考虑注浆填充率的大直径盾构管片上浮解析解与应用

大直径盾构隧道管片上浮问题是目前隧道建设难点。以大直径盾构隧道施工阶段管片上浮问题为背景,研究硬岩地层大直径盾构管片上浮影响因素,并考虑管片壁后同步注浆的填充效果,深入探究大直径管片上浮规律,为盾构施工速度和注浆效果的控制提供参考依据。根据硬岩地层大直径盾构注浆填充率不足的特点,从管片横向受力角度建立单环管片上浮计算公式。基于弹性地基梁理论建立隧道纵向上浮分析模型,通过梁的挠曲线微分方程并结合边界条件与变形协调方程,推导出考虑浆液填充率和时效性的管片上浮变形及内力的简易解析解,进而采用总量法获得了隧道纵向多环累计上浮量。结合工程实例进行了参数敏感性分析,研究结果表明：隧道管片上浮解析解的计算结果与实际工程监测数据吻合良好,能够有效揭示隧道上浮过程中的变形规律、管片弯矩和剪力变化特征;上浮规律表现为激增段、缓降段和平稳段;浆液填充率、时效性和地基基床系数对大直径盾构上浮比较敏感,盾体间隙的增大易导致填充率不足,同步注浆应严格控制注浆压力和注浆量;浆液初凝时间和掘进速度直接决定单次注浆影响范围和上浮力大小。研究结果可用于盾构隧道管片上浮及变形预测,在掘进过程中可根据影响因素与上浮关系进一步调整施工参数,对大直径盾构隧道设计与施工具有一定指导意义。     

考虑浆液黏滞特性的大直径盾构隧道管片上浮机理分析

通过对大直径盾构隧道管片进行受力分析,研究了盾构隧道管片的上浮机理,认为浆液产生的浮力是管片上浮的主要原因。考虑到浆液的凝固特性,浆液浮力将随注入的时间而减小,管片上浮运动状态将产生变化。基于此,认为管片脱离盾尾后的上浮量主要包括3部分:①管片在浆液中上浮运动产生的上浮量;②管片上覆土压缩引起的上浮量;③管片自身的受力变形。之后,考虑了浆液的黏滞特性,通过运动学及弹性力学的方法推导了管片上浮量的计算公式,并对上海某新建大直径公路隧道施工阶段管片的上浮量进行了计算对比。最后,结合管片上浮参数分析提出了管片上浮的控制措施。     

超大直径盾构隧道同步双液注浆原位试验研究

为探明水泥-水玻璃双液浆在超大直径盾构隧道工程中的浆液特性、扩散形态及注浆填充效果，在北京东六环京哈高速—潞苑北大街区段盾构隧道工程负环段进行同步双液注浆原位试验，通过在负环管片上安装钢套筒的方式形成盾尾注浆间隙，并采用土压力和孔隙水压力传感器检测同步双液注浆过程中盾尾间隙内压力的分布及变化情况，探明双液浆的胶凝特性及初步扩散形态。注浆完成后，通过现场取样和三维激光扫描的方式揭示双液浆的物理力学性能和注浆填充效果。研究结果表明： 1）在同步双液注浆过程中，双液浆浆液压力整体呈“单峰”式曲线变化，即注浆开始后传感器量值随浆液注入快速增加，在注浆停止后传感器量值迅速下降，然后缓慢下降，最后稳定至一定量值； 2）由于原位试验过程中室外温度变化大、湿度低，并且存在混合不均及双液浆产物不稳定的问题，现场取样测得的抗压强度略低于室内试验所测得的抗压强度； 3）由三维激光扫描结果可知，适当调整注浆参数后双液浆能够很好地填充盾尾间隙，注浆圈无明显缺陷。     

盾构管片上浮量变化规律及简化算法研究

在大多数软弱土层盾构隧道施工中管片上浮问题十分突出,严重时往往会导致管片破损和接缝错台。为诠释该现象的发展过程,为其预防控提供合理化建议,从实际出发,利用现场试验对管片脱离盾尾后管片上浮全过程进行了跟踪监测,并记录了各上浮管片的隧道收敛变形量加以分析。分析发现,管片脱离盾尾后的上浮规律大致分为加速阶段、平缓阶段和稳定阶段,并且第一阶段管片上浮最快,其上浮变化量占总上浮量的80%左右。隧道管片脱离盾尾后随着同步注浆浆液初凝时间的延迟,其上浮量逐渐增大,当浆液初凝后上浮量增幅变缓。伴随着盾尾管片的上浮,隧道收敛变形也随之线性增加,管片的竖向压缩量与水平拉伸量的比值大体介于0.6~0.9之间,呈现“横鸭蛋”形态。此外,提出了一种简化的盾构隧道管片上浮计算方法,该方法同时考虑了注浆浆液黏度时效性、静态上浮力、地层卸载回弹力、注浆压力、管片自重及环缝处管片摩擦阻力的影响。     

