0引言
近20年来,经过大规模的盾构工程技术应用和在各种地层中的盾构掘进实践,中国盾构经历了从国外引进到自主制造,再到出口国外的发展过程。盾构基本实现了国产化,并且出口到多个国家和地区,中国已成为盾构制造大国和盾构隧道大国。特别是2011年以来,中国致力于“造世界最好的盾构”,中国盾构技术从优秀到卓越并走向世界,实现了跨越式发展[1]。中国在盾构隧道建造技术上已经累积了大量的经验,且盾构隧道施工技术已趋于成熟。但即便如此,盾构核心部件及材料仍长期依赖进口,盾构掘进施工风险和安全仍存在不确定性,并时有工程事故发生,盾构隧道工程关键技术及装备核心部件仍有待进一步突破。
国家基础设施建设关系国计民生,若核心部件“受制于人”,纷杂的国际形势关系对应的供应国际关系会直接影响到一个产业的存亡。为保证盾构/掘进机产业链、供应链的安全,亟待开展隧道装备基础零部件、装备结构设计、材料的国产化研发,及盾构隧道关键核心技术的突破,从而提高隧道装备基础机械零部件的国产化水平,掌握关键零部件、材料、装备的制造、工艺及工业试验技术,从而助力盾构隧道工程的快速、安全、健康、高质量发展[2]。
本文从大直径盾构掘进主轴承事故分析及国产主轴承的自主研发、盾构隧道工程安全高效掘进渣土适配性改良技术及配套材料、盾尾安全保障核心材料研发、盾构隧道新型管片连接技术、城市隧道三模掘进机关键技术等5个方面,结合具体工程应用案例,介绍中国盾构核心部件、材料、关键技术及装备的最新进展情况及取得的创新科技成果,并与现有技术或进口同类产品进行性能、功能上的比较。希望通过本文的论述,为中国盾构隧道核心部件和材料国产化提供新思路,为盾构隧道关键技术及装备的突破提供新方向,从而推动中国盾构隧道关键技术、核心部件及材料尽快走出“受制于人”的困境。
1大直径盾构掘进主轴承事故分析及国产主轴承的自主研发
1.1研究背景
交通强国战略的积极推进,迫切需要建设超大直径盾构隧道工程。当前,超大直径(15m和16m)盾构已实现国产化,但其核心部件———主轴承却长期依赖进口,成为“卡脖子”难题,亟需打通自主设计研制的“最后一公里”。
1.2主轴承损坏失效事故分析
盾构主轴承的主要功能有:1)在盾构掘进过程中承受推力和转动扭矩力矩,并将其传递给刀盘,使得盾构能够向前推进;2)承受刀盘驱动系统的回转力矩(转矩),将其传递给刀盘使其进行破岩工作;3)联接刀盘和刀盘支撑并承受其重量。上述荷载会对主轴承套圈和滚子产生接触应力,接触疲劳会造成主轴承部件失效,即滚子和滚道表面剥落。
主轴承损坏失效主要分为2类:1)主轴承直接损坏;2)密封失效引起的主轴承损坏。
1.2.1主轴承直接损坏
主轴承直接损坏的形式有:1)润滑失效造成的主轴承疲劳;2)微动磨损造成的主轴承套圈破坏;3)安装不当或荷载过大造成的主轴承失效;4)接触疲劳造成的主要零件失效,即滚子和滚道表面剥落。如果加工精良,润滑良好,安装正确,无轴线偏移,无尘埃、水分和腐蚀介质的侵入,且载荷适中(转矩、推力),前3种损坏形式在正确设计和施工及正确选用盾构的前提下都是可以避免的。
造成主轴承损坏的不可避免的原因只有一个———接触疲劳。主轴承在运转过程中,由于接触表面应力的循环作用,滚动件与滚道接触应力区的材料超强度发生变化,金属、微粒从表面剥落,此时表面发生滚动接触疲劳,从而引起主轴承损坏。这种情况发生在主轴承直径偏小及推进距离过长的多个工程中,而降低接触应力水平、控制循环作用时间可有效避免和减缓接触疲劳。前者涉及主轴承直径,后者涉及盾构推进距离(时间),而后者又与前者正相关。为此,要想避免和减缓接触疲劳,需要增大主轴承直径,降低接触应力水平。
1.2.2密封失效引起的轴承损坏
驱动密封系统的作用有:1)阻止土舱渣土进入;2)冲洗和润滑作用。不同形式的主驱动密封系统虽有不同,但基本都由多道单唇密封、1道或多道双唇密封和迷宫密封组成,并在唇形密封间设置腔室且充满弹性材料。在密封腔中注入一定稠度的油脂,直到油脂沿缝隙溢出,迷宫密封有一定的曲折度,加长了油脂溢出通道,增大了溢出阻力,将泥水和渣土阻挡在外。其条件是土舱或者泥水舱的泥水压力小于油脂溢出阻力。
主驱动密封的失效机制为:1)油脂量不足,油脂溢出压力不足;2)水土压力过大,超过油脂阻力。前者的典型案例为广深港客运专线狮子洋隧道直径为11.182m的泥水盾构主轴承损坏事故。由于油脂注入不到位,在0.7MPa水压下,泥浆通过迷宫密封进入主轴承密封,主轴承滚子及滚道表面在夹杂硬质小颗粒后出现压痕;焊接刀盘时搭铁线未严格按标准放置,致使主轴承滚子和滚道面接触处有大电流通过产生电熔蚀坑,两者在重载作用下造成主轴承逐步损坏(主轴承直径为4800mm)。后者的典型案例为美国西雅图SR99隧道直径为17.45m的土压平衡盾构主轴承损坏事故。由于出现了结泥饼[3]、压力不均、局部土压力增大、刀盘处高温、油脂阻力减小等现象,土舱渣土颗粒进入主轴承内部,直接导致主轴承密封失效,在较短时间内主轴承发生严重损坏。丹麦大贝尔特海峡东通道直径为8.7m的土压盾构也出现过类似的事故[4]。
1.3大直径盾构主轴承的自主研发
中国盾构机用超大直径主轴承制造久而未决的主要原因在于:制造轴承的材料和大型滚子的加工精度不过关,全流程技术链条不贯通。近期,由中国科学院金属研究所牵头攻关的超大型盾构机用直径8.01m主轴承研制成功,标志着中国已掌握盾构主轴承的自主设计、材料制备、精密加工、安装调试和检测评价等集成技术,是中国关键科技自立自强的重大成果,对超大直径盾构隧道工程建设具有里程碑意义。该主轴承的直径为8.01m,质量达59.4t,设计使用寿命超1万h,可持续挖掘长度将超过10km,计划应用于直径16m级超大型盾构。直径8.01m的主轴承在运转过程中可承载的最大轴向力达105kN、径向力达104kN、倾覆力矩达105kN·m。
