北京工业大学博士研究生开题报告论文开题报告
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护
盘
盾
被动土压力
支撑系统
土压、水压
工作原理： 掘进时，土舱内土的被动土压与开挖面上的
土压、水压基本相同。
砂卵石地层土压平衡盾构施工的问题
砂卵石地层中的粘性颗粒含量低，塑流性差，会
导致土舱内不易形成稳定的土压 ；
开挖面难以保持平衡，会发生超挖，导致地表沉
陷；
由于砂卵石之间相互摩擦，造成刀盘旋转搅拌阻
六
50 30
泡沫(℅) 泥浆(℅) 泡沫＋泥 浆(℅)
在加泥浆的基础上注入泡沫
2、搅拌试验
用小型搅拌机 (5L)模拟刀盘和搅拌翼板对压 力舱内渣土的搅拌过程，测得搅拌机所消耗 的功率，从而推得搅拌机的搅拌扭矩；
搅拌试验的试样和添加剂配比与坍落度试验 的试样一样； 此试验可以验证坍落度试验的结果，并与之 做比较。
1.3本试验的泡沫分别为1%、2%、3%发泡液制成， 得到不同稳定性和发泡倍率的气泡；
1.4泥浆的制作：泥浆由膨润土制成，密度为
D=1.4~1.5；
1.5
在试样中分别加入泡沫、泥浆、泡沫和泥浆进行
试验，做这三类试验进行对比。
添加剂
一
20 5
二
25 10
三
30 15
四
35 20
五
40 25
工学硕士学位论文开题报告
砂卵石地层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
纲
要
一 课题研究的意义 二 国内外研究现状 三 课题的主要内容 四 实 验 设 计 五 研究进度及安排
土压平衡盾构的构造和工作原理
土 压 平 衡 盾 构 机
刀
2.2 国内土体改良的试验研究状况
(1)河海大学的朱伟对土体改良做了些研究，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，做了一系列室内试验。
(2) 郭涛(2005)利用上述的发泡装置，通过坍落度 试验对泡沫改良后砂的塑流性做了研究。
(3) 林键(2006)同样采用上述发泡装置产生的气泡， 对砂土进行了改良，进行了搅拌试验、直剪试验和 滑板试验，得到了混合砂土性质与土质参数的直接 关系。
力较大，从而加剧刀具的磨损。
一、课题研究的意义
通过加入添加剂（泡沫和泥浆）改善开挖土体的塑 流性，扩大土压平衡盾构工法适用的土层范围； 提高掘进效率，减小刀具磨损，延长盾构机的使用
寿命；
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，迫切需要进行土体
改良，本试验结果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。
二、国内外土体改良试验的研究状况
2.1 国外土体改良试验的研究状况
(1)里尔力学实验室Stephane Quebaud(1998)对注入泡
沫的混合砂进行了试验研究： a、搅拌试验
方便、直观地研究混合土
体性质和模拟土压力舱内
刀盘和搅拌翼板对渣土的 搅拌过程 。
序 号 1 2
3 材料 膨润土﹕水﹕硫化剂 配合比 1﹕2﹕0.015 坍落度 注入比 8 20%
膨润土﹕水﹕粉煤灰 ﹕硫化剂
膨润土﹕水﹕粉煤灰 ﹕硫化剂
1﹕5﹕2﹕0.015
1﹕5﹕2﹕0.015
9
>13
18%
14%
三、本文研究的主要内容
(1) 设计一套可以室内发泡的试验装置，并研究泡沫的 性质。
3、模型试验
设计一套简易试验装置，在土舱内和螺旋输
送机内分别安置两个土压力计，监测混合土体
在压力舱和螺旋输送机内压力的变化。
4、试验结果分析
4.1分析混合土体在不同添加剂情况下的坍落度，并 找到添加剂最佳注入量。做出坍落度随时间变化的
曲线图，研究泡沫的作用时间。
4.2 做出不同添加剂与混合土体搅拌扭矩的曲线关
系，分析得到添加剂最佳注入量。
4.3分析压力舱模型内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。
Leabharlann Baidu
五
研究进度及安排
文献阅读、试验设计、
2007年6月～2008年1月
