盾构周围空隙充填控沉材料配合比研究

通过配合比试验和正交试验分析了盾构周围空隙充填控沉材料各组分对黏度、保水率、十字板剪切强度的影响。结果表明：防水剂与缓凝剂的比例是材料成型的关键；对于黏度和保水率，增稠剂与主剂的质量比、主剂与水的质量比较重要，对于十字板剪切强度，水泥与主剂的质量比较重要；增稠剂与主剂的质量比对A液与成型后膏体黏度的影响比主剂与水的质量比大；随B液占比提高，成型后膏体黏度先增大，B液占比12%时黏度达到最大值，随后稍微减小；固液比在0.6～0.8时，成型后膏体黏度随固液比增大而增大。采用偏最小二乘法对实测数据进行拟合得出黏度、保水率、十字板剪切强度的拟合公式，并给出不同地层浆液配合比。实际应用时可根据地层实际情况选择浆液配合比，再通过拟合公式预测浆液性能，从而快速合理配制浆液。     

基于浆液黏度时变性的盾构壁后注浆模型研究

研究目的:盾尾同步注浆是盾构施工过程中重要环节之一,其浆液包裹促使管片处于"悬浮漂移"状态,稍有不慎极易造成隧道结构上浮或错台,进而引起管片开裂破损。基于Magg柱面扩散理论,推导考虑浆液黏度时变性与否两种情况下盾构隧道壁后注浆浆液扩散半径和注浆压力公式,通过算例对比分析注浆过程中隧道管片压力随时间、同步注浆浆液初始压力、扩散半径变化规律,为盾构管片设计施工提供理论基础。研究结论:(1)无论考虑浆液黏度时变性与否,管片所受压力及浆液扩散半径均与时间呈正向增长关系;(2)浆液扩散半径与初始注浆压力呈正向增大关系,管片所受到的压力与初始注浆压力呈指数增长关系;(3)不考虑浆液时变性的计算结果均高于考虑浆液时变性的计算结果的5%～10%,最大可超过70%,实际盾构同步注浆应予以重视;(4)实际工程可以通过调节初始浆液黏度比来降低管片压力,其初始浆液黏度比有效调控范围在2～6之间;(5)本研究成果可为盾构隧道结构设计和施工提供参考。     

聚氨酯复合注浆材料浆液扩散特性及应用研究

山岭隧道所处地层大多节理裂隙发育，水系丰富，由此引发的突涌水灾害普遍具有突发性高、危害性大和破坏性强等特点，直接威胁隧道施工安全。基于化学改性和无机-高分子杂化技术，以聚氨酯材料与普通硅酸盐水泥为基础，结合复合功能助剂，制备得到聚氨酯复合注浆材料。通过对该复合注浆材料的SEM观测，分析浆材固结体的防渗性能。通过水槽注浆模拟试验，研究注浆材料的浆液扩散和抗冲刷特性。利用Galerkin有限元法建立连续模型方程，数值模拟浆液的流动过程，分析注浆过程中的流场特征。通过现场工程应用，验证该复合注浆材料对山岭隧道突涌水的注浆封堵效果。研究结果表明，有机/无机杂化的空间互穿网络凝胶结构，提高了结石体的力学性能和防渗性能。浆液在动水环境下的富水砂砾地层留存率高，扩散程度好，注浆封堵效果明显。数值模拟结果与现场试验基本相符，对复合注浆材料浆液流场特征进行分析，有助于实现地下突涌水注浆治理全过程的优化控制。山岭隧道突涌水的现场应用表明，使用复合注浆材料对富水地层注浆后无渗水现象，后期经过长时间观测，封堵效果和耐久性优异。     

