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.     

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。     

改性水泥注浆液的性能及其在巷道加固中的应用

水泥注浆可以有效控制巷道变形,但可注性较差。为了解决这一问题,向水泥中添加一种外加剂。通过对不同配比改性浆液做流动度、黏度、凝结时间、析水率和抗压强度试验,得到当外加剂掺量(质量分数)为5%,水灰比为0.5时,浆液的可注性和注浆质量均较好,满足施工要求。将试验结果应用到某矿1110巷道加固工程中,结果表明改性浆液能有效控制巷道变形,提高巷道支护的稳定性,大幅度减少巷道返修率。     

基于响应面法的泥水盾构同步注浆材料性能

泥水盾构隧道在富水高压地层掘进中,同步注浆浆液易逸散流失,为满足注浆要求,需研制出复掺外加剂的高性能注浆材料.以南昌地铁4号线过江盾构隧道工程为依托,在传统外加剂材料的基础上引入纳米材料,选用膨润土(BE)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)与纳米二氧化硅(NS)为复合外加剂组分,采用响应面法,以外加剂掺量为配合比变量,探讨3种外加剂及其交互作用对注浆浆液性能的影响.研究表明:①在对凝结时间影响方面,NS＞ HEMC＞ BE,NS具有促凝作用,而HEMC起缓凝作用;在对抗压强度影响方面,HEMC＞ NS＞ BE,HEMC与BE不利于抗压强度发展,NS可以显著提高抗压强度;在对抗水分散性影响方面,HEMC＞ BE＞ NS,HEMC与BE有利于改善抗水分散性.②NS具有小尺寸、高活性等特点,可以加速水泥水化进程,缩短浆液初凝时间,提高浆体早期强度,对浆液性能起着积极作用.③通过响应面法建立的回归模型与响应曲面,可以很好地反映外加剂对浆液性能的影响,同时能对复掺外加剂的浆液配比进行优化,所制备的新型注浆材料能够满足在富水高压地层盾构隧道施工的注浆要求.     

铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料性能与机理分析

为促进岩土工程绿色发展,提高尾矿资源化利用效率,选取铜尾矿制备铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料,研究水固比、铜尾矿掺量、碱激发剂用量及碱激发剂模数对改性浆液各性能指标的影响规律及微观机理。研究结果表明：掺入尾矿有利于改善改性浆液力学性能,掺入碱激发剂能提高改性浆液整体的反应程度,减小改性浆液析水率;综合考虑各项性能指标,选取改性浆液最佳配比,即水固比为1.0,铜尾矿掺量为30%(质量分数,下同),碱激发剂用量为4%,碱激发剂模数为1.6;相较于纯水泥浆液,改性浆液最佳配比黏度减小11.1%,流动度增大22.3%,析水率减小29.7%,28 d结石体抗压强度仅减小9.5%,耐久性能良好;改性浆液发生地聚合物反应形成了具有三维空间网状结构的C-A-S-H凝胶和N-A-S-H凝胶等胶凝物质。本研究成果可为岩土工程提供高性能低成本的注浆材料,同时还将为尾矿等固废材料资源化利用提供参考。     

膨胀岩地区盾构壁后纤维注浆材料试验研究

为研究膨胀岩地区纤维注浆材料与膨胀岩相互作用的规律,以南宁轨道交通一号线穿越膨胀岩区域为依托背景,开展纤维壁后注浆材料力学性能研究,选取3组工程常用配比,分别掺入0.9 kg/m3、1.5 kg/m3、2.0 kg/m3聚丙烯纤维,进行抗压、劈裂抗拉、抗折试验。并自行设计模型试验装置,就掺入1.5 kg/m3纤维时注浆材料与膨胀岩相互作用开展模型试验及数值分析。试验结果表明:(1)与普通注浆材料相比较,纤维对注浆材料的强度影响较小,对其韧性增强作用明显,掺量1.5 kg/m3时,增韧效果最明显,相比普通试块,纤维掺量1.5 kg/m3及以上时挠度增加均在30%以上;(2)相对于普通浆液,相同条件下,纤维浆液使膨胀力衰减32%;(3)当膨胀力增至160 k Pa时,纤维浆液使管片最大正弯矩和最大负弯矩分别减小31.6%和24.2%,可见纤维注浆材料能有效减小膨胀岩膨胀变形对盾构管片的影响。     

