泥水盾构加纤泥浆侵入复合地层成膜机理结题摘要

在透水性差异大、软硬不均复合地层中修建大型水下盾构隧道，利用粗粒材料的架桥作用及时形成安全有效的泥膜是解决开挖面稳定控制的关键科学问题。围绕加砂泥浆侵入地层成膜特征的研究，从加砂泥浆粗粒材料的选取、泥浆侵入对砂性地层强度的影响、地层孔隙特征对成膜特征的影响、恒压加载的影响及加砂泥膜闭气性能几个方面开展研究。主要成果如下： （1）为合理选取泥浆加砂材料，通过自制试验仪器开展泥浆悬浮砂粒能力分层测定，分析了沉降时间和砂粒粒径对砂粒在泥浆中沉降的影响规律，给出了泥浆悬浮砂粒能力的判别方法。 （2）对以轻质砂作为粗粒材料的泥浆性质进行性质测定，确定轻质砂及化学添加剂对泥浆性质的影响规律。 （3）在孔隙特征有良好连续性的不同砂性地层中开展泥浆侵入地层成膜试验研究，基于成膜特征指标与地层孔隙特征量化关系的构建，分析了地层孔隙特征对泥膜形成时间、不同阶段滤失量等泥膜特征的影响。根据孔隙体积大小对泥膜状态进行量化划分，确定临界孔隙体积。 （4）开展了恒压和恒速两种加载条件下加砂泥浆侵入砂性地层模型试验，通过滤失量曲线变化规律确定不同的泥膜状态，通过泥浆压力测定确定泥浆侵入地层的成膜历史。 （5）采用自制的泥膜闭气性试验装置，对添加有不同含量粗粒的泥浆进行泥浆渗透成膜闭气性试验，确定泥浆中粗粒材料添加量对泥膜闭气时间的影响规律，揭示了粗粒材料添加改变泥膜结构从而影响泥膜闭气时间的作用机理。 2100433B

在透水性差异大、软硬不均复合地层中修建大型水下盾构隧道，利用架桥作用堵塞泥浆细粒及时形成安全有效的泥膜是解决开挖面稳定控制的关键科学问题。针对复合地层中泥浆渗透模式复杂、泥膜形成不均的特点，采用理论分析、模型试验和离散元仿真相结合的方法，系统研究了复合地层中加纤泥浆侵入成膜和泥膜加压击穿失效机理：①通过分析水土压力、土体变形、泥膜抗击穿强度等演变规律，揭示加纤泥膜结构形成、增长和击穿破坏过程中颗粒-纤维-流体间力学作用的演变机制；②通过对加纤泥浆在地层中迁移堵塞空间展布实时追踪和泥膜微观结构测定，探明地层内部纤维架桥及颗粒迁移堵塞效应与开挖面上颗粒堆积固结效应的耦合作用机制；③基于纤维外形和配比对架桥作用与成膜效能的影响分析，揭示复合地层中加纤泥膜形成机理。提出适合在复合地层中形成有效泥膜和降低击穿风险的新型泥浆加纤方法。项目成果为泥水盾构泥浆加纤技术和复合地层开挖面稳定控制提供理论依据。

目前，我国在建盾构隧道工程的数量、盾构机数量及开挖土量迅速增加，泥水盾构技术在大型过江过河隧道及城市过江地铁建设中应用越来越多，已成为我国重大交通基础设施建设不可或缺的关键技术。而作为泥水盾构技术核心部分，泥浆和泥膜构成了泥水盾构平衡和开挖的原理，这部分研究显得越来越重要。本书以泥水盾构泥浆和泥膜为话题，共分6章，全面系统地介绍了泥水盾构技术中泥浆的工作原理、泥浆材料的选取、泥浆的配制与测试等内容，从试验和理论推导两方面揭示了泥浆在地层中形成泥膜的规律，并进行了泥膜的质量评价分析，最后结合典型的泥水盾构工程实例，介绍了泥浆材料选取及配置和泥膜技术的运用。

前言

第一章绪论

第二章泥水盾构泥浆及其功能

第三章泥浆的配制与测定

第四章泥浆在地层中的渗透成膜规律

第五章泥水加压盾构泥膜质量评价

第六章典型泥水加压盾构工程实例 2100433B