大直径泥水盾构复合地层速凝浆液的同步注入技术

在大直径泥水盾构施工中,由于大断面隧道所承受的浮力大和泥水对浆液的稀释及通过富水复合地层等不利条件,同步注浆效果大受影响.本文结合正在施工的盾构隧道施工情况进行研究分析,通过对盾构原有注浆设备和管路优化改造,由传统的同步注入单液水泥砂浆改造为同步注入复合浆液,达到了同步注入速凝浆液的目的,并通过在施工中加强过程控制和采取辅助措施,解决了因同步注浆效果差造成的管片上浮及开裂等技术难题,取得了很好的效果.     

高黏性浆液在富水破碎带隧道涌水治理中的应用

富水破碎带隧道的涌水常常会引起一系列地质灾害, 其中高黏性浆液作为一种治水材料, 在富水破碎带的治水过程中发挥了积极的作用. 实验测量得到了常用水泥浆液和高黏性浆液黏性随时间变化的规律, 并分析黏度变化对注浆治水的影响. 引入孔隙率、渗透率动态模型,建立了适用于富水破碎带注浆治水的流固耦合数学模型, 分析了高黏性浆液注浆过程中压力梯度、应变率和孔隙率变化, 确定高黏性浆液流动半径. 结合浅层填充挤压、深层高压挤密的注浆思路设置了排水减压孔, 参考计算结果设计试验方案. 通过监测隧道涌水量和检测钻孔取芯, 验证了数学模型和试验方案的合理性. 试验结果表明, 隧道涌水量下降了97%, 达到了封堵涌水的目的; 现场芯样充填饱满密实, 抗压强度较原始地层提高了2~4 倍, 围岩整体防渗性能和稳定性得到大幅提升. 该结果不仅验证了数学模型的合理性, 还为类似地层治水处理提供了新的思路.     

泥水盾构弃渣在同步注浆材料中的再利用研究

为了解决泥水盾构的弃渣处理过程会显著增加施工成本,且极易造成环境污染的常见问题,依托杭州望江路过江大直径泥水盾构隧道工程,考虑掘进线路处于黏土地层,提出了弃渣取代同步注浆原材料再利用方案.探讨了弃渣取代膨润土原材料的可行性,通过均匀设计试验测试了浆液性能,并结合目标规划(goalprogramming,GP)模型实现了浆液配比优化.研究结果表明:经初步处理后的泥水盾构弃渣可取代膨润土材料,最优配比下同步注浆浆液的流动度为23.1 cm,2 h析水率为2.2%,28 d结石体收缩率为5.8%,初凝时间为649 min,结石体28 d抗压强度可达2.65 MPa,均能满足杭州现场同步注浆性能要求,且该技术的经济和环境效益显著.     

磷石膏基胶凝材料的早期性能研究

研究硅酸钠分别与不同早强剂复掺对磷石膏基胶凝材料(PGF)性能的影响,并通过X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)测试产物微观结构。结果表明:掺入硅酸钠和早强剂明显提高了磷石膏基胶凝材料的抗压强度,当掺入0.5%二水氯化钙和3%硅酸钠时,7、28 d抗压强度分别较未掺外加剂时提高了46.53%和59.51%,线膨胀率分别较未掺外加剂硬化体降低50%,28 d软化系数提高28%,使得胶凝材料的性能得到很大提高。     

合肥地铁盾构施工浆液配比优化试验研究

盾构施工中同步注浆即通过注浆泵及注浆管将浆液材料填入盾尾间隙,同步注浆材料是决定注浆成败的关键因素之一,直接影响注浆成本、注浆效果、注浆工艺等。针对目前有关膨胀土层同步注浆浆液配比研究缺失这一问题,基于合肥特殊的工程地质条件,以合肥地铁1号线工程中使用的浆液材料为研究对象,通过室内试验,采用单因素与正交设计相结合的试验方法,对浆液材料水泥、粉煤灰、砂、膨润土、水不同配比下浆液的析水率、抗压强度、黏度、结石率进行极差分析。结果表明:同步注浆的配比是影响浆液抗压强度和析水率的关键指标,并提出了适合膨胀土地层条件下地铁盾构同步注浆浆液的优化配方,对类似地层条件下浆液配比的选取具有参考价值。     

