭矩的机理研究(D) 河海大

11、学硕士论文，2006v周秀普 盾构法施工技术在无水砂卵石地层中的应用J 市政技术2003 21(4) 195203 六、主要参考文献v尹旅超 朱振宏 李玉珍 袁少军等编译 日本隧道盾构新技术 华中理工大学出版社 1999v宋克志 汪波 孔恒 袁大军 王梦恕，无水砂卵石地层土压盾构施工泡沫技术研究 岩石力学与工程学报2005-13-021 vRaffaele Vinai， Claudio Oggeri， Daniele Peila. Soil conditioning of sand for EPB applications: A laboratory researchJ. Tunnelling

12、 and Underground Space Technology. 2007v郭涛. 盾构用发泡剂性能方法评价及研究D. 河海大学硕士论文，2005v张明晶. 土压平衡式盾构施工闭塞问题的发生机理及防治措施研究D. 河海大学硕士论文，2004v崔学奇 吕宪俊 周国华 膨润土的性能及其应用J 中国非金属矿工业导刊 2000 2(14) 6-9v马 亮 浅谈发泡剂在盾构施工中的使用J 山东建材2006 4：24-26 vLangmaack, L. Advanced Technology of Soil Conditioning in EPB Shield Tunnelling, MBT Publ

13、ication. 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 for

14、 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 app

15、lications 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 by e

16、arth-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.vMilligan

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18、allurgy, London, UK. pp. 501-514.v魏康林 土压式平衡盾构施工中泡沫和膨润土改良土体的微观机理分析J 现代隧道技术 2007 44(1)7377 v鞠建英 (韩)申东铉 膨润土在工程中的开发与应用 中国建材工业出版社 2003vMilligan, G. 2000. Lubrication and soil conditioning in tunnelling pipe jacking and microtunnelling : A state of the art review. Geotechnical Consulting Group.v乐贵平 赵宏伟 周秀普 孟学文. 穿越全断面砾石层的盾构施工J. 现代隧道技术. 2001 38(5). 912vHaukur J, etc. The significance of mixed face conditions for TBM performan