盾构隧道管片上浮与对策综述

根据国内外盾构隧道施工中管片上浮现象,建立施工过程中的管片受力模型,分析管片上浮的实质原因：包括盾构姿态、隧道纵向刚度、同步注浆浆液未凝固段的长度、地层性质等,并提出控制管片上浮的主要措施。以期能对盾构隧道控制施工精度起到借鉴作用。     

考虑黏度时效性与空间效应的C-S双液浆盾构隧道管片注浆机理分析

在假定C-S双液浆符合宾汉姆流体的基础上,考虑双液浆黏度时变性与空间效应,并认为盾构隧道管片注浆符合球形渗透模型,通过平衡方程与Dupuit-Forchheimer公式,对宾汉姆流体壁后注浆渗透扩散规律进行理论分析,得到C-S双液浆扩散半径计算公式以及管片受力计算公式。通过具体实例分析了注浆压力、注浆管内浆液流速以及C-S双液浆黏度参数A与参数Y对浆液扩散半径及管片受力的作用,对比了不同注浆参数对注浆效果的影响。结果表明:浆液扩散半径随注浆压力与注浆管内浆液流速的增大而增大,随黏度参数A与参数Y增大而减小,其中注浆压力与参数Y对浆液扩散影响较大,注浆管内浆液流速与参数A对浆液扩散影响较小;管片受力随注浆压力与注浆管内浆液流速增大而增大,但注浆压力的影响效果不断增大而后趋于稳定,注浆管内浆液流速的影响效果不断减弱而后趋于稳定;管片受力随参数A与参数Y增大而减小,其中参数A对管片受力的影响呈负线性关系,影响效果较弱,参数Y对管片受力的影响呈现"三段式"变化——缓慢减小阶段、加速减小阶段以及快速减小阶段,影响效果明显。     

全断面硬岩地层盾构隧道管片上浮控制技术研究

为了解决盾构在全断面硬岩地层中管片上浮的问题,确保管片衬砌的施工质量,结合广州7号线某全断面硬岩段的盾构施工,从力学条件和空间条件等方面分析了导致管片上浮的原因和机制,从盾构施工和设计等方面提出了减小管片上浮的新措施。包括:采用豆砾石回填灌浆工艺进行管片壁后填充、利用止浆环与隔水环防止浆液流失、半敞开式掘进提高同步注浆的填充效果、采用前盾底部设计千斤顶防止盾构栽头等。     

盾构隧道壁后注浆中“定时浆”试验研究

我国盾构隧道广泛使用凝结时间较长的单液浆，但由于注入后不能及时凝结常常引发管片上浮、浆液流失等工程问题。针对这些问题提出“定时浆”的概念。通过在单液硬性浆中添加氯化铝溶液与水玻璃，基于浆液的胶结时间、流动度、28 d强度等指标研究了“定时浆”的配方。结果表明： 1）通过先加入氯化铝溶液再加入水玻璃的方法，可以实现浆液“定时”凝结； 2）在硬性浆中掺加0.50%~0.75%的氯化铝溶液、1.00%~1.25%的水玻璃，可以达到良好的定时效果； 3）通过简单的注浆设备改造可以形成“双液单注”的定时注浆工艺。     

浅覆土条件下盾构隧道同步注浆现场试验研究

盾构隧道不同覆土条件会造成隧道受荷体系的大小及分布形式发生改变,对软土地层超浅覆土下盾构隧道同步注浆作用机理的研究具有重要意义。结合沿海地区某盾构隧道工程实例,针对盾构法隧道超浅覆土同步注浆施工中面临的土层管片受力不均衡、受施工影响敏感性较强等问题,研制出一种新型同步注浆浆液。通过现场监测和理论分析等方法,研究了土压力及孔隙水压力与埋深及盾构开挖位置的关系,重点分析了超浅埋盾构隧道同步注浆施工过程中隧道周围地层土压力的分布模式及孔隙水压力的变化规律,并给出了超浅覆土段盾构同步注浆施工的合理注浆参数。研究成果可以为类似工程的设计与施工提供理论指导。     

