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按平衡开挖面的土压与水压的原理不同，密闭式盾构机可分为（ ）。A．土压式B．手掘式 C．泥水
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按平衡开挖面的土压与水压的原理不同，密闭式盾构机可分为（ ）。A．土压式B．手掘式 C．泥水式D．半机械挖掘式E．机械挖掘式此题为多项选择题。请帮忙给出正确答案和分析，谢谢！
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于上海地区粉土中EPB盾构施工扰动及不同土性改良方法的试验研究（原版论文）的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：同济大学硕士学位论文上海地区粉土中EPB盾构施工扰动及不同土性改良方法的试验研究姓名:宋永辉申请学位级别:硕士专业:地质工程指导教师:唐益群上海地区粉土中EPB盾构施工扰动及不同土性改良方法的试验论文摘要f盾构施工不可避免的会造成土体的扰动,而土体的变形则是受扰动的结果。EPB盾构在粉性土、砂性土地层中施工时,该类土层摩阻力大、渗透性大、流塑性差等“顽症”成了施工的症结所在,因而对其扰动变形规律及相应预防措施应当深入研究矿本文结合上海市轨道交通明珠线二期工程“溧阳路站一临平路站”区间盾构推进工程,通过现场测试、室内试验以及理论分析,进行了以下研究。通过现场CPT试验、超孔压测试和沉降测量,从不同角度分析了EPB盾构在粉土地层中施工的扰动机理及分区,并且对三者的关系进行分析。具体包括:分别从上述三个角度分析了土体扰动状态随着盾构推进的动态变化,以及土体性质受盾构施工扰动影响的不断变化;分析了EPB盾构掘进在粉土地层中引起的超孔隙水压力变化规律并提出经验公式,且定量分析了超孔隙水压力对地面沉降的贡献:进一步划分出不同的盾构扰动区,并对每个区域的产生机理进行分析;总结了EPB盾构在粉土地层中施工对土体扰动的规律及影响因素,并提出了相应的控制措施。/同时,进行了泡沫剂、肥皂水对粉土改良效果的现场以及室内对比试验,得出两种掺加剂下盾构施工参数的具体变化及不同改良土室内动静指标的差异。最后,对不同含水量、不同膨润土掺入量下重塑土的性状进行对比,得出含水量、膨润土掺入量对粉土改良的效果。 l-关键词:EPB盾构.粉土地面沉降,静力触探、超孔隙水压力泡沫剂;肥皂水,膨润土上海地区粉土中EPB盾构施工扰动及不同土性改良方法的试验ABSTRACTTunneling construction will contribute unavoidably to the disturbance ofsurrounding soil mass.which is the reason of subsidence.Ⅵmen constructingin sandy soil or silt soil,the bigger fiction,permeability and the bad plasticityofthose soils will bring out great troubles for EPB shield construction.So it iSwell worthy of research on the disturbance.subsidence law and differentsolutions for smooth construction.Based on the project‘‘Tunneling betweenLiyang Road and Linping Road”,which is a part of“Pearl Line II of ShanghaiRail Transit”.this thesis focuses on such issues as below bining fieldtests and 1ab tests research.Through integrating in—situ tests of CPT,pore pressure monitoring andsubsidence surveying,this thesis analyses the disturbance