郑州市地铁粉质黏土层中盾构渣土制备同步注浆材料特性

为解决地铁区间盾构施工中掘出的盾构渣土难以安置、污染环境、难以回收利用等问题,探讨通过利用盾构区间掘进渣土替代部分中砂制备新型同步注浆材料,实现盾构区间渣土固废资源化利用。以郑州市地铁4号线区段的盾构掘出渣土为研究对象,根据X射线衍射技术(XRD)分析的渣土化学成分组成,选择盾构渣土掺量和水胶比作为影响因素设计调整配比试验,根据不同条件下的试验现象和结果,对比分析地铁盾构渣土掺量及水胶比对材料工作性能以及力学性能的影响;参考规程以稠度、流动度、经时稠度损失、经时流动度损失、分层度、泌水率、结石率等指标评判材料的工作性能,并以3 d抗压强度、28 d空气环境成型抗压强度、28 d水下环境成型抗压强度、水陆抗压比等指标评判材料的工作性能,探讨盾构渣土制备同步注浆材料的可行性。研究结果表明:随着粉质黏土为主的盾构渣土掺量增加,材料的稠度、流动度等工作性能逐渐下降,但盾构渣土在60%替代掺量(质量分数)时能够优化材料级配、加强材料的抗压强度,在无外加剂强化条件下,3 d抗压强度可达到1.17 MPa,28 d空气环境成型抗压强度可达到2.66 MPa;且比表面积较大的盾构渣土改善了传统注浆材料结石率较低以及泌水的问题,结石率可达到96%以上,泌水率为1%左右,但需水量的增加使得该新型同步注浆材料的水胶比较传统注浆材料大,推荐合理的水胶比在1.2～1.3;在无水下抗分散剂强化的情况下,水陆抗压比指标略低于性能要求,其余性能指标均能够达到同步注浆材料性能的规程要求。通过该方法将盾构掘进渣土进行固废资源化利用,具有经济效益、社会效益,材料的性能可调节范围大,具备可行性。     

盾构壁后注浆材料配比及注浆效果分析

盾构壁后注浆浆液需根据实际工程,满足相应的工作性能要求;并达到一定的注浆效果。基于室内试验和现场试验,分析了各注浆材料掺比与浆液工作性的关系,提出了适合工程施工的浆液配比。通过探地雷达技术对注浆效果进行分析评价,得出拱顶注浆效果好于边墙。应注意对壁后注浆效果不佳区域及时补注浆液,防止地层塌陷。     

盾构隧道穿越土坝的地层沉降控制

在盾构施工技术中,如何控制地层沉降,避免影响隧道上方建筑物,一直是人们非常关心的问题。虽然盾构及管片与其周围土体的耦合作用极其复杂,但对盾构扰动土体的变形分析和计算可为控制地层变形提供理论依据;规范盾构施工操作程序,可减少非正常地层损失;正确选择同步注浆和壁后注浆的材料、配比及工艺,可最大限度地填充建筑空隙;预先注浆和复注浆加固隧道上方土体,可减少土体扰动和固结沉降量。     

黏土固化浆液充填富水岩溶的抗渗性能研究

为了研究黏土固化浆液充填富水岩溶的抗渗性能,开发了一套室内富水岩溶浆液结石体渗透系数测试装置.通过室内试验,模拟了不同注浆参数和地层排水速度下黏土固化浆液充填富水岩溶的注浆过程,得到了浆液结石体的完整试样,测得了岩溶水养护下试样的渗透系数.试验结果表明:黏土固化浆液具有良好的加固防渗性能,岩溶水养护下28d渗透系数可达1×10-6 cm/s,完全满足富水岩溶充填注浆防渗设计要求;各因素对结石体渗透系数影响程度依次为注浆压力、浆液水固比、地层排水速度,且结石体渗透系数与浆液水固比、地层排水速度呈正相关关系,与注浆压力呈负相关关系.对于实际注浆工程,在地层排水速度一定的情况下,可通过调节注浆压力、优化浆液水固比等方式,来获得较优的结石体抗渗性能.通过电子显微镜扫描进行微观分析可知:微观结构上的差异与宏观结石体渗透系数的变化规律一致,随着注浆压力的增大,颗粒间间距逐渐减小,结石体电镜结构形态依次表现为松散絮状、松散片状、较密实团状及密实板状,结石体密实度进一步提高.     