形成论文基本思路 2008年1月～2008年6月 验、数据记录、整理 2008年6月～2008年9月 2008年9月～2009年3月 2009年3月～2009年5月
(2)由于砂卵石地层的特殊性，使用合适的添加剂(泥浆
和泡沫等)进行土体改良，通过坍落度试验和搅拌试
验评价混合土体的性能。
(3) 设计一套盾构机土舱模拟试验装置，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、试 验 方 案
1、坍落度试验
1.1 将砂卵石进行筛分试验，画出试样的颗粒级配 曲线。 1.2 做不同含水量的坍落度试验，试样的含水量分 别为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，得到能接近 盾构施工要求最佳的含水量。
a、小型搅拌试验
b、直接剪切试验 采用直剪仪，通过快剪试验研究泡沫对混合 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）乐贵平(2001)等报道了加泥式土压平衡盾构穿 越砂卵石地层的实例，指出成功施工的关键在于添加 了性能适宜的泥浆，并做了坍落度试验确定最佳的泥 浆配比。
试验材料准备、进行试
试验结果分析 论文撰写 论文修改
谢谢大家！
欢迎各位老师和同学多提宝贵意见！
力达到200Kpa时气泡仍然存在。 直剪试验中，泡沫混合砂表现出较小的剪切力，说 明泡沫能大大减小砂的内摩擦角。 渗透试验中，泡沫混合砂的渗透性数是饱和砂的十
分之一左右。
(3)意大利学者Raffaele Vinai(2007)等通过坍落度试 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：
b、渗透试验
测得混合土体的渗透
系数
c、坍落度试验
测得混合土体的流塑性
渗透试验
(2)牛津大学的Sotiris Psomas(2001)对粗砂和细砂 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、渗透性试验、压缩试验 和直剪
试验，得到了下列的结果：
压缩试验中，泡沫混合砂表现出高压缩性，在土压
盘
盾
被动土压力
支撑系统
土压、水压
工作原理： 掘进时，土舱内土的被动土压与开挖面上的
土压、水压基本相同。
砂卵石地层土压平衡盾构施工的问题
砂卵石地层中的粘性颗粒含量低，塑流性差，会
导致土舱内不易形成稳定的土压 ；
开挖面难以保持平衡，会发生超挖，导致地表沉
陷；
由于砂卵石之间相互摩擦，造成刀盘旋转搅拌阻
六
50 30
泡沫(℅) 泥浆(℅) 泡沫＋泥 浆(℅)
在加泥浆的基础上注入泡沫
2、搅拌试验
用小型搅拌机 (5L)模拟刀盘和搅拌翼板对压 力舱内渣土的搅拌过程，测得搅拌机所消耗 的功率，从而推得搅拌机的搅拌扭矩；
搅拌试验的试样和添加剂配比与坍落度试验 的试样一样； 此试验可以验证坍落度试验的结果，并与之 做比较。
1.3本试验的泡沫分别为1%、2%、3%发泡液制成， 得到不同稳定性和发泡倍率的气泡；
1.4泥浆的制作：泥浆由膨润土制成，密度为
D=1.4~1.5；
1.5
在试样中分别加入泡沫、泥浆、泡沫和泥浆进行
试验，做这三类试验进行对比。
添加剂
一
20 5
二
25 10
三
30 15
四
35 20
五
40 25
工学硕士学位论文开题报告
砂卵石地层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
纲
要
一 课题研究的意义 二 国内外研究现状 三 课题的主要内容 四 实 验 设 计 五 研究进度及安排
土压平衡盾构的构造和工作原理
土 压 平 衡 盾 构 机
刀
2.2 国内土体改良的试验研究状况
(1)河海大学的朱伟对土体改良做了些研究，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，做了一系列室内试验。
(2) 郭涛(2005)利用上述的发泡装置，通过坍落度 试验对泡沫改良后砂的塑流性做了研究。
(3) 林键(2006)同样采用上述发泡装置产生的气泡， 对砂土进行了改良，进行了搅拌试验、直剪试验和 滑板试验，得到了混合砂土性质与土质参数的直接 关系。