软土大直径泥水盾构隧道施工期上浮的控制措施

大直径盾构公路隧道在近工作井区段覆土较浅,施工期易产生上浮现象。借助以往软土地区泥水盾构隧道的设计经验,通过分析影响隧道上浮的物理环境和工艺操作,得到可能产生隧道上浮力的主要因素为地下水、同步注浆浆液、盾构姿态调整、地基回弹、泥浆后窜;间接影响隧道上浮趋势的主要因素有覆土厚度、地下水位、结构尺寸和材料重度、上覆土压缩特性、掘进速度和管片接头刚度。隧道抗浮的主要措施有增加上覆土临时压重、优化盾构施工参数与姿态控制、打设门式抗浮结构、改善注浆工艺及浆液性能、二次注浆、加强管片纵向连接等。     

基于地基回弹因素的盾构隧道管片上浮预测

针对软弱地层盾构隧道管片脱出盾尾后出现的上浮问题,分析盾构施工过程中管片上浮的诱因,得出软弱地层中管片的上浮主要是地层应力重分布产生的地基回弹力引起的。在此基础上建立隧道开挖动态模型,分析隧道上浮量变化规律以及地层特性对管片上浮量的影响规律,得出地层弹性模量和管片上浮量呈一定的指数关系,且弹性模量对管片上浮量的影响远大于地层黏聚力和内摩擦角。通过力平衡理论计算盾构开挖引起的地层回弹力、管片上浮量以及隧道上浮影响的地层高度范围,并通过对珠江狮子洋工程管片上浮量的计算与实测对比,证明该公式的合理性,为盾构隧道工程中考虑地基抗力引起的管片上浮量预测提供一种新的方法。     

盾构隧道双液同步注浆GPR检测模型试验

为探究超大直径盾构隧道双液(C-S)同步注浆的填充效果,控制地层损失并保证隧道结构具有良好的受力和防水性能,以江阴-靖江过江盾构隧道为工程背景,测试并分析了单/双液浆拌和后48 h内的相对介电常数和电导率的时变特征规律,结果表明：双液浆的电性参数比单液浆变化趋势更稳定,相对介电常数在注浆后12～48 h趋于稳定,测试时间内电导率值分布在4.12～5.47 mS·m^-1区间。搭建了含注浆体空洞和厚度凿薄2种缺陷的管片-注浆体-土体多层介质足尺试验模型,在模型高度方向0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 m处分别设置5条测线,采用搭载400、900 MHz双频探地雷达(GPR)的车架随行式检测机构,对注浆后24、48 h注浆体开展探测试验;利用自主开发的TGIS软件对试验数据进行去除背景、滤波、增益等处理,结合基于有限时域差分法的gprMax数值模拟结果对比,从单道波形和成像结果两方面分析了不同频率和不同检测时间下GPR的成像规律及检测效果,发现注浆后48 h内的双液浆电性参数变化对GPR反射波形的相位和振幅影响较小,该时段内可作为双液浆检测的合适时机。注浆体厚度凿...     

富水砂层盾构隧道双液浆属性与施工进度关系研究

为实现富水砂层盾构快速施工,将双液浆首次应用于苏州富水砂层盾构施工中,结合苏州地铁5号线实际监测数据,研究浆液凝胶时间与盾构掘进速度之间的关系,选出浆液各项参数的合理范围,并提出一套切实可行的选型配比方案,实现了浆液凝胶时间100s以内的精确可控,成功解决了以往注单液浆管片上浮、沉降过大以及掘进速度慢等问题。     

盾构壁后注浆压力分布计算模型

为了明确盾尾空隙中浆体压力的大小及分布形式.利用宾汉姆流体描述浆液流体性质,推导了浆液注入盾尾空隙后考虑浆液扩散距离和注浆时间相关的浆体压力分布计算模型.该模型通过室内试验获得浆液的塑性粘度和屈服强度值,即可针对具体的工程实例,设置不同的参数(注浆孔数量及布设位置、注浆压力、隧道半径等参数)来计算浆液注入后的浆体压力值...     

盾构快速掘进下同步注浆材料优化配合比设计

在台山核电取水隧洞施工过程中,管片监测结果显示1#隧洞前期上浮和错台较大,为防止管片上浮挤压破坏盾尾刷,同时解决上浮量较大时管片成型质量较差的问题,从同步注浆浆液配合比入手,采用配合比设计、试验改进配合比的方法,研究减水剂、聚丙烯纤维及絮凝剂对同步注浆浆液性能的影响。通过调整胶凝材料组分、水胶比,添加絮凝剂、有机纤维和减水剂,制备出可减少管片上浮、抗水分散性好、抗渗性好于一体的高性能同步注浆材料。根据实践情况,优化后的配合比能有效地减小管片上浮,满足盾构快速施工条件下的管片成型质量要求及盾尾抗渗水性能。     

