盾构隧道壁后注浆窜浆分析

以盾构施工中壁后注浆浆液顺着盾体与地层之间的空隙流至开挖面的现象为背景,基于宾汉姆流变方程,推导了该现象发生条件的理论公式,并分析硬岩地层、软土地层以及盾构爬坡三种工况下窜浆现象的影响因素及发生条件以及浆液的固结排水过程和盾构机的掘进速度对窜浆的影响.结果表明,浆液的黏度对窜浆的发生与否影响很小,浆液的初始剪切强度越大、盾体空隙宽度越小、浆液的固结排水量越大、掘进速度越快,则窜浆现象越不易发生.     

考虑自重的盾构壁后注浆浆液驱替渗透扩散

针对砂砾石地层中盾构壁后注浆施工过程,考虑浆液扩散过程的自重作用及浆液驱替效应,分析不同位置注浆孔浆液的渗透扩散特征.首先分析了重力作用下宾汉姆浆液渗透扩散运动方程,根据浆液球形扩散的连续性方程,建立浆液驱替渗透扩散模型,并给出顶部和底部注浆孔浆液扩散的解析解.计算结果表明:当考虑浆液驱替效应时,重力作用对浆液扩散距离的影响更加显著.基于浆液驱替效应的渗透扩散模型表明:在高渗透性地层中,当采用低压注浆时,随着注浆时间的增加,浆液所受重力对浆液渗透扩散过程的影响显著.     

基于分形理论的盾构壁后注浆压滤扩散模型

基于有效应力原理,考虑注浆过程中浆液对于土体压缩造成的孔隙减小现象,基于分形理论提出盾构隧道壁后注浆的压滤扩散模型,并分析注浆压力、注浆量和孔隙率分形维数对浆液压降曲线及管片压力的影响.研究结果表明:浆液压力随扩散半径增加逐渐减小,管片压力随注浆压力增大大致呈线性增大;孔隙率分形维数对管片压力影响显著,管片压力随孔隙率...     

盾构隧道壁后注浆体固结变形特性试验研究

为了研究浆液在盾尾空隙中的固结变形特性,采用自制的壁后注浆体固结变形试验装置,对不同注浆材料、不同固结压力、不同土质条件和地下水压力条件下的浆液固结变形特性进行了试验研究.结果表明：随固结压力的增大,浆液的固结变形速率加快,最终的变形量也相应增大,且浆液的固结应变处于4%~12%;在砂土条件下的固结变形速率要远快于黏土条件,在砂土条件下1 h内变形即可趋于稳定,而黏土条件则需要5~6 h;随地下水压力的增大,浆液的排水速率减缓,最终的固结变形量也相应减小.     

盾构壁后注浆宾汉姆浆液驱替渗透扩散模型

以宾汉姆流型浆液为研究对象,基于浆液对地下水的驱替效应,运用广义达西定律及渗流力学相关理论,推导了壁后注浆球形驱替渗透扩散模型.通过算例分析了考虑浆液驱替效应时浆液的渗流扩散特征,并针对影响浆液渗透扩散的主要因素进行了分析.结果表明:考虑浆液驱替效应时,扩散锋面浆液压力随着扩散距离的增加沿下凹形曲线递减,虽然锋面浆液压力变化量较小,但对浆液的扩散半径影响较大,注浆1 h时浆液扩散距离减小约23%.     

盾构隧道壁后注浆浆液时变半球面扩散模型

在假定注浆浆液为粘度时变性流体且浆液沿半球面扩散的前提下,应用达西定律对盾构管片注浆扩散半径及浆液对管片产生的压力进行了理论推导,得到了浆液扩散半径及对管片产生的压力的计算式.通过具体实例,对比分析了考虑浆液粘度时变性和不考虑浆液粘度时变性2种条件下注浆压力、注浆时间、浆液初始粘度、土体渗透系数对浆液扩散半径及浆液压力的影响,得到了浆液压力的分布形式.分析结果表明,注浆压力和土体渗透系数较大且注浆时间较长时,浆液的粘度时变性对浆液扩散范围和压力的影响显著;可通过调整注浆压力、注浆时间、浆液特性来调整注浆效果.     