考虑迂曲度的水泥-水玻璃双液浆柱形渗透机制研究

目前,水泥-水玻璃双液浆在工程中的应用日益增多,但对考虑迂曲度的双液浆扩散机制研究较少。假定水泥-水玻璃双液浆为具有黏度时空效应的宾汉姆流体,考虑迂曲度的影响并认为浆液沿柱形渗透扩散,推导得到水泥-水玻璃双液浆的浆液扩散半径计算公式。对比浆液扩散半径的计算值与工程案例试验值,两者吻合较好,从而验证了计算公式的可靠性。分析注浆终压、注浆管内浆液流速和柱形加固区高度对不同水泥-水玻璃双液浆配比的浆液扩散半径的影响。研究结果表明：当水泥-水玻璃双液浆配比不变时,浆液扩散半径随注浆终压和注浆管内浆液流速的增加而增加,随柱形加固区高度的增加而减小;当水灰比为1时,保持注浆终压、注浆管内浆液流速、柱形加固区高度不变,水泥-水玻璃体积比为1∶1时的浆液扩散半径较2∶1和3∶1时大,应优先选用水泥-水玻璃体积比为1∶1的双液浆,此时为达到1 m的浆液扩散半径,考虑迂曲度时所需注浆终压约为不考虑迂曲度的1.4倍,因此有必要考虑迂曲度对双液浆渗透扩散的影响;考虑迂曲度后,浆液渗透扩散能力降低,且随着注浆终压、注浆管内浆液流速的增大和柱形加固区高度的减小,考虑迂曲度和不考迂曲度的浆液扩散半径的差值逐渐增大,...     

化学浆液凝胶时间测定方法探讨

浆液的凝胶时间是化学灌浆施工中的1个重要参数,既要满足注浆作业时间的要求,又要满足堵水加固的及时性要求,但是化学浆液凝胶时间还没有一套公认合理的测定方法。就脲醛树脂浆液的凝胶时间,对目前所用的维卡仪法、倒杯法、旋转黏度计法等进行了探讨,做了三种方法的对比性试验。通过试验认为,倒杯法简单、实用、方便,推荐使用并提出了其具体试验操作方法。     

预应力锚固工程用阻锈剂研究

针对预应力锚固工程锈蚀情况,制备出多种复合钢筋阻锈剂。进行阻锈剂在盐水溶液中的防锈性能试验、对不同水泥标准稠度用水量及凝结时间的影响试验和对流动度的影响试验,并对试验结果进行分析,得出合成氨基醇类阻锈剂G具有良好的阻锈性能,对碳钢阻锈性能略优于国外产品,且成本较低等结论。     

盾构隧道同步注浆浆液压力扩散模式研究

基于典型的四孔注浆,将盾构隧道同步注浆中的浆液看作惰性浆液,以单位时间内形成的盾尾空隙为浆液充填的横断面,以横断面内浆液压力的扩散过程为研究对象,借助于牛顿流体模型,运用流体力学与极限平衡法的基本原理,推导出盾尾空隙横断面内浆液压力的分布模型。通过工程实例分析表明:采用推导的浆液压力分布模型得到的计算结果与实测值吻合良好;在浆液刚注入盾尾空隙时,浆液重度对浆液压力初值分布具有决定性作用;后期浆液黏度(时间)的增长将导致浆液压力急剧降低;四孔注浆宜用于半径约为3 m的地铁盾构隧道;浆液压力随着盾尾空隙厚度的增大先呈抛物线形式增大,后逐步趋于稳定。     

淤泥质黏土地基注浆加固效果的研究

注浆是软土地区地基处理常用的方法之一,以上海某铁路软土地基注浆加固工程为依托,针对其第四层淤泥质黏土,就不同浆液含量及水灰比下注浆土的力学和水理特性进行了室内试验研究,并通过数值模拟分析了不同浆液含量及水灰比下注浆土对地基注浆加固的效果,得出淤泥质黏土注浆时浆液含量及水灰比的合理范围,可为类似工程实践提供参考、借鉴。     

盾构隧道注浆抬升浆液配制技术

注浆抬升是1种治理软土地区盾构隧道不均匀沉降的技术。其中,浆液性质是治理效果的关键因素之一。而浆液的初凝时间关系到注浆方案的确定,浆液后期强度关系到隧道治理的长久效果。结合宁波轨道交通某区间沉降治理,通过对不同配比的双液浆及单液浆展开研究,进行了大量室内试验,测定了2种浆液的初凝时间及抗压强度,为相关的盾构注浆施工提供参考。     