为保证主轴承的高承载能力和高可靠性,特别要求制造主轴承的轴承钢要高纯净、高均质、高强韧、高耐磨,同时对主轴承成套设计、加工精度、润滑油脂等都提出了很高的要求。经研究发现,在钢中添加微量稀土能够显著提高钢的韧塑性、耐磨性、耐热性、耐蚀性等。经过大量的试验、计算和表征,揭示出稀土在钢中的主要作用机制,并开发出“低氧稀土钢”关键技术。通过控制氧含量,制备出性能优越、稳定性好的低氧稀土钢,研制出的稀土轴承钢可使材料的拉压疲劳寿命提高40多倍,滚动接触疲劳寿命提升40%[5]。
1.3.1大直径盾构主轴承自主研发的主要关键技术
1.3.1.1高纯净、高均质制备保证了零部件(套圈及滚子)材料的疲劳性能超过进口水平
自主研制的主轴承大型套圈和大型滚子的纯净度、均质性和淬硬层深度均优于进口水平。大型套圈和大型滚子内部夹杂物面积分数不超过0.5‱,显著低于进口1.6‱的水平。大型套圈的拉压疲劳极限达到487.5MPa,较进口370MPa提升幅度超过100MPa;大型滚子心部到表面的硬度为59~59.5HRC,硬度均匀性≤±0.5HRC,明显优于进口±2.5HRC的水平;而且,大型滚子表面、1/2R和心部组织均为马氏体+碳化物,组织十分均匀。自主研制与进口主轴承大型套圈夹杂物面积百分比对比如表1所示,自主研制的主轴承大型套圈疲劳强度见图1,自主研制的主轴承大型滚子横断面硬度均匀性见图2,自主研制的主轴承大型滚子心部、1/2R和表面部位的扫描电镜显微组织照片见图3。
表 1 自主研制与进口主轴承大型套圈夹杂物面积百分比对比
图 1 自主研制的主轴承大型套圈疲劳强度
(a)
(b)
图 2 自主研制的主轴承大型滚子横断面硬度均匀性
1.3.1.2大淬深表面淬火技术保证了大型套圈足够的淬透性能和淬硬层深度
自主研制的主轴承套圈材料淬硬层深度最大可达19mm,远超过进口材料(12.5mm)。断面解剖结果显示,自主研制的主轴承主推套圈样件淬硬层深度为12~14mm,超过进口水平(11mm)。自主研制的主轴承套圈样件与进口(使用后)滚道面的淬硬层深度情况见图4。
图 4 自主研制的主轴承套圈样件与进口(使用后)滚道面的淬硬层深度情况(单位:mm)
1.3.1.3高性能铜钢复合保持架制备技术
为了提高刚度、减少变形、减轻摩擦、便于装配,自主研制的主轴承保持架采用了分段式铜钢复合保持架。研制过程中,突破了铜钢复合保持架设计与加工技术,开发了铜钢自动焊接工艺和检测评价方法。借助拉断试验和疲劳测试对比分析,表明自主研制的主轴承保持架焊缝拉断力最高为99kN、最低为64.8kN,进口的主轴承保持架焊缝拉断力最高为63.1kN、最低为25.5kN;最大加载为20kN时,自主研制的主轴承保持架焊缝疲劳寿命为110921周次,较进口的23081周次提升了3.8倍,优于进口水平,如表2和表3所示。
表2 自主研制及进口的主轴承保持架焊缝拉断力
表 3 自主研制及进口的主轴承保持架焊缝疲劳寿命
1.3.1.4大型滚子加工技术和高精度装配保证了零件尺寸精度及形位公差不出现微动磨损
1) 高精度大型滚子(G1级参数)[6]。
自主研制的ϕ120mm×120mm滚子达到了最高精度等级———G1级。具体参数为:直径规值≤1μm、端跳≤6μm、表面粗糙度≤0.1μm、圆度误差≤0.5μm(国内之前处于G2A级:直径规值≤1.5μm、端跳≤6μm、表面粗糙度≤0.16μm、圆度误差≤1.3突μm)。构建了真实对数曲线大型滚子设计方法,破了高精度大型滚子加工技术,处于国际先进水平。自主研制的ϕ8.01m主轴承G1级大型滚子实物与素线曲线见图5。
图 5 自主研制的 ϕ8. 01m 主轴承 G1 级大型滚子实物与素线曲线
2) 自主研制的ϕ8.01m主轴承成套装配参数。
游隙:径向0.25mm,轴向0.18mm。跳动:内圈轴向0.05mm,外圈轴向0.05mm;内圈径向0.18mm,外圈径向0.16mm,齿0.40mm。尺寸精度、形位公差、淬硬层深度等各项指标均满足设计要求。
1.3.2大直径盾构主轴承的评审和验收
经国家轴承质量检验检测中心检测、专家组现场考察和技术评审,并通过产品验收、装机应用论证和工程应用,表明应用该大直径主轴承不会产生接触疲劳强度不足和微动引起的疲劳磨损,可用于超大直径盾构隧道工程建设。中国盾构主轴承国产化后价格为进口的70%左右,为隧道工程缩短建设工期,节省建造费用,对国家供应链、产业链的安全可控具有重要意义。中国自主研制的超大型盾构机用直径8.01m主轴承见图6。
图 6 中国自主研制的超大型盾构机用直径 8. 01m 主轴承
2盾构隧道工程安全高效掘进渣土适配性改良技术及配套材料
盾构施工属于线性工程,穿越地层多样。为了提高盾构对不同地层的适应性,一方面从改变设备角度出发,国内众多厂家研发出二模、三模等多模盾构,让不同模式盾构适应不同地层条件;另一方面,从改变岩土体环境角度入手,如李树忱教授团队研发出适应黏土、砂土、卵砾石等地层的系列环保型渣土改良剂,使单一模式盾构满足不同地层的安全高效掘进,成功解决了泥饼、喷涌、磨损等工程难题并应用于工程实践,取得了令人关注的成果。
2.1研究背景
岩土体环境改良不到位易导致盾构结泥饼、喷涌和强磨损等难题,影响施工效率,诱发开挖面失稳、地层沉降、地表坍塌等工程灾害。复杂地层盾构渣土改良难题见图7。
图 7 复杂地层盾构渣土改良难题
复杂地层盾构掘进开挖土难以满足流塑性要求,需注入化学改良剂或黏土矿物对开挖土进行调控,调控过程称之为渣土改良,以满足不同模式盾构排渣要求,实现开挖面土压/泥水平衡,保障盾构安全掘进。渣土改良总体思路见图8。
