盾构隧道同步注浆新型双液注浆材料的研究与应用

盾构隧道的上浮易导致隧道管片错台、破损、渗漏和隧道超限等问题,进而影响到地铁隧道的验收与运营。通过分析管片上浮的主要原因,提出改进同步注浆设备,并在盾尾处采用常规同步浆液与聚丙烯酰胺水溶液(双液浆)相混合注入管片与开挖面之间的空隙。通过实验分析得出,注入空隙处的双液浆短时间内增稠,浆液成为塑性体,使管片的浮力降低许多,抗水分散性明显提高。通过实际应用,此种新型双液浆有效地填充了管片与开挖面之间的间隙,使隧道上浮量明显降低,提高了成型隧道的质量,解决了盾构隧道上浮的难题。     

C-S双液浆分段止水技术在木冲隧道中的应用

隧道施工过程中常常遇到涌水、流砂等地质灾害,如果采用单液注浆处理,止水固结效果不明显且延误工期,留下安全隐患.C-S双液注浆止水固结技术是一种更为新型、有效的止水固结技术,其在木冲隧道施工中得到成功运用,且使该隧道快速、安全、高质量地穿越了2条区域性富水断层和2条次级涌水断层,使隧道双液注浆止水固结技术展现了显著效果,...     

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...     

考虑管片环间接头效应的盾构隧道抗浮计算与控制分析

为分析盾构隧道施工过程中的上浮问题,分别定义管片环间接头及上覆土产生抗浮作用为接头抗浮效应和上覆土抗浮效应.在考虑纵向螺栓预紧力和顶进千斤顶残余力产生的端面摩擦力,以及上覆土重力的前提下,分析了盾构隧道的抗浮计算式,并通过一具体实例对盾构隧道抗浮进行了计算.分析结果表明:该计算式将注浆压力、纵向螺栓的许用剪应力,以及上覆土的厚度联系起来,在上覆土厚度一定的条件下,能够计算出防止连接螺栓剪切破坏的最大注浆压力,在注浆压力一定的条件下,能够求出满足抗浮要求的最小上覆土厚度.     

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。     

盾构施工壁后同步注浆对隧道管片的影响分析

以厦门市轨道交通一号线集美中心站-诚毅广场站区间隧道为依托工程,利用数值模拟的方法,设置了9个工况研究不同注浆参数对盾构隧道管片受力的影响。结果表明:管片所受到的最大压应力值远小于混凝土的极限抗压强度,但随着注浆浆液重度或注浆层厚度的增加,管片所受到的最大拉应力值可能达到或超过混凝土的极限抗拉强度,从而导致管片发生破坏。     

盾构管片壁后新型同步双液浆开发及工程应用

针对盾构施工中管片易发生上浮、错台等不良现象,通过室内试验对促强干粉（A料）、液体激发剂（B料）不同掺比的同步双液浆进行物理特性测定,并基于此开发出一种新型可调节初凝时间的同步双液浆。研究结果表明： 1）合理调配A料、B料掺比,同步双液浆的初凝时间可控制在30~60 min; 2）新型双液浆的初凝时间、流动度主要由B料控制,随着B料掺比的增加,初凝时间、流动度显著减小,当B料掺比大于3%后趋于稳定; 3）新型双液浆结石体强度由A料、B料共同控制,当A料、B料掺比分别为1.5%、3.5%时,结石体强度基本达到最大值; 4）A料与B料的最优掺比分别为1.5%~3.71%、1%~2.2%。在广州市中心城区地下综合管廊工程采用该新型同步双液浆,管片拼装质量得到了大幅提高,表明开发的新型双液浆具有良好的充填性与泵送性,克服了单液浆和传统双液浆在全断面围岩地层同步注浆的施工难题。     

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。     

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。     

双车道高速公路越江盾构隧道管片结构开发与力学分析

针对双车道高速公路越江盾构隧道,开发了一种10块等分管片结构,并进行了力学分析.结果表明:通缝拼装管片结构的变形较大,弯矩和剪力最小,纵向螺栓的剪力为零;而错缝拼装的变形较小,弯矩和剪力最大,纵向螺栓剪力较大;两种拼装条件下轴力变化不大;水土分算情况下管片结构的内力和变形比水土合算的要小.10块等分管片在特定的错缝拼装条件下,每一环管片的内力和变形是相同的,可改善管片结构的受力特征、减少配筋量.管片一环10块等分有利于优化配置运输能力和管片拼装机械手的拼装能力,同时减少管片的接头数量、增加隧道衬砌的防水能力,值得在我国双车道高速公路越江盾构隧道中推广应用.     