mechanism andpresents different disturbed zones when EPB tunneling in silt soil.and alsodiscusses the CO.relation of those tests.To be detailed,it includes the hanges of soll properties and disturbed extent and degree with thethe pore pressure developing law and experienced formulas,andquantitative analysis of the subsidence induced by pore different disturbed zones and specific reathe generaldisturbance 1aws of EPB shield tunneling in silt soils and different factorscontributing to disturbance and the preventive methods.Then,paring different effects of foam-additive and suds-additive onsilt soils based on in-situ test and lab test.the differences of tunnelingparameters and static and dynamic 1ab index of those disturbed soils areanalyzed.Finally,the lab indexes of reproduced soils with different watercontents or different bentonite contents are contrasted,and the differentsoil.improved effects are generalized.Keywords:EPB shield silty soil CPT pore pressuresubsidence foarn additive suds.additive bentonite第一章绪论第一章绪论第一节引言近十年来,我国城市规模不断迅速扩大,城市人口逐年增加,由此带来的直接后果就是地面人均面积越来越小,住房紧张、空间拥挤、交通阻塞,严重影响了市民的生活质量和工作质量。要使城市的发展速度能和人口的增加相适应的重要因素之一,就是改善交通条件。地铁等地下交通设施的修建,使城市交通质量形成了一次历史性的飞跃。从上海来看,已经在短短的十几年时间里,修建了地铁一号线,地铁二号线,轻轨明珠线等几条高速交通干线。相信不久的将来,一个由地铁和轻轨组成的高速交通网必然在上海发挥重要的动脉作用。修建地下隧道以盾构法最为先进。盾构法施工与其他同等条件下的施工方法相比具有明显的优势。对于数十公里长的地铁在城市中穿过,使用其他施工方法时不可能做到在不影响地表正常交通和居住环境的前提下,在很短的时间里达到设计的要求。盾构法施工不用开挖地面,施工工艺简单,施工环境好,施工危险小,要求的劳动力不多。除在岩石和半岩石土壤的地质条件下钻爆法和盾构法的竞争比较激烈外,盾构法是最为经济有效的方法。世界上许多国家和地区的地下隧道多以盾构法修建。盾构法是1825年法国工程师M.A.Brunel发明的,在过去不到200年里经历了从手掘式盾构、挤压式盾构、气压式盾构到土压平衡盾构和泥水加压盾构几个阶段。我国自50年代开始用盾构法修建隧道以来,已修建几十条直径2m一11m的隧道。随着我国经济的发展,已有二十余个城市向国务院申请修建地铁,盾构法必将在我国有更加广泛的应用。虽然近200年来不断的改善施工条件和施工工艺,但盾构法施工总是要从地下天然原状土中穿过,也就难以避免的要对土层产生一定程度的扰动,从而引起地层变形和地面沉降。当地层变形超过一定范围时,会严重危及邻近建筑物基础和地下管网等的安全,引起一系列岩土环境问题。上海地区浅层土为第四纪沉积层,地质年代较新,比较软弱。土层呈带状分布,地下水埋藏较浅,平均埋深为O.5珈.7m。上海地区工程实践中遇到的主要问题大都发生在软粘土和粉性土中。