盾构隧道壁后注浆浆液时变性对围岩应力与变形的影响机理

为探究盾构隧道壁后注浆浆液在围岩内的渗透扩散行为,基于达西定律和流体力学,建立考虑与不考虑黏度时变性的浆液渗透扩散方程,并根据弹性力学原理,推导渗透压力作用下围岩的径向有效应力、切向有效应力和径向位移的计算方程;基于长沙地铁4号线盾构施工实测数据,借助Matlab软件对方程进行计算分析,提出壁后注浆对围岩的影响机理。结果表明：壁后注浆浆液在围岩中的扩散半径随注浆压力和注浆时间的增加而增大;当考虑浆液的黏度时变性时,浆液扩散半径会缩小,特别是在长注浆时间（40 min）情况下,浆液的扩散半径相对于不考虑黏度时变性时缩小34.9%;随着注浆压力的增大,渗透区土体的径向有效应力增大,切向有效应力减小,且随着围岩距隧道中心距离的增加,最终均趋于原位围岩有效应力;壁后注浆渗透压力使围岩产生的径向压缩变形量随注浆压力的增大而增大,当注浆压力为0.42 MPa时,围岩内部最大位移达7.81 mm。     

石家庄地区无水砂层渗透注浆数值模拟研究

石家庄地铁矿山法施工地段需要穿越大范围中粗砂和粉细砂等无水砂性地层,这类地层的土体强度低,自稳能力差,为保证隧道施工安全,限制隧道变形及地表沉降,需进行超前注浆加固。以石家庄地区中粗砂地层为研究对象,考虑浆液粘度时变性,配置不同水灰比的水泥浆液进行室内试验,测试其粘度,得到不同水灰比的水泥浆液粘度的时间变化函数,并将粘度时变函数引入到有限元软件COMSOL Multiphysics中,研究不同注浆压力、浆液粘度、介质孔隙率等参数对注浆的影响规律,优化了注浆设计参数,研究成果对于指导工程施工,具有重要借鉴意义。     

十字摩擦摆支座设计验证与应用分析

提出了一种新型结构的十字摩擦摆支座结构,其位移由2个十字交叉方向的滑移拟合而成,给出了其水平屈后刚度的计算式并对其等效摩擦系数进行了分析。通过设计建模、有限元分析及实体试验,验证了该结构的可行性,且能达到双球面摩擦摆支座的性能。在不同方向可以十分便捷地设计成不同的位移与水平屈后刚度,尤其适用于连续梁长大桥等纵横向自振周期相差较大的工程结构。     

时间对复合地基桩间土承载力的影响研究

结合青藏铁路西格段增建二线工程碎石桩复合地基工程实例,通过重型动力触探试验和桩间土承载力计算分析,研究了复合地基桩间土承载力随软土固结时间提高的特性,得到了动力触探曲线随时间变化的规律;理论分析了地基处理后瞬时桩间土承载力与处理前地基承载力的关系,得到了时间对桩间土承载力影响的规律,给碎石桩复合地基的处理效果提供评价依据,为碎石桩复合地基上层的路基施工提供科学指导.     

地铁隧道施工期管片上浮原因及抗浮措施研究

地铁隧道施工时常面临管片局部或整体性上浮的问题,且局部上浮过大易引发螺栓连接件受力过大而断裂、管片破损等施工风险。通过宁波地铁软土地层隧道施工期发生较大管片上浮的工程实例,从同步注浆浆液特性、总推力竖向分力、隧道周边土层特性,及同步注浆压力等方面对施工期管片上浮的原因进行了分析,提出了相应的抗浮控制措施。研究表明:该工程采用强度较低和初凝时间较长的浆液配比,竖直向上的总推力竖向分力过大,以及隧道周边地层特性是引发管片上浮的重要原因,并提出了采用可硬性浆液、下坡段仰头掘进、控制上下部注浆点位、控制实际掘进轴线在设计轴线下一定高度等抗浮措施。     

考虑浆液时空效应的幂律型流体盾构壁后压密注浆模型研究

盾构壁后注浆已广泛应用于地下工程建设中,但是其注浆压力分布理论研究尚不能满足工程需要。为明确注浆填充压力大小及分布,基于流体力学、弹性理论相关原理及质量守恒定律,揭示了盾构壁后压密注浆机理,建立了考虑浆液时空效应的幂律型流体压密注浆模型,推导了相关计算公式,并得到以下结论:(1)浆液质点压力主要与初始注浆压力、管片半径、粘度增长时间、角增量、流变指数、盾尾间隙、粘性时变系数等参数有关;(2)通过分析计算考虑时空效应的幂律型流体压密注浆模型,得到浆液质点向上扩散时,浆液压力整体呈下降趋势;浆液质点向下扩散时,浆液压力整体上呈先上升后下降的趋势;(3)通过进一步分析浆液压力的分布变化规律,得到各注浆孔之间的最优夹角及浆液的最优扩散时间,同时与已有的研究成果相比较,可知本文的研究成果具有工程推广价值。     