岩溶地层运营期地下水上涨引起管片上浮规律研究

岩溶地层溶隙发育,地下水流通性强,盾构隧道施工过程中浆液易流失,导致隧道运营过程中易出现上浮错台等灾害。为了研究岩溶地层盾构隧道在运营期因地下水位变化造成的管片上浮问题,通过数值模拟和现场监测,分析岩溶地层盾构隧道在运营期因地下水位上涨引起管片上浮的规律。结果表明：注浆层隧顶空洞、隧底注浆不密实和地下水位上涨是影响管片上浮的主要因素,其中隧顶空洞对管片上浮影响最大;管片隧顶注浆流失越严重,上部注浆层对管片的约束越小,地下水位上涨造成的管片上浮越明显;管片隧底注浆不密实导致管片底部和注浆层之间粘结力降低,管片上浮量增加;研究给出了管片上浮量与注浆层空洞、注浆不密实和地下水位的对应关系,可为岩溶地层盾构注浆施工质量控制提供借鉴。     

泥水盾构施工废弃泥浆对同步注浆材料性能的影响

泥水盾构施工会产生大量废弃泥浆,传统的抛弃堆放不但污染环境且占用土地资源。本文依托南京长江新济洲供水廊道项目泥水盾构工程,针对江底盾构施工中的废弃泥浆,开展了将其应用于同步注浆材料的可行性研究。通过室内试验,研究了泥浆固水比、膨润土替代率和废弃泥浆黏粒含量对注浆材料性能的影响,同时对比分析了新配制膨润土泥浆和废弃泥浆对注浆材料性能影响的差异。结果表明：增大泥浆固水比,可使砂浆凝结时间缩短、强度增大、泌水率和体积收缩率降低,但会导致砂浆流动性变差。相比于新配制膨润土泥浆,废弃泥浆制备的砂浆具有更优的流动性能,但存在泌水率偏大和强度偏低的问题。采用废弃泥浆替代部分新配制膨润土泥浆,则能够有效控制砂浆的泌水率增大和强度降低的问题,同时使砂浆的流动性能大幅提高;废弃泥浆黏粒含量对砂浆性能影响相对较小,一定程度上表明了使用不同地层废弃泥浆制备的砂浆性能差异不大,故无需随地层变化而对砂浆配比进行较大调整,便于实际工程施工应用。     

风化岩层岩渣配制的盾构同步注浆浆液性能及微观形貌分析

为探索泥水盾构穿越风化岩层时产生的大量岩渣的再利用问题,依托南京和燕路过江通道工程,采用岩渣代替部分商品砂配制同步注浆浆液,并测试了浆液流动度、稠度、凝结时间、泌水率及强度等指标,分析了岩渣配制同步注浆浆液的性能及微观结构。结果表明:随着岩渣替换商品砂比例的增大,浆液流动度、稠度和泌水率逐渐降低,而凝结时间呈缩短趋势,1.d抗压强度也逐渐增大;替换比例在50%~85%时,浆液各项性能均满足工程施工要求,当替换比例为85%时,浆液流动度、稠度与现场浆液接近,凝结时间从10.6.h缩短至7.3.h,1.d抗压强度增强了近1倍;岩渣中含有的高岭石相矿物在水中会电解出Al3+,促进了浆液中C-S-H凝胶的形成,是促使浆液凝结时间缩短和抗压强度增大的根本原因。     

富水粉细砂层盾构下穿湖泊风险分析及控制——以太原地铁2号线下穿迎泽湖工程为例

太原地铁2号线盾构隧道采用土压平衡盾构施工方式,盾构区间按照设计需要下穿湖泊穿越富水粉细砂层。为了保证盾构施工安全平稳通过,合理控制土压平衡盾构下穿湖泊的风险源,对风险产生的机理和如何控制风险进行了研究。分析了盾构穿越富水粉细砂层主要风险:含水地层盾构螺旋机喷涌机理,盾构通过后盾尾空隙沉降较大原因,盾尾密封失效风险。针对风险控制提出包括调整渣土改良参数,优化同步注浆配比,对盾构机尾刷改造等措施。工程实践表明,在富水粉细砂层中掘进,将高分子聚合物浓度创新性地提高到10/1 000,可以有效控制螺旋机喷涌,降低盾构下穿湖泊时湖底坍塌、湖水倒灌风险;通过将第三道盾尾刷由钢丝尾刷改造为钢板尾刷,有效减小了盾尾刷磨损导致盾尾密封失效风险;优化盾构掘进过程中同步注浆浆液的配比,使其凝固时间由6 h变为4 h,有效控制了盾构通过后的盾尾空隙沉降过大风险,最终湖底监测点测得累计沉降25.33 mm,取得了较好的施工效果。     