软粘土具有含水量高、孔隙比大、强度低等特点,粉性土在机器振动、车辆荷载、地震力等反复作用的荷载下可能产生液化或大量沉陷变形【31。由于这些天然的地质条件,在***建设的过程中遇到了很多困难,区间隧道施工盾构推进过程中粉性土的施工扰动问题就是其中之一。上海规划中拟建800余公里的地铁和轻轨,其中在苏州河和黄浦江沿岸区域施工的地铁隧道基本上是在粉性土地层中。为此,很有第一章绪论必要对地铁隧道施工中的粉性土的施工扰动问题进行研究,找出在这种地层中的最佳施工方法,其研究结果对地铁区间隧道施工与保证隧道整体质量具有重大意义。本文研究盾构施工对粉性土扰动影响以及不同土性改良方法的比较,主要有以下几个方面:1)EPB盾构在粉性土中施工对周围土体的影响范围;2)受影响区域土体静力触探强度、超孔压随着时间的变化趋势及随之表现出来的地面变形趋势;3)通过实测数据尝试性的总结出超孔压发展的经验公式,并将超孔压对地面沉降的贡献进行初步量化;4)通过现场测试及室内试验分析,得出泡沫、膨润土等不同掺加剂对改善盾构前方土体性质,最大限度的减小盾构施工扰动效果的对比。第二节本课题在国内外的发展概况一、地表变形理论及公式目前关于盾构施工对岩土环境问题的研究,大多集中于地层变形和对邻近建筑物和管线的影响方面,在这些方面的研究已取得大量成果。美国R.B.Peck(1969)通过对大量地表沉陷数据及工程资料分析后,首先提出地表沉降槽似正态分布的概念E633。地层移动由地层损失引起,并认为施工引起的地面沉降是在不排水条件下发生的,所以沉陷槽的体积应等与地层损失的体积。横向分布地面沉降估算公式为:s@)2‰“exp(-壹-)矿Smax2赢. Zf=一压tg(45‘一罢)式中:s“广沉降量(mm);VI一盾构隧道单位长度地层损失(m3/m):x一距隧道中心线的距离(m)S。。x.一隧道中心线处的最大沉降量(mm)i一沉降槽宽度系数(m),由图表或公式求得。英国Clough&Schrnidt(1974)在其关于软粘土隧道工程著作中Ⅲ1,提出饱和含水塑性粘土中的地面沉降槽宽度系数i,由如下公式求取。2第一章绪论素2(z/2R)“8式中:z_一地面至隧道中心深度;R.一隧道半径。英国O’Reilly--New(1982)对英国粘性土地层的“处19例以及砂性土和回填土地层6处16例的最大沉降量。一、沉降槽断面及Vs(m3/m),反弯点距离I(m)实测值,并考虑沉陷槽形状为正态分布曲线,提出实际的沉降槽宽度为6i,可由以下公式估算地表沉降‘6”:i-KZ万。。=K/42xi式中:K一与土性有关的系数砂性土K:Jo·2—0·3l o.25,平均值l 0.4,硬性土粘性土K={0.7,软性土l D.5,中等值日本的Fujita(1982)接受Peck的要求,从事了在软弱土层中隧道工程不同施工方法对地层影响有何等差别的研究,提出了基于盾构型式、地层条件、辅助工法、隧道直径及埋深等因素有关的最大沉降量预测值‘2卯。Y.S.Fang等(1992)在实测了台北污水管道施工中的地面沉降后,得出沉降的极大部分发生在盾构通过后的前4天内,而最终的沉降槽形状类似于Peek曲线。在随后的研究中(1993)提出土压平衡盾构纵向沉降随时间的变化曲线呈双曲线型哺卯。6m“2i面式中S。。一中线最大地面沉降(nun)a、b一参数t一经历时间(天)刘建航(1975)在总结延安东路隧道沉降分布规律基础上,提出了“欠地层损失’,概念,并修正了Peck公式预测地表纵向沉降计算式如下【1 1:跏,=洲斟≯H怯{≯阿一妒降]}3第一章绪论式中:v…vl厂分别为盾构开挖面和盾尾后部间隙引起的地层损失;yi,yf._盾构推进起始点和盾构开挖面到坐标原点的距离;y;=yi.L, y,=yf.L卜盾构长度同济大学候学渊等(1987)结合上海地区饱和土和盾构施工的特点,提出考虑时效(即土体扰动后固结)沉降的修正Peek公式口6l:鼬力=(警H一事]0≤f≤71.T:些.fE‘Xl式中:P一隧道顶部孔隙水压的平均值:T一固结时间;E一隧道顶部土层的平均压缩模量:“,一隧道顶部土体渗透系数;H一超孑L隙水压水头同济大学(1990)建立地面沉降预估的专家系统模型原型,于91年将其应用于地铁一号线的施工监控。周文波(1993)编制了以上海地区软土隧道施工经验为基础的“盾构法施工对周围环境影响和防治专家系统”用于地面沉陷研究。