盾构渣土改良剂最开始采用水和膨润土以及洗衣粉等,但其效果较差,应用范围有限。直到20世纪80年代日本率先采用泡沫剂作为渣土改良剂,单一泡沫剂对黏土、砂土等复杂地层改良达不到“流塑态”效果。目前渣土改良剂种类繁多,质量参差不齐,缺乏统一的质量检测标准。国外高性能盾构渣土改良剂产品主要成分为阴离子型表面活性剂,生物可降解性差。国内渣土改良剂原材料繁杂,部分含有1631、LAS、K12等有毒物质,改良剂性能不稳定,改良效果差,且易造成环境污染。为此,李树忱教授团队研选了生物可降解的渣土改良剂原材料,按照配向密度最大化原理,研发了以聚合物为主的高配向密度泡沫剂、抗黏剂等系列改良剂[7]。渣土改良剂发展历史见图9。
图 8 渣土改良总体思路
图 9 渣土改良剂发展历史
2.2土压平衡盾构黏性地层原位改良主动防控技术
盾构穿越黏性地层在温度压力作用下,刀盘和土舱内易形成坚硬的泥饼,导致转矩过大,掘进效率低下,只得采用停机带压开舱人工清理,甚至选用双氧水浸泡,开舱过程风险较高,影响开挖面稳定和地表安全。通过改善岩土体环境以提高盾构适应性,研制了具有高配向密度的泡沫剂和具有分散功能的抗黏剂,提出土压平衡盾构黏性地层原位改良主动防控技术,防止盾构穿越黏性地层生成泥饼,提高盾构安全高效掘进效率。
2.2.1理论研究
2.2.1.1配向密度理论
配向密度为表面活性剂分子在泡沫液膜处的分布密度,配向密度越高,泡沫稳定性越强。传统泡沫剂多由阳离子或阴离子等单一离子表面活性剂构成,离子间电荷互斥造成气液界面分子排列密度较低(见图10(a)),稳定性差。基于离子非离子偶联镶嵌协同增效理论,在阴离子表面活性剂的基础上增加非离子型表面活性剂,以提高泡沫剂整体的配向密度(见图10(b)),为高配向密度泡沫剂研发奠定了理论基础[8-10]。
图 10 配向密度理论[10]
2.2.1.2黏土分散机制
黏土颗粒通常带负电荷,通过引入阴离子分散剂增加黏土颗粒互斥力,在黏土表面形成一层静电稳定层,阻止颗粒凝聚成团(静电互斥原理);分散剂分子结构在黏土颗粒周围形成空间位阻(空间位阻效应),保持黏土颗粒的分散状态入表面活性剂亲水基团(见图11(a));通过引,吸附大量极性水分子,降低黏土颗粒与溶剂之间的界面张力,以增加颗粒表面水膜厚度(水膜增厚理论),降低黏土颗粒对金属的吸附性,实现黏土分散效果(见图11(b))[11-13]。
图 11 高分子抗黏剂分散原理
2.2.2材料研发
2.2.2.1高配向密度泡沫剂
基于配向密度理论,在阴离子表面活性剂中嵌入非离子型表面活性剂[14],研选了生物可降解的阴离子和非离子表面活性剂等原材料,发明了渣土改良用高配向密度泡沫剂,并开展了不同类型泡沫剂发泡倍率和半衰期试验(见图12)。结果表明:普通阴离子型泡沫剂的发泡倍率为5~15倍,半衰期为5~10min;高配向密度泡沫剂的发泡倍率为10~25倍,半衰期为11~13min,泡沫支撑力为40mN/m[15],显著提升了泡沫的发泡倍率和稳定性。2.2.2.2Ⅰ型抗黏剂(土压盾构用)基于静电互斥原理、空间位阻效应和水膜增厚理论,研选了生物可降解型分散剂等作为原材料,发明了Ⅰ型抗黏剂[16]。开展了动态黏附试验,建立了黏性地层土体黏附评价指标λ,见式(1)。对于塑性指数Ip=17.9的原状黏土,采用质量分数为1%的Ⅰ型抗黏剂,λ可降低60%以上(见图13(a)),采用“高配向密度泡沫剂+Ⅰ型抗黏剂”改良,λ最高可降低80%以上(见图13(b))。Ⅰ型抗黏剂可大幅降低土体黏性和堵塞风险,实现土压平衡盾构泥饼的主动防治。
式中:Tmax为刀盘最大转矩;D为刀盘直径。
图12 高配向密度泡沫剂与普通阴离子型泡沫剂性能对比
cf为泡沫剂稀释溶液中泡沫剂的质量分数。
图 13 Ⅰ型抗黏剂和高配向密度泡沫剂降黏效果
2.2.3土压平衡盾构原位改良主动防控技术
渣土改良试验结果表明“高配向密度泡沫剂+Ⅰ型抗黏剂”的改良效果优于单一改良剂,施工过程中建议采用两者混合后共同发泡注入,以达到技术可行、经济合理的目的。土压平衡盾构黏性地层原位改良工艺见图14。根据λ动态调控改良剂注入比,高配向密度泡沫剂质量分数为2.0%~3.0%,Ⅰ型抗黏剂质量分数为0.5%~1.0%,混合后稀释液的注入比控制在5.0%~7.0%,使黏土黏附评价指标λ降低至渣土“流塑态”要求范围。
图14 土压平衡盾构黏性地层原位改良主动防控工艺
2.2.4工程应用
长春地铁某盾构区间隧道采用直径为6.2m的土压平衡盾构施工,穿越强风化泥岩地层,始发段结泥饼严重。采用“高配向密度泡沫剂+Ⅰ型抗黏剂”的改良方案,泡沫剂质量分数为3.0%,Ⅰ型抗黏剂质量分数为1.0%,混合后稀释液的平均注入比为5%,泡沫剂平均用量为120kg/环,抗黏剂平均用量为40kg/环。改良前后出渣效果见图15(a)和图15(b),彻底解决了结泥饼难题,使掘进效率提高3倍,平均转矩降低38%(见图15(c)),直至隧道贯通也未出现结泥饼问题。
2.3泥水平衡盾构黏性地层原位改良主动防控技术[8,11]
泥水平衡盾构穿越黏性地层更易出现结泥饼的问题,与土压平衡盾构不同,泥水平衡盾构需要大量泥浆建立开挖面泥膜和外携切削渣土。改良剂作为辅助材料注入泥浆中使用,既要达到降低黏土黏性,又要保障泥浆的稳定性和泥水处理装置的正常性。为此,研发了具有黏土分散功能、保障泥浆性能且不发泡的抗黏剂,并提出泥水平衡盾构黏性地层原位改良主动防控技术,防止泥水平衡盾构穿越黏性地层生成泥饼,避免停机开舱,以提高掘进效率。
图 15 长春地铁某盾构区间隧道渣土改良应用效果
2.3.1材料研发
