岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (12): 4054-4062.

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泥岩圆砾复合地层泥水平衡盾构泥浆配比 优化研究与应用

宋洋1,李昂2,王韦颐2,杜春生3,张舵3,付星星3   

  1. 1. 辽宁工程技术大学 建筑与交通学院,辽宁 阜新 123000;2. 辽宁工程技术大学 土木工程学院,辽宁 阜新 123000; 3. 中铁四局集团第五工程有限公司,江西 九江 332000
  • 收稿日期:2020-05-17 修回日期:2020-07-09 出版日期:2020-12-11 发布日期:2021-01-18
  • 通讯作者: 李昂,男,1996年生,硕士研究生,主要从事岩土与地下工程方面的研究。E-mail: 15350666399@163.com E-mail: lgdsongyang@163.com
  • 作者简介:宋洋,男,1982年生,博士,副教授,主要从事岩土与地下工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51974146);辽宁省自然科学基金(No.2019-ZD-0042);中铁四局五公司重点科研攻关项目(No.19-2138)。

Research and application of mud proportioning optimization of slurry balance shield in mudstone and gravel composite stratum

SONG Yang1, LI Ang2, WANG Wei-yi2, DU Chun-sheng3, ZHANG Duo3, FU Xing-xing3   

  1. 1. College of Architecture and Communications, Liaoning Technical University, Fuxin, Liaoning 123000, China; 2. School of Civil Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin, Liaoning 123000, China; 3. China Railway Fourth Bureau Group No. 5 Engineering Co., Ltd., Jiujiang, Jiangxi 332000, China
  • Received:2020-05-17 Revised:2020-07-09 Online:2020-12-11 Published:2021-01-18
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51974146), the Natural Science Foundation of Liaoning Province (2019-ZD-0042) and the China Railway Four Bureaus Five Companies Key Scientific Research Projects(19-2138).

摘要: 泥水平衡盾构在掘进复杂地层时,泥浆性能是维持开挖面稳定的关键因素之一。以南宁轨道交通5号线泥水盾构掘进泥岩圆砾复合地层为工程背景,采用控制变量法,利用自制的模拟泥水盾构掘进系统,比选泥浆外加剂,分析外加剂掺入量和地层复合比对出浆相对密度的影响规律;然后采用析因设计综合分析不同地层复合比、膨水比和渣土用量下,泥浆的渗透规律及动、静态泥膜成膜规律。研究表明:不同外加剂对膨润土泥浆性质改变较大,甲基硅酸钾和氯化钾能够有效降低出浆相对密度,氯化钠、硅酸钠促进泥岩遇水崩解;渣土掺入可有效降低滤水量,提高成膜质量,减少膨润土使用量;刀盘转速小于等于2.5 r/min时,泥膜生成速率大于等于破坏速率,保证掘进工作面的稳定性;适应泥岩圆砾复合地层复合比0~1的泥浆膨水比为0.10~0.20,渣土含量为100~200 g/kg,甲基硅酸钾含量为3.75%~7.50%。

关键词: 泥浆改性, 渗透试验, 滤水量, 泥浆相对密度, 泥水平衡盾构

Abstract: Slurry performance is one of the key factors to maintain the stability of excavation face when slurry balance shield is tunneling in complex strata. Based on the engineering background of slurry shield tunneling in mudstone and gravel composite stratum of Nanning Metro Line 5, the control variable method and the self-made slurry shield tunneling system are adopted to compare and select the mud admixture and to analyze the influence of the admixture amount and the formation composite ratio on the slurry relative density. Then, the mud permeability law and the dynamic and static mud film forming law under different formation composite ratios, swelling water ratios and slag dosages are analyzed comprehensively by factorial design. The results show that different admixtures have significant influence on the properties of bentonite slurry. Specifically, potassium methyl silicate and potassium chloride can effectively reduce the relative density of slurry, while sodium chloride and sodium silicate can promote the disintegration of mudstone in water. In addition, the slag admixture can effectively reduce the water filtration, improving the film quality and reducing the consumption of bentonite. When the cutter head speed is less than or equal to 2.5 r/min, the formation rate of mud film is greater than or equal to the failure rate so as to ensure the stability of driving face. The mud swelling water ratio suitable for mudstone and gravel composite stratum (composite ratio: 0?1) is 0.1?0.20, the residue content is 100?200 g/kg, and the potassium methyl silicate is 3.75%?7.50%.

Key words: mud modification, penetration test, water filtration, mud relative density, slurry balance shield

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