文献综述
随着我国经济高速发展，人口的急剧增加，现有的地面交通俨然不能满足我国人民群众的出行要求，因此进一步增加地下交通运输规模势在必行。盾构工法凭借较其安全稳定的特性，被广泛应用于隧道、管廊等，而在富水富黏土地层中，盾构机刀盘表面容易形成包泥包浆，导致开挖面增加、刀盘扭矩增大等问题，进而导致工期拖延，处理成本增加。而切向黏附力的研究，有助于更好地理解黏土与金属间黏附作用机理，因此如果能够通过电渗法和直剪试验解决盾构机刀盘和刀具泥浆包裹等问题，可以大大提高工作效率，减少处置成本，缩短工期。
关键词：盾构；刀盘；电渗；
- 理论概念研究
- 丛茜、任露泉和陈秉聪[1]从结构化学和量子力学，从化学吸附角度，对土壤水中各个离子的性质，土壤表面性质，触土表面进行全面分析，提出了以化学吸附为主的土壤黏附机理，该模型认为：土壤对金属材料的黏附力有两者之间的化学吸附力包括物理吸附力，水的黏滞阻力和土壤水在土壤与金属之间形成的化学黏附力三部分组成。
- 丛茜、任露泉和陈秉聪[2]在以化学吸附力为主的土壤吸附模型，对切向和法向黏附进行分析，该黏附机理能很好地解释黏附规律，并且还能很好的解释矿物质组成与黏附之间的关系，pH值对黏附力的影响，土壤的机械组成等问题的基础上，提出了改变触土部件非光滑表面仿生改形，触土部件表面材料组成和电渗减黏的脱土的有效方法。
- 闫备战、丛茜、任露泉和李有吉[3] 利用正交多项式，对非光滑表面电渗原理进行了优化设计，从而揭示了非光滑表面电渗的两个重要影响因素—电渗电压和电渗时间对电渗的影响，得出在电渗压有一定条件限制的情况下，延长电渗时间可以线性的降低土壤与固体材料之间的黏附力。
- 王宁伟、张雷、修彦吉和矫军[4]通过室内试验，得出阳(阴)极接触电阻、阳(阴)区域平均电阻、土体平均电阻的变化规律，通过对这些规律的研究有助于我们和掌握非饱和黏性土水平电渗排水的规律。
- 庄艳峰和王钊[5]基于模型试验中所观测到的电荷积累现象，提出了电渗的电荷积累理论，该理论以电荷守恒原理代替电流连续性原理，建立了电荷累积模型的微分方程，通过观测电渗电流随时间的变化过程，对电荷积累理论进行了试验验证。
- 严辉[6]就盾构机刀盘结泥饼问题进行研究，泥饼是由盾构机刀盘切削下来的土块或者颗粒，因未快速掉落而与其他土块黏结形成泥饼，严辉通过对泥饼生成环段掘进系数进行分析，暂时无法直接的解决，需要进一步的研究，目前，需要靠操作者熟练地操作和判断能力，以及刀盘、千斤顶等部件参数来看是否结泥饼。
- 董祥宽[7]从控制复合式TBM掘进参数，了解地质情况、施工情况和复合式TBM刀盘或刀具情况，来分析刀盘结泥饼和刀盘被糊的原因，并通过这些原因做出了适当的措施，使得复合式TBM的推进速度大大提升。
- 郗晶[8]就刀盘结泥饼现象进行研究，郗晶从地质条件、盾构机刀盘开口率、刀具布置和施工因素几个方面来分析刀盘结泥饼形成原因，并通过这些影响因素采取措施。
- 欧阳凯、张家年、张世伟和张华刚[9]为了解决这一问题，从理论分析的角度分析总结刀盘结泥饼的根本原因，并提出了解决方法：控制减小土仓压力；增加刀盘的转速。
- 数值模拟研究
- 从茜、任露泉和陈秉聪[10]在电渗减黏实验中，通过对电渗时间、电渗电压、土壤含水量进行全面系统地实验研究，并且通过对实验数据的整合建立了电渗能耗与黏附力关系的数学模型，其目的为了使土方机械工作部件的黏土现象得到减缓。
- 丛茜、任露泉和陈秉聪[11]在电渗减黏实验中，运用均匀设计，通过对试验结果的利用和计算机进行多项式回归建立了土壤电渗试验的非线性经验公式，影响电渗效应的主要因素有：土壤含水量、电渗电压、电渗作用时间、两极间距、极板面积、土壤质地、土壤密度、所加压力、加压时间、环境温度、极板材料等，其目的是为了减少土壤对于土方机械的黏附，提高其工作效率及其生产率。
- 刘飞禹、宓炜、王军和符洪涛[12]进行一系列逐级加载电压的一维电渗试验，得出逐级加载电压能延长电渗时间，增加电渗的排水量，使土体加固更均匀，而且降低了电能消耗，其目的是为了研究持续加载电压对电渗加固吹填土的影响，降低电渗成本，提高工程效率。