基于电荷互斥与聚合功能多元化理论,研选了强效分散剂、泥浆增稠剂和泥浆稳定剂等原材料,制备了对泥浆性能和泥水处理装置无影响的不发泡Ⅱ型抗黏剂(泥水盾构用)[16]。选用土体塑性指数Ip为36、液性指数IL为0.8的土样,开展了黏土黏附性与泥浆性能评价试验。结果表明:采用质量分数为2%的Ⅱ型抗黏剂,黏土经验黏附系数降低95%以上,大幅降低了黏附特性;Ⅱ型抗黏剂具有改善泥浆黏度、稳定性及成膜致密性的作用,优化了泥浆性能(见图16),并提出Ⅱ型抗黏剂的添加量控制标准,如表4所示。
图 16 泥浆性能评价试验
表 4 Ⅱ型抗黏剂的添加量控制标准
2.3.2泥水平衡盾构黏性地层原位改良主动防控
技术泥水平衡盾构黏性地层原位改良主动防控工艺见图17。通过马氏漏斗对泥浆沉淀池泥浆实时监测黏度,采用比重计实时测定泥浆相对体积质量。当泥浆黏度超过40Pa·s、相对体积质量超过1.2时,按照质量分数为1%~2%在调浆池中注入Ⅱ型抗黏剂,调节泥浆黏度小于30Pa·s、相对体积质量小于1.1,实现泥水平衡盾构泥饼主动防控。
图 17 泥水盾构黏性地层原位改良主动防控工艺
2.3.3工程应用
安徽某越江盾构隧道采用直径为15m的超大直径泥水盾构施工,穿越淤泥质粉质黏土和粉质黏土地层,土体塑性指数Ip为36、液性指数IL为0.8,地层黏性极高,盾构结泥饼严重,平均每2环带压开舱1次。结合现场沉淀池黏度监测结果,在调浆池中注入质量分数为2%的Ⅱ型抗黏剂,平均每6环加注1次,从而使盾构正常掘进。
2.4土压盾构富水地层原位改良喷涌主动防控技术
土压平衡盾构穿越强渗透富水砂性地层和富水裂隙带等强透水地层时,易发生喷涌导致土舱压力波动,严重时造成开挖面失稳,威胁施工安全。常采用粉状聚合物或膨润土进行改良,但改良效果差,无法抑制喷涌。通过向富水地层注入膨润土补充缺失的细粒成分,研发了液态高分子聚合物使其与膨润土发生聚合反应,提出富水地层原位改良喷涌主动防控技术,以达到渣土“流塑态”的改良效果,保障盾构安全掘进。
2.4.1理论研究
富水砂性地层土颗粒间黏聚力小、结构松散、透水性强,盾构排渣过程水头压力非均匀递减,易在土颗粒间隙形成优势流动通道,导致喷涌(见图18)。通过引入高分子聚合物亲水基团,吸附大量水分子,聚合物主链和支链团聚不同粒径的土颗粒,提高改良土的黏聚力并降低渗透性,实现喷涌防治(见图19)[7,17-18]。
图 18 喷涌防治机制
图 19 喷涌防止剂改良机制
2.4.2材料研发
基于高分子聚合物对土颗粒聚合的原理,研发了喷涌防止剂[19]。选用渗透系数为1.5×10-3m/s的砂性土,开展改良土直剪试验和渗透性试验。试验结果表明,质量分数为4%的喷涌防止剂和质量分数为20%的膨润土发生聚合反应,可大幅提升砂性土黏聚力和内摩擦角[20],使渗透系数降低2个数量级(见图20),阻隔优势流动通道,实现改良土的“流塑态”调控,避免喷涌现象的发生。
图 20 改良砂性土物理力学参数
2.4.3富水地层喷涌原位改良主动防控技术
对于含黏粒组分地层,改良方案为:泡沫剂稀释液质量分数为2%~3%,注入比为1%~4%,喷涌防止剂稀释液质量分数为0.2%~1%,注入比为1%~10%;对于黏粒组分缺失地层,改良方案为:在上述基础上增加膨润土,质量分数为15%~25%,注入比为10%~20%。喷涌防止剂可与泡沫剂混合通过发泡系统注入,也可增设单独管路定量化注入,具体注入工艺见图21。
图 21 富水地层喷涌原位改良主动防控工艺
2.4.4工程应用
济南地铁某区间隧道采用直径为6.68m的土压平衡盾构施工,穿越中风化石灰岩和岩溶地层,掘进断面最大水压为0.15MPa,地层渗透系数为1.0×10-4m/s,盾构喷涌频发。采用“泡沫剂+喷涌防止剂”的改良方案,泡沫剂质量分数为2.0%,喷涌防止剂质量分数为0.8%,混合后稀释液平均注入比为4%。改良前后出渣效果见图22(a)和图22(b),掘进参数对比见图22(c),解决了现场喷涌难题,使掘进效率提高2倍,直至隧道贯通未出现喷涌问题。
图 22 济南地铁某盾构隧道渣土改良效果对比
2.5硬岩地层盾构/TBM原位改良刀具磨损主动防
控技术盾构/TBM在砂卵石/花岗岩等硬岩地层掘进时,切削岩粉堵塞刀舱,使刀具发生偏磨,需频繁开舱人工换刀,风险较高。常采用注水降温减磨,导致渣土过稀,排渣不畅,改良效果较差。为此,研发了具有分散、润滑、降温、捕尘功能的耐磨抑尘剂,提出了硬岩地层盾构/TBM原位改良刀具磨损主动防控技术,从而延长盾构/TBM刀具使用寿命,降低施工成本,提高施工效率。
2.5.1材料研发
基于刀具磨耗和破坏机制,研选了润滑剂、分散剂和表面活性剂等环保型原材料,研发了耐磨抑尘剂(见图23)[21]。选用磨耗系数CAI值为3.5的岩样,开展了缩尺滚刀磨耗试验。结果表明,在30min刀具磨耗过程中,质量分数为2.5%的耐磨抑尘剂能够使刀具温度控制在47℃以下(见图24),刀具磨耗质量控制在43mg以下(见图25)。
图23 耐磨抑尘剂研发机制
图24 刀具温度变化规律
图 25 刀具磨耗质量变化规律
2.5.2硬岩地层原位改良刀具磨损主动防控技术
根据盾构/TBM开挖直径选择耐磨抑尘剂注射口数量(见表5),实现耐磨抑尘剂对刀盘盘面的全覆盖。根据岩土体磨耗系数(CAI)选择耐磨抑尘剂注入比(见图26),耐磨抑尘剂质量分数小于5%,稀释液注入比控制在2.5%~6.5%[22]。
表 5 耐磨抑尘剂注射口数量[23]
图 26 耐磨抑尘剂稀释液注入比与磨损系数 CAI 的关系
2.5.3工程应用
青岛地铁某区间隧道采用直径为6.8m的TBM施工,穿越花岗岩地层,破岩过程粉尘质量分数过大,刀具偏磨严重。现场采用质量分数为2.5%的耐磨抑尘剂改良,注入比控制在2.5%~6.0%,改良后使TBM主控室粉尘质量浓度降至2mg/m3以下,单把刀具服役寿命提高30%。
2.6通用地层适配性盾构渣土动态改良技术体系