李建华(1995)采用模糊一随机理论预测盾构施工引起地层移动,基于随机场理论、随机有限元、模糊概率测度和数理统计方法,对软土隧道工程中的不确定性问题进行了较深入的探讨¨踟。二、盾构施工对土体的扰动研究小田岛。长坂左野(1978)认为盾构推进过程中,土的干容重有减少或者增大两种情况,其范围前者称为“扰动区域”,后者称为“压缩区域”,并绘￥0T效果图,并认为隧道掘进时的超挖并不直接成为地层损失。得出:隧道上方的地层扰动区域中,有平均约1.5%的土的容积增加量的结论。B.Sckmidt(1989)对软土隧道的固结沉降进行了研究,认为盾构开挖引起的地表沉陷部分来自于开挖面和盾尾间隙的地层损失,而更大部分则来自于土体的固结。分析和实测表明,土体非弹性径向位移、开挖面过大的支护压力和隧道发生的应变是引起超静孔隙水压力的原因,给出了预测超孔隙水压力的方法。R.J.Finno&G.W.Clough(1985)指出土压平衡盾构在掘进过程中有意识的使土体离开开挖面引起地表轻微隆起和减少土壤向盾构尾部孔隙范围的移动,但却增加了土体的固4第一章绪论结沉降。并采用修正剑桥模型,通过五个阶段的施工模拟超孔隙水压力的产生和消散以及隧道的横向位移。超孔隙水压力随盾构机接近时增大,脱离盾尾后降低而消散。L.Samarasekera&Z.Eisenstnin(1992)采用无量纲归一化方法对正常固结与超固结粘土隧道的孔隙水压进行了研究,分析了对孔隙水压有影响的系数,如隧道与直径之比(H/D)、静止土压力系数(K0)、强度、模量,以及有效刚度比(支护效果与孔隙压之比),研究中采用二维非线性有限元求解孔隙水压,应用非耦合固结理论分析孔隙水压消散。徐方京(1991)应用弹塑性理论(圆形断面受力分析,采用摩尔一库仑准则)和Henkel公式盾构掘进五个阶段中的孔隙水压公式,并把其结果与上海合流污水工程与地铁工程的实测结果作了对比分析【17J。x.Yi,R.K.Rowe&K.M.Lee(1993)对上海芙蓉江合流污水工程盾构隧道孔隙水压地层变形进行了分析,应用耦合粘弹塑性模型、土的应变硬化定律进行了有限元的计算。研究结果表明计算的初始(施工)沉降槽与Peck曲线非常接近,沉降槽形状随时间增长变窄;考虑扰动区和不考虑扰动区相比较,计算的最大沉降量增加约30%,最大水平位移量增加约42%;盾构推进速度应尽可能保证与出土速度一致以减少地层扰动及其固结沉降;工作面舱压较水平向静止土压力大10%左右可使地表沉降最少。同济大学李永盛教授(1997)利用弹性力学Kelvin解及弹性地基梁理论得出盾构掘进对邻近桩体内力及弯矩影响的计算公式;阮林旺(1997)进行盾构掘进对桩体影响的三维弹性有限元分析,分析了水平载荷作用下桩体承载力问题以及桩间土的变形规律。同济大学易宏伟博士(1999)利用静力触探现场试验研究粘性土中盾构推进的扰动分区,并通过上海合流污水工程的孔隙水压力观测资料初步反应了盾构施工对土体扰动后土体参数的变化。采用沿隧道纵向、垂向离散,横向引入解析函数的半解析元法,将盾构施工中三维问题简化为二维问题处理,并构造了反映地层移动情况的位移函数¨钔。三、不良地层中盾构旌工土性改良研究土压平衡盾构要求土料具有良好的塑性变形,软稠度,内摩擦角小及渗透系数小,因而在粉性土、砂性土等不良地层中施工时会遇到以下凡方面问题:1)强度问题2)施工扰动问题3)排土问题4)液化及流砂问题。为了解决以上问题,就有必要对土性进行改良。随着掘进技术的发展,目前的改良方法主要有加水,膨润土,高密泥浆,粘土,CMC聚合物和泡沫等16…。70年代日本发明了盾构法施工后,在80年代又发展了“膨润土泥浆注入土压平衡盾构”,这是对土压平衡盾构的改进。日本很多隧道工程都采用了该工法,然而,这种方法需要大型设备来生产相当大量的膨润土泥浆,而处理被膨润土泥浆污染的废渣费用昂贵,有时还会引起公众的反感。被称作“化学泡沫注入的土压平衡盾构工法”是用化学泡沫代替膨润土泥浆,它具5第一章绪论有的优点超过了膨润土泥浆,因此在随后几年里,已经有上百个隧道工程采用了泡沫盾构。1986年由30家日本主要通用承包商发起成立了“化学泡沫注入土压平衡盾构工法”协会。日本已发布了化学泡沫注入的两个基本专利【6l】。由于泡沫消失后,注入过泡沫的渣土还原到原始状态,也就不存在渣土处理问题。像日本等一些有严格的环境保护法的国家,这种方法能得到广泛应用。