废弃泥浆改性同步注浆材料试验研究

泥水盾构施工过程中会产生大量的废弃泥浆,针对废弃泥浆的处理难题,介绍了一种新型泥浆处理方法。将废弃泥浆作为盾构同步注浆材料应用于同步注浆液,并研究了泥浆对同步注浆液性能的影响。研究结果表明:用废弃泥浆配制的同步注浆液分层度、泌水率明显降低,很好地解决了同步注浆液泵送过程中的堵管问题,凝结时间有一定的增加,可通过控制泥浆比重与泥浆量来缩短凝结时间。流动性也能满足注浆要求。并用废弃泥浆配制出抗水分散性较好的同步注浆材料,最大7 d水陆强度比达0.81。     

锚固工程早强型普通硅酸盐水泥浆液的试验研究

在分析各种外加剂作用机理的基础上,选用氯化钠、三乙醇胺、水玻璃等价格比较低廉的水泥外加剂,对锚固工程普通硅酸盐水泥浆液进行改性的研究。通过室内水泥浆液配制试验优选出水泥外加剂类型及加量比例,使普通硅酸盐水泥浆(2—3d)凝期的抗压强度得以提高,加快了锚固工程施工速度。     

流固耦合作用下盾构下穿高架桥稳定性分析

本文依托太原铁路枢纽新建西南环线盾构隧道,结合盾构施工中的监测资料,利用有限元分析软件进行数值模拟分析,在考虑流固耦合作用下,并结合实际监测资料,研究了盾构下穿高架桥时地表和地下结构的稳定性,得出了地表、桥承台和桥桩的变形规律及隧道周围孔隙水压力分布规律。研究结果表明：在富水地层中盾构下穿高架桥工程中,考虑流固耦合作用是必要且合理的;盾构隧道施工前采用隔离桩结合深层地层注浆的加固措施能有效地控制地表、桥承台和桥桩变形;盾构掘进过程中主要影响桥桩水平横向位移,对水平纵向和竖直方向位移影响较小;桥桩顶部受到的附加弯矩较大;深层地层注浆加固措施能减弱隧道周围流固耦合作用,降低隧道内涌水风险。     

矿物掺合料对水泥-水玻璃注浆材料性能的影响

为保证道路工程注浆材料具有良好的工作性、抗水分散性和较少的泌水率,采用粉煤灰和矿渣微粉为矿物掺合料、膨润土为浆体稳定剂以及水玻璃为促凝剂,研究了矿物掺和料种类及含量对水泥基-水玻璃双液注浆材料性能的影响规律。结果表明,适量的粉煤灰可以提高水泥基浆液的流动性,而且可以有效增加水泥基浆液的有效水胶比;矿渣微粉对水泥基浆液的流动性无明显影响,但可有效提升水泥基浆液结石体后期抗压强度;以粉煤灰为矿物掺合料的水泥基-水玻璃双浆材料力学性能优于矿渣微粉,但矿渣微粉对浆液结石体的孔结构改善效果更好。     

苯丙乳液与纳米SiO2复合改性超细水泥胶浆的力学性能

结合混凝土桥梁底板裂缝注浆材料应满足流动度好、变形能力强及凝结时间短等技术要求,通过苯丙乳液和纳米SiO₂对超细硅酸盐水泥和超细硫铝酸盐水泥胶浆进行复合改性,系统研究了苯丙乳液掺量对超细水泥胶浆的施工性能和力学性能的影响规律,最终确定了其合理配比。试验结果表明：尽管苯丙乳液对超细水泥胶浆的抗压强度具有一定不利影响,但能显著改善超细水泥胶浆的施工性能,提高其抗折强度、拉伸变形能力和折压比,从而提升超细水泥胶浆的韧性。经苯丙乳液和纳米SiO₂复合改性的超细水泥胶浆可望在混凝土桥梁底板裂缝的修补工程中得以推广应用。     

泥水盾构泥浆在砂土地层中的渗透特性及对地层强度的影响

对于泥水盾构隧道施工,在有压泥浆渗透到地层的情况下,开挖面表面会形成渗透系数极小的泥膜.通过作用在不透水的泥膜上的泥浆压力来平衡掌子面前方的土水压力,以保证开挖面的稳定.以南京纬三路过江通道工程为背景,选择粒径及级配不同的3种地层,进行室内有压泥浆渗透地层模型试验,探讨有压泥浆在不同地层中的渗透特性及泥浆渗透对地层强度的影响规律.研究发现,对于砂土地层,其渗透系数是影响泥浆渗透深度及泥膜质量的重要因素,渗透系数分别与泥浆渗透深度及滤水量呈线性相关关系,而渗透到地层中的泥浆也会随着地层粒径的变化对砂土地层的剪切强度产生不同且有规律的影响.本文的研究成果可以为泥水盾构合理的泥浆支护压力提供相关参考.