盾构穿越黏性地层、富水地层及硬岩地层等复杂地层时,面临刀盘结泥饼、喷涌和刀具磨损等工程难题,施工效率低下,开舱过程安全难以保障。目前现场渣土改良多以经验为主,改良材料单一匮乏,无法适应不同地层改良。从改变岩土体环境角度入手,建立通用地层渣土改良“流塑性”评价指标,采用高配向密度泡沫剂、高分子抗黏剂、喷涌防止剂和耐磨抑尘剂等材料,使盾构切削下来的渣土达到“流塑态”指标要求,提出通用地层适配性盾构渣土动态改良技术体系(见图27)。该技术体系可避免传统改良材料单一、凭经验注入的局限性,大幅提升单一盾构模式地层适应性,满足不同地层的安全高效掘进[24]。
图27 通用地层适配性盾构渣土动态改良技术体系
3盾尾安全保障核心材料研发[22,25]
目前,盾构正朝着超大直径、超高水压、超长距离的趋势发展,环境地质与施工条件的复杂性使得盾构施工安全面临挑战,其中,盾尾密封系统是保障盾尾安全的关键。盾尾安全保障系统包括盾尾密封系统和同步注浆系统2部分(见图28)。
图 28 盾尾安全保障系统结构示意图
3.1盾尾密封核心材料研发
盾尾密封系统作为“两硬(盾壳、管片)夹两软(尾刷、油脂)”的最薄弱接合点,主要依靠密封油脂和盾尾刷形成的高耐压屏障实现密封。一旦盾构密封失效,会造成注浆压力不足、地层损失、地表沉降加大等危害,严重时甚至会引起隧道坍塌等重大安全事故。盾尾密封油脂是保障盾尾密封性的关键核心材料,普通盾尾密封油脂泵送性差、抗水压能力弱、环境温度敏感性高,难以满足高水压、高温差等复杂环境工程建设需要。针对盾尾密封面临的难题,研发了受环境温度影响小、可泵性强的“黏-稠-流”有机统一的高性能盾尾密封油脂,实现了高水压地层盾构隧道安全掘进。
3.1.1理论研究
开展了盾尾密封失效全过程数值模拟,揭示了盾尾密封击穿过程水土及浆液渗流演化规律(见图29),得到盾尾密封失效临界阈值,提出了盾尾密封油脂参数指标,为新型盾尾密封油脂研发奠定了理论基础。
图 29 盾尾密封失效数值模拟
3.1.2材料研发
普通盾尾密封油脂见图30(a),基于盾尾密封油脂参数指标,研发了新型盾尾密封油脂(见图30(b))[26],最大抗水压达3.5MPa,黏温系数为0.4,与国际知名品牌相比整体性能提高1.3倍(见图30(c)),满足高水压、高温差等复杂环境盾构安全施工要求。新研发的盾尾密封油脂黏温系数为0.4,其黏度随温度变化幅度较小,能够适应高低温环境盾构施工,达到了“黏、稠、流”3个性能的有机统一。该新型盾尾密封油脂的研发打破了国外对高性能盾尾密封油脂合成技术的封锁。
图30 新型盾尾密封油脂与普通油脂性能对比
3.1.3工程应用
广西某大直径盾构隧道采用直径为12.86m的泥水平衡盾构施工,地下水压达0.3MPa。现场应用新型盾尾密封油脂,平均用量为102kg/环,平均压降0.11MPa(见图31),泵送性>20g/min,各项指标均优于国外知名品牌,实现了盾尾密封油脂技术的突破。
图 31 新型盾尾密封油脂现场试验
3.2同步注浆核心材料研发[25]
盾构掘进过程管片与土体之间存在一定的间隙,所引起的沉降占总沉降量的20%~40%,施工过程需及时开展同步注浆,减小地层收敛变形,控制地表沉降。现有的同步注浆浆液和易性差,易离析、泌水,导致同步注浆管路堵塞和充填不密实,造成地表沉降超限和管片错台(见图32)。为此,研发了同步注浆充填剂,优化了同步注浆浆液配比,实现了管片壁后惰性充填和地表沉降精细化控制。
图 32 同步注浆工程问题
3.2.1理论研究
为了提高同步注浆浆液的抗离析、抗分层和抗泌水等性能,通过引入高分子亲水基材料,实现同步注浆各组分间阴阳离子桥接、保水和缠绕,以改善浆液的和易性,其作用机制见图33[27]。
图 33 同步注浆充填剂作用机制
3.2.2材料研发
基于同步注浆充填剂作用机制,研发了同步注浆充填剂,开展了水泥单液浆泌水率、锥入度和扩展度试验。未添加充填剂时,浆液5min出现明显泌水,添加质量分数为1.2%的充填剂时,浆液30min泌水率小于2%,具有良好的和易性和流动性。同步注浆泌水率、流动性试验结果分别见图34和图35。
图 34 同步注浆泌水率试验结果
图 35 同步注浆流动性试验结果
3.2.3工程应用
长春地铁某盾构区间地下水丰富,盾构直径为6.28m,管片外径为6m。盾构下穿石油管线、高压线塔和既有建筑物等多个风险源,下穿过程中需要保证注浆效果,严格控制地表沉降。原配比浆液和易性差,且冬季低温环境易发生堵管现象。因此,开展了浆液配比优化研究,在同步注浆单液浆中加入0.1%同步注浆充填剂,提高了浆液的和易性,减小了泌水率,且降低了水泥用量(见表6),将隧道最大沉降控制在10mm以内。
4盾构隧道新型管片连接技术
4.1国内主要管片连接形式
装配式管片作为隧道衬砌结构,在管片厂预制而成,依靠盾构及拼装设备在隧道内拼装成衬砌环,管片接缝采用连接件进行连接。目前国内盾构隧道普遍采用螺栓作为连接件,如早期上海地铁1号线所使用的短直螺栓和长直螺栓,宁波地铁、深圳地铁、杭州地铁等国内多数地铁盾构隧道基本采用弯螺栓连接,上海打浦路隧道采用一弯一直的组合螺栓等。国内盾构隧道项目管片外径及螺栓形式如表7所示。
表 7 国内盾构隧道项目管片外径及螺栓形
4.2螺栓连接的优缺点分析
螺栓连接的优点主要表现在技术成熟,工艺简单。其缺点主要表现为:结构刚度低,接缝变形控制难度大;人工劳动强度大,机械化程度低;由于存在螺栓孔,管片防水体系受到影响。
4.3开发新型管片连接技术的意义
4.3.1管片控制接缝张开量与错台控制量的需要
盾构法隧道考虑水土压力作用影响一般按承压结构设计,因此,面临着如何控制接缝变形量(张开量、错台量)的问题,以提升成型隧道的拼装质量,保证管片止水条安装精度,提高结构防水能力。
1) 大直径/超大直径盾构:管片厚度基本在550mm以上,目前已研发了分布式凹凸榫,经过南京五桥夹江隧道的探索与实践,在南京和燕路隧道呈现出非常不错的效果。