力较大，从而加剧刀具的磨损。
一、课题研究的意义
通过加入添加剂（泡沫和泥浆）改善开挖土体的塑 流性，扩大土压平衡盾构工法适用的土层范围； 提高掘进效率，减小刀具磨损，延长盾构机的使用
寿命；
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，迫切需要进行土体
改良，本试验结果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。
二、国内外土体改良试验的研究状况
2.1 国外土体改良试验的研究状况
(1)里尔力学实验室Stephane Quebaud(1998)对注入泡
沫的混合砂进行了试验研究： a、搅拌试验
方便、直观地研究混合土
体性质和模拟土压力舱内
刀盘和搅拌翼板对渣土的 搅拌过程 。
序 号 1 2
3 材料 膨润土﹕水﹕硫化剂 配合比 1﹕2﹕0.015 坍落度 注入比 8 20%
膨润土﹕水﹕粉煤灰 ﹕硫化剂
膨润土﹕水﹕粉煤灰 ﹕硫化剂
1﹕5﹕2﹕0.015
1﹕5﹕2﹕0.015
9
>13
18%
14%
三、本文研究的主要内容
(1) 设计一套可以室内发泡的试验装置，并研究泡沫的 性质。
3、模型试验
设计一套简易试验装置，在土舱内和螺旋输
送机内分别安置两个土压力计，监测混合土体
在压力舱和螺旋输送机内压力的变化。
4、试验结果分析
4.1分析混合土体在不同添加剂情况下的坍落度，并 找到添加剂最佳注入量。做出坍落度随时间变化的
曲线图，研究泡沫的作用时间。
4.2 做出不同添加剂与混合土体搅拌扭矩的曲线关
系，分析得到添加剂最佳注入量。
4.3分析压力舱模型内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。
Leabharlann Baidu
五
研究进度及安排
文献阅读、试验设计、
2007年6月～2008年1月
形成论文基本思路 2008年1月～2008年6月 验、数据记录、整理 2008年6月～2008年9月 2008年9月～2009年3月 2009年3月～2009年5月
(2)由于砂卵石地层的特殊性，使用合适的添加剂(泥浆
和泡沫等)进行土体改良，通过坍落度试验和搅拌试
验评价混合土体的性能。
(3) 设计一套盾构机土舱模拟试验装置，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、试 验 方 案
1、坍落度试验
1.1 将砂卵石进行筛分试验，画出试样的颗粒级配 曲线。 1.2 做不同含水量的坍落度试验，试样的含水量分 别为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，得到能接近 盾构施工要求最佳的含水量。
a、小型搅拌试验
b、直接剪切试验 采用直剪仪，通过快剪试验研究泡沫对混合 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）乐贵平(2001)等报道了加泥式土压平衡盾构穿 越砂卵石地层的实例，指出成功施工的关键在于添加 了性能适宜的泥浆，并做了坍落度试验确定最佳的泥 浆配比。
试验材料准备、进行试
试验结果分析 论文撰写 论文修改
谢谢大家！
欢迎各位老师和同学多提宝贵意见！
力达到200Kpa时气泡仍然存在。 直剪试验中，泡沫混合砂表现出较小的剪切力，说 明泡沫能大大减小砂的内摩擦角。 渗透试验中，泡沫混合砂的渗透性数是饱和砂的十
分之一左右。
(3)意大利学者Raffaele Vinai(2007)等通过坍落度试 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：
b、渗透试验
测得混合土体的渗透
系数
c、坍落度试验
测得混合土体的流塑性
渗透试验
(2)牛津大学的Sotiris Psomas(2001)对粗砂和细砂 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、渗透性试验、压缩试验 和直剪
试验，得到了下列的结果：
压缩试验中，泡沫混合砂表现出高压缩性，在土压