萘系减水剂与缓凝成份复合效应试验研究

在总掺量一定的情况下，就萘磺酸盐高效减水剂与不同缓凝组分、缓凝型减水剂等复合后对水泥净浆流动度、缓凝作用、胶砂强度发展等性能的影响作用进行了试验分析，结果表明各不同组份复合的相容性不同，复合效应也存在差别。     

萘系减水剂与缓凝成份复合效应试验研究

在总掺量一定的情况下，就萘磺酸盐高效减水剂与不同缓凝组分、缓凝型减水剂等复合后对水泥净浆流动度、缓凝作用、胶砂强度发展等性能的影响作用进行了试验分析，结果表明各不同组份复合的相容性不同，复合效应也存在差别。     

水下浅埋小间距暗挖隧道灌浆技术与效果评价研究

灌浆工程为浅埋、小间距水下隧道,针对研究区隧道围岩为强风化砾岩、泥质胶结、物理力学性质较差,砾岩裂隙不发育且宽度小,且要求灌浆后隧道围岩有较高强度(大于3 MPa)和不发生有害的渗水,选择能灌入较小裂隙和强度高的超细水泥。灌浆时掺加0.5%左右的减水剂,降低黏度,提高浆材的流动性,便于灌入细微裂隙中,提高其可灌性。加入10%左右膨胀剂,利于防渗补强。根据被灌入的岩土层特性和加固要求,合理选择灌浆浆液性能参数和灌浆参数,并在现场灌浆试验验证。通过浆液配比试验、现场与室内检测,认为该隧道灌浆效果较好。灌浆后围岩物理力学性质有较大改善,强度有较大提高,围岩渗透性很弱。研究成果可供类似工程的研究、设计和施工参考。     

考虑浆液稠度变化的盾构壁后注浆扩散模型

盾尾脱离管片后,在土体与盾构隧道管片间形成一个环形柱状空隙,对盾尾空隙进行壁后注浆是控制地层应力释放和地层变形的重要手段。以幂律型浆液为研究对象,建立恒定注浆速率条件下盾构隧道壁后注浆渗透扩散模型,分别推导浆液渗透扩散区内稠度时空变化与空间稠度不变时的压力时空分布方程及因注浆造成的管片压力计算公式;结合具体工程算例,分析浆液压力与注浆时间、浆液扩散半径之间的关系,讨论注浆压力、幂律型浆液水灰比和注浆时间等因素对管片所受压力的影响。并对浆液扩散区内稠度时空变化与空间稠度不变的计算结果进行相应的比较,说明盾构壁后注浆考虑稠度时空变化的必要性。研究成果为盾构隧道壁后注浆参数的选择提供一定的计算依据。     

聚羧酸系高效减水剂与缓凝剂复合对水泥水化历程的影响试验研究

通过用聚羧酸系高效减水剂与三聚磷酸钠、硼砂、六偏磷酸钠、葡萄糖酸钠、柠檬酸、木钙、糖钙、蔗糖等8种缓凝剂复合,研究其复合后对水泥标准稠度净浆凝结时间的影响,以及与葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠、木钙、糖钙等4种缓凝剂复合研究其复合后对水泥水化历程的影响。研究结果表明：与三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、柠檬酸、糖钙、蔗糖复合使用对标准稠度水泥净浆有促凝作用,而与硼砂、葡萄糖酸钠、木钙复合使用却能显著延长标准稠度水泥净浆凝结时间。但是,当其与葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠、木钙、糖钙复合使用时与单独使用聚羧酸系相比,却能推迟水化温峰出现时间,降低1d．3d水化热,而且糖钙还能降低温峰。在实际工程应用前应先进行水泥适应性、缓凝剂品种的选择以及掺量试验,以便更经济更有效地满足具体施工要求。