2)中小直径盾构:管片厚度在450mm以下,由于设置分布式凹凸榫难度较大,如何克服施工中的力学环境、精细化控制接缝变形量是一项技术挑战。目前,地铁行业普遍控制效果不理想。
4.3.2盾构隧道智能化建造技术进步的需要
目前交通行业面临着智能化建造的转型升级压力,隧道行业特别是盾构隧道行业转型升级进展较慢,虽然机械化程度较高,但需要配套的人工作业量较大,如在管片拼装、紧固作业环节,特别是螺栓的安装工艺尚无法实现全机械化和自动化作业,需要采取新型接头方式的变革,才可实现隧道内少人化或减人化施工,促进盾构隧道行业向自动化及智能化方向发展。
4.4承插式新型管片连接技术的原理
承插式新型管片接头采用纵缝(块间、环向)锥型连接件接头、环缝(环间、纵向)螺纹+倒刺型连接件接头的形式,见图36。管片纵缝连接采用类CT型锥型连接器接头,采用公接头与母接头楔块连接的方式来代替一般的螺栓连接。该类型接头抗弯、抗剪强度大,连接便利,无需设置手孔,能提高接头的刚度,减少手孔等位置混凝土局部受损的概率。在管片环缝连接方面,以楔入摩擦混合型连接件为基础,改良设计了螺纹+倒刺型连接件。在管片环缝面中预埋带螺纹构件,拼装下一环时,只要把接头杆件通过螺纹插入就可连接。杆件一边压入,扩开带螺纹预埋件内部的螺纹,到位后螺纹反弹至空隙处,通过“倒刺”紧密咬合[28]。
图 36 新型管片接头环、纵缝连接件示意与实物图
4.5承插式新型管片连接技术的应用
承插式新型管片连接技术在国外尤其在日本盾构隧道中有着较为广泛的应用和研究,日本的盾构隧道工程有80%都采用了新型管片接头,著名的隧道项目有东京外环隧道(直径16m)、东京湾海底隧道、名古屋伊势湾煤气隧道、首都圈外环分洪渠工程[29]。然而,该新型管片连接技术在国内的应用并不多。目前,该新型管片连接技术在南京江心洲污水收集系统工程夹江盾构工程和上海地铁18号线进行了试验性实施,结果表明施工质量控制良好,成型隧道干净整洁,无渗漏水现象,错台、环纵缝张开量、环面平整度、收敛变形等指标均优于传统拼装成型隧道,实现了无人连接作业。
4.6承插式新型管片连接技术的优缺点分析
4.6.1新型管片连接技术的优点
1)管片制作及拼装精度高,接缝张开量、错台量小,成型隧道质量好。错台量控制在3mm之内,管片环缝张开量最大为0.8mm,纵缝张开量最大为0.4mm,最大椭圆度为2.3‰;接缝张开量和错台量小,仅相当于螺栓连接的1/5~1/3,拼装质量好。纵、环缝张开量统计见图37和图38,成型隧道椭圆度统计见图39,成型隧道错台量统计见图40。
图 37 纵缝张开量统计
图 38 环缝张开量统计
图39 成型隧道椭圆度统计
图 40 成型隧道错台量统计
2) 取消了螺栓孔、手孔设置,增强内实外美效果。无螺栓孔、手孔设置,大大降低了渗漏水引发的工作环境恶化、重大灾害及事故发生的风险;增强了成型隧道的结构刚度,外表美观,质量优良,降低了运营维护成本;避免了运营期在隧道内进行螺栓复紧、螺栓防腐处理等养护作业,大大降低了运维成本及难度。
3) 自动化程度高,无人工紧固作业,施工工效高,节约工程成本及改善作业环境。管片拼装同时实现连接,省去人工安装、复紧螺栓的工序,同时无螺栓孔的设计节省了手孔封堵的成本,保证了管片的整体性效果;管片成型质量较好,结合传统工程经验,可减少二次注浆开孔和二次注浆工程费用;机械化程度高,能减少拼装过程中的人力投入,可改善洞内拼装作业环境,为实现拼装自动化提供了技术保障。采用承插式新型管片连接技术在南京江心洲污水收集系统工程夹江盾构段的成型隧道效果见图41。
图 41 采用承插式新型管片连接技术的成型隧道效果
4.6.2新型管片连接技术的缺点
管片生产过程中连接件预埋控制精度要求高;为了防止刚性结构连接引起的应力集中难题,需要严格控制成型隧道管片的抗浮量;对新型连接件的加工精度要求高。
5城市隧道三模掘进机关键技术
5.1研究背景与科研思路
不同地质条件的隧道施工需要采用不用类型的隧道掘进机。目前市面上的隧道掘进机主要分为单一模式和双模式2大类。顾名思义,单一模式隧道掘进机就是只有1种模式,比如泥水(直排式、气垫式)盾构、土压平衡盾构、TBM(敞开式、护盾式)等,而双模式隧道掘进机常见的主要有泥水+土压双模式、土压+TBM双模式、泥水+TBM双模式等。在盾构施工过程中,部分城市地表复杂,地质软硬不均,隧道需穿越残积土层、全、强、中、微风化花岗岩等地层。若采用单一模式或双模式隧道掘进机施工,难以适应花岗岩分布区复杂多变的地质条件,而兼具土压平衡、泥水平衡、TBM3种掘进模式的掘进机,可以打破单一模式掘进机的局限性,从而提高其对多变地质条件、复杂周边环境等工况的适应性。单一模式隧道掘进机的缺点分析如表8所示,双模式隧道掘进机的缺点分析如表9所示。
表8 单一模式隧道掘进机的缺点分析
表9 双模式隧道掘进机的缺点分析
2018年,在中国广州举办的“盾构国际会议”上第一次正式提出三模掘进机或多模掘进机的概念。三模掘进机在继承双模掘进机平衡能力、排渣能力的基础上兼具TBM的掘进优势:通过强化盾构结构、优化刀盘刀具及驱动系统,实现具有TBM刀盘的破岩能力和防盾体旋转的能力;通过优化出渣系统及方式,配合刀盘破岩能力,实现全断面硬岩地层快速掘进。
5.2三模掘进机的工作原理及模式转换
与常规掘进机相比,三模掘进机同时设置了土压模式的出土设备(螺旋输送机和皮带输送机)、泥水模式的泥浆循环系统和满足TBM掘进模式的刀盘及驱动系统,其工作原理如下。
1) 土压模式。当开挖面地质是以黏性土层为主的复合地层,且地面环境比较简单时,采用土压模式掘进。土压模式通过土舱内渣土压力或气压来平衡开挖面水土压力,切削下来的渣土通过螺旋输送机+皮带机排出。此时,泥浆循环系统停止工作,刀具可根据地层情况采用刮刀和滚刀相配合的形式,刀盘采用低转速旋转。土压模式工作原理见图42。