- 洪何清、胡黎明、GLENDINNING Stepha nie和吴伟令[13]为改善软土地基的固结排水效果，对联合使用电渗固结与预压排水技术进行电渗试验，对于不同黏土试样同时施加恒定外荷载和外电场，研究在耦合作用时的渗透出流变化，最终得出：在实际工程中，联合使用预压排水法和电渗法需要选择合适的电压梯度才可以有效地加速固结过程，其目的为了电渗固结技术能有效提高软土固结度、缩短固结时间，解决渗透性地的地基固结问题。
- 陶燕丽、周建和龚晓南[14]对铁、石墨、铜和铝电极在电渗过程中的表现进行研究，经过试验的研究和数据统计最终得出：电渗效果越好的试验总能耗越大，较高的电势梯度下，石墨电极表现较好，较低电势梯度下，石墨不如其他，其目的为了寻找在一定条件下对电渗效果好的电极。
- Zhou, Liu, Peng She和Ding[15]研究了在水平电场中去除污泥中的水分，污泥脱水的新方法，提出了在横向电场应用以促进气体产生的消耗在电极和保持阳极浸泡在水在脱水过程中操作条件的影响，通过扫描电镜观察电脱水和真空过滤产生的浓缩污泥的形态差异，最终表明，电极水对污泥中的毛细水有较好的去除效果。
- Liu , Wang, Ge , Markus Thewes , Yang和Xia[16]研究了以分散剂为调质剂的黏土在EPB盾构施工中的阿特伯格极限电化学行为的变化，随着分散剂含量的增加，黏土颗粒的负电荷数量增加，电势减小，电位的降低使总排斥力的峰值变大，导致黏土颗粒的体积减小，其目的是研究调质剂对黏土的影响。
- Chien , Teng 和 Ou[17]研究了使用适当的操作流程，通过化学处理对土壤进行电渗处理，在电渗化学处理中，提高的土壤强度通常仅限于阳极或阴极附近的区域，实验室研究表明，合适的操作流程可以增强从阳极到阴极的整个试样的软黏土，适当的操作过程，改进区域从阳极扩展到阴极，并且在改进区域上显示出均匀强度分布，并且整体上提高了强度，其目的是为了提高土壤的强度。
- PENG , XIONG , MAHFOUZ AH和SONG [18]研究真空预压联合电渗强化超软土的可靠性，主要考虑了几个因素，包括电渗流的方向和由真空预加载引起的水以及周围区域地下水的补充，最终结果表明，电渗与真空预压结合可显著提高土壤强度，大约增加60%，而且在真空预压固结的基础上降低土壤含水量，其目的为了提高电渗强化超软土的土壤强度，降低电渗损耗。
- 模型试验
- 任露泉、丛茜、吴连奎和陈德兴[19]通过非光滑表面电渗推土板试验、铲装机械模型铲斗试验和技术生产与电渗能耗的研究，实验先研究了不通电时铲斗模型的情况，后通电电渗情况下铲斗模型，二者情况进行对比，其目的是为可以真正地实现低压高效率减黏脱土效果。
- 陈秉聪、刘大维、宁素俭和丛茜[20]通过将非光滑表面减黏降阻方法与电渗技术相结合的方法运用到叶片式轮脚上，发现采用非光滑表面电渗技术，可明显减少土壤对轮脚的黏附作用，其目的是研制非光滑表面电渗轮脚，非光滑表面电渗方法是有效解决土壤对地面机械触土部件黏附问题。
- 佟金、任露泉、陈秉聪和吴连奎[21]利用扫描电镜对黏附界面土壤表层形态进行研究，探讨法相荷载、土壤含水量、固体表面与土壤的相对运动方式对土壤表层形态的影响，其目的是研究出黏附界面土壤的表层形态。
- 李瑛和龚晓南[22]通过室内1∶5的模型试验进行等势梯度下两种工程常见矩形布置电极间距下的软黏土电渗状的研究，最后得出保持电势梯度不变而减半电极间距可以加快电渗排水，降低土体含水率，减少能量消耗和电极界面电阻，但会导致土体pH值变化和阳极腐蚀量的增大，其目的为了研究电极间距对电渗效果的影响。
- 李一雯、周建、龚晓南、陈卓和陶燕丽[23]通过室内试验研究长方形、梅花形和平行错位3种不同电极布置形式对电渗排水效果的影响，最终得出三者中平行错位布置形式电渗效果最好、经济收益最高，其目的是为了提高电渗效率，改善电渗效果和较好的电极布置形式。