地层渗透性差异对壁后注浆浆液固结特性影响研究

壁后注浆浆液注入盾尾间隙后,在固结压力和地层土水压力作用下逐渐从流动状态转变为固体状态,不同地层的渗透性对浆液固结过程影响明显.针对粉质黏土、粉细砂和砾砂等三种渗透性差异较大地层,开展不同固结压力下的浆液固结试验.结果表明:在低渗透性的粉质黏土层中,0.2 MPa下孔压消散耗时110 min,孔压消散缓慢,轴向应变速率小;在渗透性较大的砾砂地层中,0.4 MPa下孔压消散仅耗时5 min,孔压消散速率和轴向应变速率均较大,渗透性较大地层中固结压力对固结过程影响较小;各养护龄期下,浆液在粉质黏土层中固结后强度较小且增长较慢;而在粉细砂及砾砂地层中,强度较大且增长快,固结压力对强度影响很小,地层渗透性差异在固结过程中起到了决定性作用.     

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,选取水固比、固相比、水玻璃掺量和悬浮剂掺量4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相对密度、黏度、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,固相比对黏度影响较大,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,黏度增加,即浆液中粉煤灰质量比越大,浆液稳定性和填充效果越好,但扩散半径越小。随着水固比减小,达到某一水固比值后,浆液黏度将显著增大。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。     

迂曲度对盾构隧道管片注浆的影响

为了探究浆液扩散路径迂曲度对盾构隧道管片注浆效果的影响,以幂律浆液为对象,建立了考虑扩散路径迂曲度的盾构隧道管片注浆渗透扩散模型;分析了注浆时间、终止注浆压力和注浆速率对浆液扩散半径和管片所受压力的影响。最后,利用Matlab与COMSOL Multiphysics软件,开发得到考虑扩散路径迂曲度的幂律浆液渗透扩散数值模拟程序,实现了盾构隧道管片注浆效果的可视化。研究结果表明：在其他参数不变时,终止注浆压力增大,则浆液扩散半径和管片所受压力均增大;随着注浆速率的不断增大,浆液扩散半径和管片所受压力先增大后减小。考虑浆液扩散路径迂曲度后,浆液扩散半径和浆液对管片的压力值较不考虑扩散路径迂曲度时减小,且随着终止注浆压力和注浆速率的增大,扩散路径迂曲度对扩散半径和管片所受压力的影响更加明显。     

盾构隧道同步注浆浆液压力变化规律研究

基于浆液流体的连续方程和运动方程,建立了浆液刚进入盾尾空隙时的环向压力分布模型;并推导了在距离注浆孔较远距离处的浆液压力梯度与上浮力的关系式。结合实际工程监测数据验证了理论分析的合理性。分析结果表明:盾构机推进时,注浆点附近的浆液环向压力分布主要由注浆孔位置和注浆孔压力及浆液重度决定;停止推进时,浆液在固结效应下压力逐渐消散,竖直方向上压力梯度逐渐减小;随着远离注浆点,浆液的压力梯度逐步减小并趋于稳定,稳定时的压力梯度主要由上浮力的大小决定。     

水溶性高聚物在盾构隧道注浆材料中的应用研究

研究了羧甲基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酸钠三种高聚物对掺高效减水剂GCL1—3A的盾构隧道注浆材料泌水、流动度、凝结时间以及水泥净浆流变性的影响,结果表明,羧甲基纤维素和聚丙烯酸钠对注浆材料都具有良好的保水性,聚乙烯醇在6h后才显示出一定的保水效果。在3％（质量分数）掺量（相对于减水剂用量）下,羧甲基纤维素和聚丙烯酸钠可提高注浆材料的流动度和稳定性。此外,羧甲基纤维素和聚丙烯酸钠具有促凝作用,而聚乙烯醇具有缓凝作用。掺加羧甲基纤维素或聚丙烯酸钠的注浆材料初凝时间均为13h左右,比未掺加高聚物的注浆材料的初凝时间缩短了1h。     

负荷度对盾构隧道管片火灾下力学性能影响

针对不同边界条件下的地铁管片建立了热力耦合数值模型,采用顺序耦合热-应力分析方法对不同负荷度下衬砌管片在高温下的变形及内力进行了分析,并基于火灾试验数据进行了验证。研究表明,负荷度是影响管片在火灾高温下变形特性的关键因素。负荷度越大,管片跨中位移在升温阶段发展越充分,下缘混凝土的极限压应力越小。支座边界条件不同时,衬砌管片变形受高温影响的程度也不相同。当衬砌管片两端的水平位移被约束时,由于在升温过程中衬砌管片产生不可忽略的变形,支座反力先增大后减小,最后持续增大直至升温结束。     