图 42 土压模式工作原理
2)泥水模式。当开挖面地质为砂性地层且地下水比较丰富或上砂下岩复合地层及地面沉降控制要求高或极高的地段(如过高铁线路、运营地铁线及浅基础建构筑物等情况)时,可采用泥水模式掘进。掘进机通过进浆管道向泥水舱内注入泥浆来平衡开挖面水土压力,待压力取得平衡后,采用进浆管道与底部排浆管道循环输送泥浆的方式来输送渣土。此时,螺旋输送机+皮带机排渣通道停止作业,螺旋输送机闸门关闭。刀具可根据地层情况采用刮刀和滚刀相配合的形式,刀盘采用低转速旋转。泥水模式工作原理见图43。
图 43 泥水模式工作原理
3）TBM模式。
当地层为全断面硬岩时,采用TBM模式掘进,通过泥浆循环或螺旋输送机出渣。此时开挖面较稳定,泥水舱内无需建立压力来平衡掌子面,可同时启动螺旋输送机与泥浆循环共同排渣,提高出渣效率,降低泥浆管路被大粒径岩块堵塞的可能性。TBM模式下,刀具全部更换为滚刀,刀盘采用高转速旋转。TBM模式工作原理见图44。
图 44 TBM 模式工作原理
泥水模式转土压模式、土压模式转TBM模式、泥水模式转TBM模式的转换流程见图45。
图 45 三模掘进机模式转换流程[30]
5.3三模掘进机的应用
广州地铁7号线二期萝岗站—水西站区间位于广州市黄埔区,区间长度为1086m。隧道穿越残积土层及全、强、中、微风化花岗岩层,全断面硬岩占76%(平均抗压强度大于92.82MPa,最大抗压强度达147MPa),上软下硬段占24%,球状风化体发育(揭露率约40.5%)。隧道埋深大(19~73m),最大静水压力约0.5MPa,周边重要建筑物多,下穿有轨电车轨道、区政府楼、院士楼等,隧道施工中面临长距离硬岩高效掘进难、富水复合地层风险管控难、城市复杂环境下工程精准控制难等3大工程难题。广州地铁7号线二期萝岗站—水西站区间地质纵断面见图46。
图 46 广州地铁 7 号线二期萝岗站—水西站区间地质纵断面图
隧道采用1台直径为6280mm的三模掘进机施工,该掘进机集成了土压平衡盾构、泥水平衡盾构、硬岩单护盾TBM的设计理念与功能,具备螺旋输送机出渣和泥浆管道出渣2种出渣方式。广州地铁7号线二期萝岗站—水西站区间三模掘进机主要技术指标如表10所示。
表 10 广州地铁 7 号线二期萝岗站—水西站区间三模掘进机主要技术指标
三模掘进机于2021年5月18日自萝岗站始发,历经235d,安全平稳地穿越软土层、上软下硬地层及全断面硬岩地层,于2022年1月8日顺利到达水西站接收。经维修保养后,三模掘进机又于2022年2月15日在萝岗站二次始发,于2022年9月16日到达广州地铁7号线二期水西站。据统计,三模掘进机软土段平均进度为4.2环/d,全断面硬岩段平均进度为6.2环/d,最高日掘进13环,表现良好。整个掘进过程中地面沉降小,管片无渗漏、无破损,隧道线形平顺,观感良好。
与传统掘进机相比,三模掘进机能够满足所有地层的掘进施工,且研发了掘进模式快速转换功能,过程中无需拆装设备,实现了不停机模式转换,保障了操作人员的安全;发明了TBM掘进模式下螺旋输送机+泥浆管道协同排渣功能,解决了富水硬岩地层掘进排渣难的问题;机械化和智能化程度高,施工安全可靠,效率高,可改善工人作业环境,节省工期和成本。三模掘进机的成功应用极大地拓宽了盾构工法的地质适应性,同时促进了国产掘进机行业的进一步发展。三模掘进机荣获2023年第九届国际隧道与地下空间协会(ITA)“年度产品/设备创新奖”。三模掘进机实物见图47。
图 47 三模掘进机实物
5.4三模掘进机技术创新
在三模掘进机的科研及施工中以问题为导向,以工程现场为主试验平台,采用产、学、研、用相结合,多专业融合创新,边实践、边研究、边总结的研究思路,针对长距离硬岩高效掘进难、富水复合地层风险管控难、城市复杂环境下工程精准控制难等3大工程难题,取得三模掘进机高效掘进技术、频变地质工况下三模掘进机安全管控技术、模式选择评价及精细化控制技术3大创新,并形成9项关键技术,其中6项为首创,成功地解决了6m级掘进机在有限空间内多种模式高度集成、硬岩掘进主工况多模刀盘可靠性提升、硬岩冲击载荷主工况刀箱及刀具紧固可靠性不足、大埋深隧道突泥突水及高水压掘进风险控制等难题,技术成果被鉴定为国际领先水平。三模掘进机技术创新见图48。
图 48 三模掘进机技术创新
6结语
本文从大直径盾构掘进主轴承事故分析及国产主轴承的自主研发、盾构隧道工程安全高效掘进渣土适配性改良技术及配套材料、盾尾安全保障核心材料研发、盾构隧道新型管片连接技术、城市隧道三模掘进机关键技术等5个方面,介绍中国盾构隧道技术的最新进展情况,并与现有技术或进口同类产品进行比较,认为在上述方面中国盾构隧道工程技术已达到国际领先水平。
中国盾构隧道建设取得的巨大成就,推动了中国乃至世界盾构隧道技术的发展和进步,但仍时有安全事故发生,需从装备、材料、技术、管理等方面进一步研究和突破。在今后较长的时间内,中国盾构隧道(尤其是大直径盾构隧道)仍将处于高速建设发展期,面临的建设条件将越来越复杂,技术难度和挑战也将越来越大。要实现盾构隧道建设的快速、安全、健康,需处理好盾构隧道技术领域的关键问题,实现盾构隧道关键核心技术的突破。上述关键新技术仍需不断完善并加强推广和应用,以促进中国盾构隧道建设向高适应性、高智能、高可靠性、高效益、高质量、高安全性和低能耗方向发展,形成适合于中国“土壤”的盾构隧道新技术。
参考文献(References):
[1] 代洪波, 季玉国. 我国大直径盾构隧道数据统计及综合 技术现状与展望[ J]. 隧道建设( 中英文), 2023, 43 (5): 757.