第三节本文研究内容和特色根据以上文献综述和研究现状分析,本文以上海市轨道交通明珠线二期工程“溧阳路站~临平路站”区间盾构推进工程为背景,主要通过对现场试验数据以及室内试验数据的分析整理来进行研究。盾构施工中土体的扰动十分复杂,对扰动土体性质取样研究难以对土体的扰动原因做出判断,有时甚至不可能,本文提出的运用静力触探试验来确定盾构施工中土体扰动程度与范围,判断土体的扰动行为和特征,具有可靠性和便于操作的优点。另外,超孔隙水压力测试在饱和粉性土中能及时反映土体的力学行为,有利于对土体变形行为进行判断,具有有效性和灵敏性的优点。这两种方法都解决了盾构施工动态扰动研究方法的可靠性问题。将土体扰动的强度变化Ps曲线及超孔隙水压力曲线与土体位移曲线对比分析,并分析其相互关系是本文的一大特色。Ps曲线通过换算可以得出压缩模量曲线,再通过土体超孔隙水压力和有效应力间的必然联系,得出超孔隙压力引起的地面沉降,从而对盾构扰动引起的地面沉降进行预测和评价。这是一个全新的尝试。通过现场试验对比泡沫剂、肥皂水两种不同掺加剂对盾构施工参数的变化,得出这两种改良士对于减小盾构施工扰动影响的实际效果;同时再将从盾构螺旋出土器出口取出的这两种土样以及掺加膨润土的土样进行室内动静试验,对比其常规土力学指标以及动态强度指标之间的差异,分析不同改良土对减小盾构施工扰动的实验室效果。此外,对所取肥皂水土样及泡沫土样进行微观结构分析,以从微观角度得出一些有益的结论也是本文的一个特点。6第二章EPB盾构施工对粉土扰动的理论基础及现场试验研究第一节施工扰动土体定义及影响粉土强度的因素传统意义上讲,土的扰动(disturbance of soil)或扰动土(disturbed soil)多是针对原状土(undisturbed soil)而言的,大体是指由于外界机械作用造成的土的应力释放,体积、含水量或孑L隙水压力,特别是土体结构或组构的破坏和变化(如堆石坝、填土路基等)【18】。目前对土的扰动理论研究仍处于实验室取样的扰动研究阶段,像本次把原位试验和实验室试验结合起来进行的研究还是很少的。前苏联学者Hvoslev对土样扰动的因素进行了总结,认为扰动变化过程包括应力状态的改变、含水量和孔隙比的变化、土体结构的破坏、化学变化和土成分的混合或分离等。他认为试样取样扰动实际上导致孔隙水从试样中心非扰动区到边缘扰动区的迁移,孔隙水迁移导致周边含水量增大,结果增大了试样的有效应力【1引。国内外对钻孔取样扰动引起的土性变化研究较多,而对施工扰动引起的环境岩土性质变化的研究较少。粉土是介于粘性土和砂性土之间的土类,从结构上分析,其强度分为两部分:一部分是土中粘粒的胶结作用及结构本身的固体凝聚力为主所形成的结构强度,即动应力差值;另一部分为颗粒间原始凝聚力及内摩擦力所组成的正常强度,即重塑土表现出的强度,此两部分之和为原状土所表现出来的全部强度[2630第二节EPB盾构施工原理及其对土体扰动因素一、土压平衡盾构工作原理盾构施工中土体扰动的影响范围与程度取决于许多因素,例如盾构形式、施工参数等。就盾构形式而言,其中以挤压式盾构对土体扰动最大,费用最低,泥水平衡盾构对土层扰动最小,地面沉降也最小,但需设置泥浆处理装置,费用最高。土压平衡盾构,又称为削土密闭式盾构或泥土加压式盾构,则介于挤压式盾构与泥水平衡盾构两者之间。这种盾构可以节省泥水盾构中所必须的泥水平衡及泥水处理装置的大量费用,而且由于这种盾构施工设备的不断进步使得其得到较为广泛的应用【59】。士压平衡盾构的前端有一个全断面切削刀盘,刀盘切削面与后面的承压隔板之间有一个贮留土体的密闭舱,即开挖室,在密闭舱中斜线下部装设长筒形螺旋输送机排土,输送机一头设有出入口。基本工作原理简述如下:盾构机刀盘旋转切削下来的土壤通过刀盘上的开口进入开挖室,与开挖室内的可塑土浆混合或被搅拌混合,盾构千斤顶的推7播放器加载中，请稍候...
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同济大学硕士学位论文上海地区粉土中EPB盾构施工扰动及不同土性改良方法的试验研究姓名:宋永辉申请学位级别:硕士专业:地质工程指导教师:唐益群上海地区粉土中EPB盾构施工扰动及不同土性改良方法的试验论文摘要f盾构施工不可避免的会造成土体的扰动,而土体的变形则是受扰动的结果。EPB盾构在粉性土、砂性土地层中施...
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