基于螺栓接头受力性能的盾尾注浆压力控制

对采用螺栓接头的管片,管片间接头主要靠两种效应,即端面摩擦效应及螺栓抗剪效应,来平衡注浆压力对管片接头的剪切,认为端面摩擦效应主要在管片发生相对位移前发生作用,之后则螺栓抗剪效应是主要的.通过引入等效空隙率替代土体本身的空隙率来考虑建筑间隙的影响,对盾尾注浆情况下因注浆而对管片造成的压力进行了理论推导,得到注浆对管片产生的压力计算式.结果表明:注浆对管片产生的压力,随注浆时间的增长、注浆压力的增大而增大.将接头螺栓的抗剪效应与注浆对管片产生的压力结合起来,据接头螺栓的剪切破坏条件来控制注浆压力和注浆时间,即在求得注浆压力产生的螺栓剪应力前提下,要求该剪应力小于螺栓的许用剪应力,从而实现对注浆压力及注浆时间的控制.     

注浆作用下渗漏水对隧道和地层沉降影响

基于衬砌-注浆层-土层相对渗透系数,提出了能够综合反映注浆体和隧道衬砌共同作用的相对渗透系数.通过数值模拟,建立了该系数与隧道渗漏引起的衬砌受力、变形和地层位移之间的关系.在此基础上,建立了能够考虑注浆影响的评价方法,该方法能够基于隧道完全渗水和完全不渗水两种极端条件预测隧道有限渗水对地层和隧道结构的影响.     

The Grouting Influence of Shield Tunnelling on Sand-Gravel Soil

Sand-gravel soil may not be suitable for structure use or excavation use as a result of their permeability and low-intensity.It may cause serious damage to the upper part of the structure for its considerable stress.How to assess and control the deformation of the ground is the main purpose of the soil reinforcement technology.Grouting is a method commonly used to meet those requirements.This study is designed to investigate the effects on shield construction in the sand-gravel stratum.     

盾构隧道微扰动注浆对土体强度和衬砌横向收敛的影响

软土盾构隧道横向变形直接关系到结构安全,常采用微扰动注浆方法控制。为研究隧道微扰动注浆效果,针对一段隧道双侧微扰动注浆加固后的地层,开展了静力触探试验,分析注浆对隧道周围土体的影响规律;对现场获取的土样开展了室内K₀固结不排水伸长剪切实验,获得了注浆前后土体伸长剪切强度s_u和刚度E₅₀的变化量;采用线性模型拟合注浆量和收敛值比值数据,建立了可描述相对注浆量与注浆前后收敛值比值关系的方程式,分析了注浆对收敛值降低的效果。研究结果表明,注浆使锥尖阻力提高了110.8%(注浆中心区)和97.6%(注浆边缘区),注浆加固效果呈现非均匀性;注浆后土体的s_u比注浆前提高了约112%,E₅₀提高了约132%;注浆使隧道的横向收敛累计值平均降低了约24%。利用得到的结果,可根据浆液用量对隧道横向收敛的恢复进行估算,为后续设计微扰动注浆方案治理软土盾构隧道的横向收敛提供借鉴。     

托口电站河湾地块帷幕灌浆效果可视化分析与评价

帷幕灌浆工程施工条件隐蔽、影响因素复杂,对灌浆效果的分析与评价是灌浆工程的重要研究课题.由于受传统评价方法本身的限制,对灌浆效果的评价多依赖对局部灌浆质量的分析,而忽略浆液宏观分布的影响.文章以托口电站河湾地块帷幕灌浆工程为例,依据帷幕灌浆各孔段的灌浆参数和施工数据,通过三维可视化分析方法生成单位吸灰量的分布云图,从浆液宏观分布上对灌浆效果展开分析和评价,结果表明:1)灌浆断面中以白垩系红层为代表的风化程度高、结构疏松、孔隙率大、岩体软弱破碎的地层,单位吸灰量较其他地层显著增加;2)岩溶孔洞越完整、岩溶通道越丰富、连通性越强的岩溶区域的单位吸灰量越大,并且在溶洞周围单位吸浆量有增大的现象;3)可视化分析成果图显示出防渗帷幕具有良好的连续性,帷幕的覆盖范围达到设计要求;4)实践表明,引入三维云图,从浆液宏观分布上对灌浆效果的评价是可行的.利用可视化分析的方法表达灌浆物理量空间分布,从宏观上展示了灌浆效果,为评价灌浆效果提供一种行之有效的辅助方法,同时可为帷幕的补漏提供直观的决策依据.