煤矿开采覆岩离层注浆浆液配比优化试验研究

覆岩离层注浆充填技术是一种煤矿绿色开采新技术,能有效控制离层上方的地表沉陷,对保护地表建筑物安全及生态环境稳定具有重要意义。为了探究离层注浆浆液最优配比,本文选取水固比、固相比、水玻璃掺量和悬浮剂掺量四个浆液性质的主要影响因素,采用正交试验和单因素试验的方法探究各因素对浆液的比重、粘度、析水率和结石率的影响。试验结果表明,水固比是控制浆液性质的主控因素。其他影响因素中,固相比对粘度影响较大,水玻璃掺量对析水率、结石率影响较大。单因素实验中,各电厂粉煤灰浆液随水固比减小,浆液析水率减小,结石率增加,粘度增加,即浆液中粉煤灰质量比越大,浆液稳定性、填充效果越好,但扩散半径越小。随着水固比减小,达到某一水固比值后,浆液粘度将显著增大。不同电厂粉煤灰浆液性质不相同,因此在注浆前对拟用粉煤灰进行试配是必要的。     

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。     

水泥-红黏土注浆堵水性能试验及现场应用研究

为解决纯水泥浆注浆成本高、结石率低及凝结时间长等问题，对水泥-红黏土注浆材料进行研究。通过试验，分析水固比和红黏土掺量对浆液析水率、结石率、流动度、黏度及凝结时间的影响规律。结果表明，水固比一定时，浆液中红黏土掺量与析水率呈负相关，与结石率呈正相关；纯水泥浆液中掺入红黏土，流动度减弱，掺入红黏土可有效降低浆液凝结时间，浆液凝结时间与红黏土掺量呈负相关。浆液水固比为0.8,红黏土掺量为50%时，效果较优，初始黏度低，流动度接近纯水泥浆液，与传统水泥浆液相比，凝结固化时间低，析水率低，结石率达95%以上；通过现场工业试验，单孔每米注浆可节省水泥量约213 kg,大大减少水泥用量，降低注浆成本，检查孔检测注浆后透水率为3.52 Lu,防渗堵水效果较好，对地下水进行有效拦截，保证矿山安全可持续开采。     

盾构法地铁隧道施工关键技术研究

盾构法是地铁施工中常用的施工技术。盾构法在软土地基及复杂地貌下,对于盾构参数及同步注浆的要求更是十分严格;如果这些掌握不好会给工程带来相当大的风险。在武汉地铁周青区间中,根据地区的具体地势地貌,对盾构参数,及同步注浆注浆压力及注浆量都进行了周密的理论及实地研究。经过证实,这些参数的制定是周密可靠的,保证了施工安全顺利地完成;同时也证实了盾构参数及同步注浆时盾构施工的关键技术,也是盾构技术在软土地基及复杂地貌下完成施工的关键。     

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。     

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。     

改性水泥-水玻璃注浆材料防渗性能试验研究

为了使水泥-水玻璃注浆材料在注浆中得到更广泛的应用,通过室内配比试验和扫描电镜分析对5%膨润土掺量下水泥-水玻璃体积比和粉煤灰掺量对水泥-水玻璃(C-S)浆液性质的影响进行研究,并开展现场试验对该改性浆液的防渗性能进行了研究。结果表明:(1)改性C-S双液的凝胶时间有所延长,且凝胶时间随着C-S体积比的增大而缩短、粉煤灰掺量的增大而延长;(2)浆液结石体的抗压强度和抗折强度都随C-S体积比的增大都呈现先增大后减小的趋势并在体积比约为2时达到最大,浆液结石体的抗压强度随粉煤灰掺量的增大而降低,结石体7 d抗折强度随着粉煤灰掺量的增加先增加后减小,试验条件下,粉煤灰掺量为25%取得最大抗折强度;(3)通过扫描电镜对结石体微观结构分析得出,粉煤灰掺量为25%、C-S体积比为2的配比下水泥的水化反应最充分,粉煤灰的微集料反应发挥最佳;(4)通过现场防渗试验验证了研发浆液材料的防渗性能满足规范要求。改性C-S浆液较好地结合了几种材料的优点,建议采用的材料配比为25%粉煤灰、5%膨润土、70%水泥,C-S体积比为2。     

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.     