[2] 李建斌. 我国掘进机研制现状、问题和展望[J]. 隧道建 设(中英文), 2021, 41(6): 877.
[3] 竺维彬, 鞠世健, 王晖, 等. 复合地层中的盾构施工技术(新版)[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2020.
[4] 钱七虎, 陈健. 大直径盾构掘进风险分析及对特大直径 盾构挑战的思考[ J]. 隧道建设( 中英文), 2021, 41 (2): 157.
[5] 中国科学院金属研究所. 我国首台套盾构机用超大直径 主轴承研制成功[EB/ OL]. ( 2022- 12- 15) [ 2023- 11- 25]. http: / / www. imr. cas. cn.
[6] 中国金属学会. 科技新进展: 盾构机主轴承高精度大型 圆柱滚 子 加 工 制 造 技 术 [ EB/ OL]. ( 2022 - 12 - 15) [2023- 10 - 20]. http: / / www. csm. org. cn / col / col6317 /art / 2023 / art_1047fb98 2a314213a4d5552e3d3050bd. html.
[7] 万泽恩. 富水无黏性地层盾构喷涌防治机理与渣土运移 规律研究[D]. 济南: 山东大学, 2022.
[8] WAN Zeen, LI Shuchen, YUAN Chao, et al. Soil conditioning for EPB shield tunneling in silty clay and weathered mudstone [ J ]. International Journal of Geomechanics, 2021, 21(9): 06021020.
[9] 赵世森, 李树忱, 王鹏程, 等. 土压平衡盾构渣土改良 泡沫半衰期细观测定方法[J]. 中国公路学报, 2022, 35 (4): 195.
[10] LI Shuchen, WAN Zeen, ZHAO Shisen, et al. Soil conditioning tests on sandy soil for earth pressure balance shield tunneling and field applications[ J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2022, 120(2): 104271.
[11] ZHAO Shisen, LI Shuchen, WAN Zeen, et al. Dispersant for reducing mud cakes of slurry shield tunnel boring machine in sticky ground [ J ]. Advances in Materials Science and Engineering, 2021: 5524489.
[12] ZHAO Shisen, LI Shuchen, WAN Zeen, et al. Effects of anti-clay agents on bubble size distribution and stability of aqueous foam under pressure for earth pressure balance shield tunneling [ J ]. Colloid and Interface Science Communications, 2021, 42: 100424.
[13] 刘祥坤. 黏性地层土压平衡盾构刀盘黏附试验及渣土 改良机理研究[D]. 济南: 山东大学, 2023.
[14] 李 树 忱, 梁 忠 南, 王 涛, 等. 一 种 渣 土 改 良 剂: CN110129069B[P]. 2020-07-21
[15] 李树忱, 王鹏程, 赵世森, 等. 一种泡沫发泡倍率及半 衰期 测 量 系 统 及 方 法: CN107063913B [ P ]. 2020 - 05-22.
[16] 李树忱, 万泽恩, 袁超, 等. 一种黏土地层盾构渣土改 良用抗粘剂及其制备方法与应用: CN111485889B[P]. 2021-04-02.
[17] 万泽恩, 李树忱, 赵世森, 等. 富水砂性地层盾构渣土 改良试验与喷涌防治技术[ J]. 土木工程学报, 2022, 55(3): 83.
[18] 支斌. 富水砂层土压平衡盾构喷涌机理与渣土运移规 律研究[D]. 济南: 山东大学, 2021.
[19] 李树忱, 段壮, 袁超, 等. 一种富水砂卵地层盾构渣土 改良外加剂及其制备方法: CN111663948B[P]. 2021- 06-15.
[20] 支斌, 李树忱, 朱颖, 等. 土压平衡盾构螺旋输送机渣 土运移 及 参 数 影 响 [ J]. 应 用 力 学 学 报, 2023, 40 (1): 107.
[21] 李树忱, 王修伟, 周慧颖, 等. 一种耐磨抑尘剂及其制 备方法与应用: CN111394063B[P]. 2021-04-02.
[22] 李树忱, 万泽恩, 商金华, 等. 盾构/ TBM 渣土改良与 盾尾密封技术研究进展[ J]. 隧道与地下工程灾害防 治, 2019(4): 33.
[23] 邱健, 李树忱, 王修伟, 等. TBM 绿色施工耐磨抑尘系统研 发 与 应 用 [ J ]. 现 代 制 造 技 术 与 装 备, 2019 (10): 18.
[24] 赵世森. 土压平衡盾构泡沫改良土宏细观力学试验与 数值模拟研究[D]. 济南: 山东大学, 2022.
[25] 万泽恩, 李树忱, 赵一民, 等. 富水地层盾构隧道同步 注浆惰性充填材料配比与试验研究[ J]. 土木工程学 报, 2021, 54(7): 123.
[26] 李树忱, 王鹏程, 戴洪伟, 等. 一种盾构机的盾尾密封 油脂及其制备方法与应用: CN106906026B[P]. 2019- 11-15.
[27] 李树忱, 万泽恩, 梁娜, 等. 一种盾构高性能同步注浆 改性剂 及 其 制 备 方 法 与 应 用: CN107459281B [ P ]. 2019-09-24.
[28] 毕湘利, 柳献, 李文勇, 等. 盾构法地铁隧道管片新型 连接件技术应用研究[ J]. 城市轨道交通研究, 2020 (7): 1.
[29] 小泉淳. セグメントの新技術[M]. 东京: 土木工学 社, 2000.
[30] 郭俊平, 马经哲, 汤勇茂, 等. 三模式掘进机选型及模式 转换技术研究: 以广州市地铁七号线为例[J]. 隧道建设 (中英文), 2024, 44(3): 586.