狮子洋隧道同步注浆与二次注浆技术

狮子洋隧道为全断面穿越基岩地层的大直径盾构隧道,在基岩地层施工过程中发现的同步注浆浆液流失的问题不同于一般软土盾构隧道,同步注浆浆液需改善其抗水分散性。通过在浆液中掺水溶性的有机絮凝剂的方式调制抗水分散同步注浆浆液,并采取同步注浆与适当的二次注浆相结合的注浆方式保证壁后填充效果。施工后采用探地雷达对全盾构隧道壁后注浆层进行检测,以确保盾构结构安全稳定。     

某盾构隧道管片隆起成因分析与对策

某地铁盾构隧道贯通后,在其正上方进行房建基坑开挖过程中,突然出现了盾构管片上隆现象。为了查明盾构隧道管片上隆是否是受基坑开挖卸载影响所致,进行了数值模拟和现场分析。分析结果表明:在隧道覆土超过一定深度时,基坑开挖卸载对隧道变形影响较小;盾构隧道注浆不密实可能引起轨道上浮。为此,针对性地提出了该工程的处治对策,可为类似工程的处治提供经验。     

盾构隧道壁后注浆试验与浆液扩散机理研究进展

盾构隧道壁后注浆具有控制地层变形、确保管片受力均匀等作用,但壁后注浆施工中也常出现隧道上浮、管片破损、螺栓剪断等现象,壁后注浆效果与注浆施工参数的控制密切相关。为达到预期注浆效果,深入研究壁后注浆过程中浆液的扩散机理,提出合理的壁后注浆施工控制策略具有重要现实意义。基于目前国内外学者在盾构隧道壁后注浆浆液扩散机理方面所开展的工作,从现场实测、模型试验、理论分析3个方面进行梳理总结,分析现有研究的进展和不足。在现场实测方面,目前常用的监测手段是探地雷达无损检测法和埋设仪器法;室内模型试验包括整体模型试验和局部模型试验,整体模型试验主要用于模拟盾构掘进过程中的同步注浆施工,局部模型试验主要用于分析浆液固结变形以及压力消散过程;在理论分析方面,当前主要从盾尾间隙特征、浆液流体特性以及浆液-土体相互作用机理研究浆液扩散过程,浆液扩散过程可概括为充填、渗透、压密和劈裂4个阶段,充填注浆浆液的扩散模型主要是环形充填扩散和扇形充填扩散,渗透注浆浆液的扩散模型有球面渗透扩散和柱面渗透扩散,压密注浆浆液的扩散模型有球形压密扩散和柱形压密扩散,劈裂注浆过程很少考虑;在数值计算方面主要侧重于研究盾构壁后注浆对管片受力和地表沉降的影响。最后,分别从盾构隧道断面形式、理论模型的地层适应性、统一扩散理论模型、浆液扩散微观机理等方面展望了盾构隧道壁后注浆浆液扩散机理研究的发展趋势。     

盾构隧道开挖面涌水对地表沉降及管片内力的影响分析

土压平衡盾构在高水压砂层中掘进时,施工措施不当会使开挖面发生涌水涌砂险情,进而引起较大的地表沉降,土体下沉会使得管片严重变形,威胁施工人员的生命安全。以武汉地铁7号线小东门至武昌火车站盾构区间为研究背景,通过建立精细化数值模型,考虑水土流固耦合作用,研究土压平衡盾构在砂土层中掘进时开挖面涌水对地表沉降及管片和螺栓内力的影响。结果表明:开挖面涌水量与地表沉降呈线性关系,与管片螺栓内力呈非线性增长关系,较大的涌水量使隧道拱顶处发生严重的挤压变形,进而引起管片破损及螺栓屈服。因此,当开挖面发生涌水涌砂险情时,为防止地表严重下沉及管片破损,应尽快采取紧急措施减小涌水量。     

长沙—株洲—湘潭城际铁路湘江隧道开滨盾构区间富水基岩地层管片背后注浆技术研究

盾构施工管片背后注浆是保证隧道安全、质量及控制地表沉降的关键因素,更与施工成本息息相关。大直径土压平衡盾构在富水基岩中施工时,由于其管片背后填充空间大、富水基岩地下水冲蚀,同步注浆效果差,注浆质量对工程安全、质量及成本的影响显得尤为突出。通过对长沙—株洲—湘潭城际铁路湘江盾构隧道的施工过程研究分析,针对大直径土压平衡盾构富水基岩地层管片背后注浆普遍存在的问题,采用"同步注浆、补充注入砂浆、二次补强注浆及封闭环施工"的施工方法,经过施工过程的调整和优化,确保了管片背后注浆质量的安全可控,有效地降低了施工成本,取得了很好的效果。