穿越细砂层巷道注浆加固方案实验研究

在分析下峪口煤矿巷道砂层砂样物性指标的基础上,通过室内注浆试验对硅酸凝胶材料注浆加固细砂的可行性进行了分析;并分别研究了浆液注浆量、配比方案、龄期以及速凝剂对细砂加固效果的影响,总结出了注浆量、浆液配比方案、速凝剂及龄期对细砂加固效果影响的规律.结果显示,穿越细砂层巷道采用注浆加固方案是合理可行的.     

二氧化碳泡沫同步注浆液特性研究及成本分析

为探究CO2泡沫同步注浆液的性能及现场制备成本，通过正交试验和极差分析方法对CO2泡沫同步注浆液的最佳配比进行研究，对CO2在对同步注浆液的改性过程中的性能变化进行回归分析，并依托南京五塘广场隧道施工的现场浆液性能要求，利用多目标规划方法进行成本分析。结果表明：CO2泡沫同步注浆液最佳配比为水胶比0.8，粉灰比2.0，胶砂比0.5，膨水比0.16。回归拟合结果表明常规二次型回归模型更适合模拟CO2泡沫改性的同步注浆液的性能；通过MATLAB工具箱中的FMINCON函数进行多目标规划计算得出与现场浆液相同性能下CO2泡沫同步注浆材料成本更低。     

铝酸钠～水玻璃化学注浆材料的研究及其在矿井井筒过流砂层工程中的应用

对铝酸钠水玻璃浆液材料的基本性能进行了实验室试验,明确了影响浆液胶凝时间,可灌性和固砂体抗压强度、稳定性的主要因素。分析了模拟坑试验的结果。化学注浆用于建井工程实践,探讨了注浆设计、施工和效果检查中的一系列问题。用化学注浆法打井,通过厚度8米、涌水量达每小时169立方米的流砂层,在我国冶金矿山建设中是一个创举。     

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。     

基于SPH的类矩形盾构同步注浆扩散机制及参数获取

异型盾构由于自身断面几何形状的特殊性,需要对其同步注浆的扩散效果及参数控制进行深入研究.利用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对国内第1条类矩形盾构法隧道工程中同步注浆扩散机制和参数获取进行研究.分析结果表明,浆液扩散模式具有纵环向相互关联的挤压填充性流动特征,其在盾构顶/底部填充效率较差;高流动度和早强高抗剪性浆液的扩散面弧度与压力损失率效果以及整环流动封闭效率和填充均匀度都优于液态浆和抗剪浆;注入率150%对周边环境的扰动程度最小,上下孔位浆液注入比为4∶3∶2∶1的注浆效果最好,体现为浆液压力分布更均匀;而考虑较快的闭合/充盈时间可以认为对称孔位布置更适合类矩形盾构同步注浆施工.     

盾构下穿地铁运营隧道沉降规律分析

为确保盾构安全顺利地下穿地铁运营隧道,避免下穿过程中引起运营隧道过量沉降,影响既有线运营安全,以北京地铁14号线阜通西站~望京站盾构区间隧道下穿地铁15号线运营隧道为工程背景,对左右线盾构2次下穿15号线运营隧道施工过程和沉降情况进行对比分析。在分析右线盾构首次下穿地铁运营隧道结构沉降规律的基础上,制定了左线盾构二次下穿运营隧道的施工参数和相关控制措施,确保了二次下穿运营隧道结构沉降控制在-3 mm以内,取得了良好的效果。研究结果表明:通过设定较高的土压力,采用盾体上的径向注浆孔向盾体和土体之间的空隙注入填充物,提高同步注浆浆液质量和及时进行二次补浆等措施能够有效减小运营隧道结构沉降;盾构施工引起15号线运营隧道的横向沉降范围与施工参数基本无关,左右线穿越有明显的叠加效应,叠加区域内,横向沉降显著影响区域在0~4 D;在不采取超前预加固措施的基础上,仅通过合理设定盾构施工参数和隧道内采取相关措施,能够将15号线隧道结构沉降控制在-3 mm以内。研究结果具有较强的工程实用价值,特别是对盾构下穿运营隧道施工方案的制定具有较强参考价值,也可为国内外类似盾构下穿既有线工程提供借鉴。