- 陈卓、周建、温晓贵和陶燕丽[24]采用自制模型箱，针对软黏土进行一维电渗试验来研究电极反转对电渗加固的影响，从不同角度比较了常规电渗法和电极反转电渗法，得出：电极反转可以提高土体的均匀性，电极腐蚀情况比常规电渗较好；但不足之处在于界面电势损失和电流降低幅度都变大，其目的为了提高电渗加固效果。
- 郑凌逶、谢新宇、谢康和、臧俊超和李卓明[25]研究滩涂淤泥电渗效率，基于有效电势原理对电渗能耗系数和处理时间进行了分析，最终得出：等电势梯度下，电渗能耗系数和电极间距成线性关系，其目的为了提高电渗效率和经济性。
- 陈乔松、刘德智、杨军宁和雷金山[26]开展了水泥平衡盾构机形成泥饼的原因和治理技术的研究，他们发现改善土仓内循环效果，加大刀盘开口率和改进泥水盾构机的系统构成可有效地防止刀盘结泥饼的形成，其目的为了降低盾构机在工作过程里结泥饼的现象，提高掘进效率，降低经济损耗。
- Lennart R. van Baalen , Andreacute; R. Zimnik , Peter N.W. Verhoef , Dominique J.M. Ngan-Tillard[27]为了研究黏土黏附性的影响，采用斜板和直剪箱两种试验方法对四种不同黏土进行试验，结果表明两种试验都可以用来揭示黏土对电渗透减少黏附的敏感性，最后探讨了电渗透减少TBM内附着的适用性，得出取决于三个因素：挖掘黏土的性质、实际限制或负面影响和能源消耗，其目的为降低土壤的黏附性。
- Leroy和 Revil[28]提出了一个电三层模型(TLM)来描述黏土矿物的电化学性能，该模型包括活性晶体学表面位点的形态模型以及船尾和扩散层的经典描述，模型与试验数据之间的比较表明，合理选择接近石英和三水铝石的先验值的参数具有很好地一致性，最终，提出了一种化学模型来评价黏土-水界面在各种热力学条件下的表面电化学性能，利用单纯形算法对模型参数进行优化，得到参数值与实验数据吻合较好。
- Fabien Burnotte, Guy Lefebvre, 和 Gilles Grondin[29]向我们展示了改善土壤-电极接触的软黏土电渗固结的案例，通过电渗处理48天期间，现场设置以及监测结果和分析，介绍并讨论了由于电渗固结使黏土压缩12%后进行的后处理岩土调查结果，最终表明通过控制土-电极接触的功率消耗，可以通过电渗固接发成功处理软黏土沉积物，与其他方法相比具有一定优势。
- Peng, Ye和Akram N. Alshawabkeh[30]就通过在阴极处进行真空排水的盐溶液电渗灌浆展开研究，研究表明阴极真空排水电渗灌浆的处理效果不仅优于一般的电渗方法，而且比这些方法更均匀，土壤强度在靠近阳极，位于阳极和阴极之间靠近阴极的位置增加越来越高，其目的为了提高软土电渗注浆的处理效果。
参考文献：
[1]丛茜,任露泉,陈秉聪.土壤黏附机理的化学吸附分析[J].农业工程学报,1996,12(02):44-48.
[2]丛茜,任露泉,陈秉聪.土壤黏附规律的化学吸附分析[J].农业工程学报,1996,12(03):20-24.
[3]阎备战,丛茜,任露泉,李有吉.土壤非光滑表面电渗黏附的试验优化技术研究[J].数理统计与管理,1998(02):18-19 21-22.
[4]王宁伟,张雷,修彦吉,矫军.非饱和黏性土电渗排水试验[J].工程力学,2013,30(S1):191-194.
[5]庄艳峰,王钊.电渗的电荷累积理论[J].岩土力学,2005(04):629-632 649.
[6]严辉.盾构隧道施工中刀盘泥饼的形成机理和防治措施[J].现代隧道技术,2007(04):24-27 35.
[7]董祥宽.重庆复合式TBM刀盘防结泥饼技术[J].隧道建设,2012,32(S2):101-104.
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