盾构隧道同步注浆材料对管片力学行为的影响研究

同步注浆主要功能是控制地层变形和地表沉降,同时有效地防止管片在推进过程中发生过大的偏转,避免管片接头受力过大而发生破损。以现场实际工程为背景,通过建立地层-注浆层-管片耦合的三维数值模型,对同步注浆材料强度与管片力学行为之间的相互影响进行数值模拟研究,同时结合材料试验及现场监测数据对数值计算结果进行验证。     

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。     

非均匀注浆盾构隧道管片纵缝错台量三维有限元分析

注浆压力是造成管片纵缝错台的主要原因之一,通过ABAQUS软件建立三维有限元模型对该因素导致管片的纵缝错台量进行计算。模型考虑了土层、注浆层、管片、螺栓之间的互相作用,同时结合实际工程考虑浆液因扩散对管片造成的压力,对管片布置浆液压力荷载。分别计算了4孔对称注浆,注浆压力在0~0.5 MPa范围变化时均匀注浆、非均匀注浆工况下管片纵缝错台量。结果表明： 非均匀注浆对封顶块和邻接块间错台量影响较大,且注浆压力不均匀程度越大该接缝错台量越大,最大错台量达到1.35 mm;对隧道拱腰处接缝错台影响较小,均为0.1 mm左右。拱底管片接缝错台受下部注浆孔注浆作用影响较大,下部注浆孔无注浆时错台量最大值达到0.75 mm。相对于前人研究多重因素下的管片极限错台量10 mm,非均匀注浆因素造成的管片纵缝错台不容忽视。     

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。     

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。     

湛江湾跨海盾构隧道管片变形与受力分析

以湛江湾跨海盾构隧道工程为背景,应用数值分析方法,建立了单环衬砌结构的三维有限元精细模型,研究了在不同水头作用下单环管片结构以及接缝部位的变形情况。采用修正惯用法得出在最大水头作用下管片结构的内力分布,由此推算出管片内、外侧的环向钢筋应力,并与现场的应力监测数据进行对比。研究表明： 1）高水压作用下,单环管片衬砌的变形呈现“横鸭蛋形”,且管片结构变形和接缝张开量均与外水压力变化呈线性关系; 2）作用水头每增加10 m,衬砌结构中各接缝张开量绝对值约增加0.5 mm; 3）采用修正惯用法计算得到的钢筋应力与实测结果较为吻合,较好地反映了隧道管片的实际受力状态。     

考虑行波效应的盾构隧道多点振动台试验

为了研究长盾构隧道在考虑行波效应的地震动作用下的纵向响应规律,以上海沿江通道盾构隧道为原型,利用多功能振动台台阵系统,设计并完成了盾构隧道的多点振动台模型试验。鉴于长大盾构隧道工程规模和多点振动台试验系统的能力,试验几何相似比确定为1∶60;基于Buckingham-π定理以及量纲分析方法,确定了试验所需的土与结构的动力相似关系;为了模拟沿隧道纵向的行波输入,设计并制作了节段式模型箱,箱体总长22m,分为4个主动箱以及3个从动箱,箱体之间通过弹簧铰相连;以砂子和锯末按照一定质量比拌合来优化配置模型土,并通过室内三轴试验进行测试验证;考虑土-结构相对刚度相似比为控制指标,选取PE材料作为模型材料;根据刚度等效原理,设计并制作了盾构隧道的多尺度结构模型。试验以上海人工波为地震动输入,通过一系列工况的多点振动台试验模拟,得到了行波效应下盾构隧道模型结构的地震响应规律。试验测试数据包括行波效应下模型土和模型结构的加速度响应、隧道管环环缝的伸缩量响应等。对比分析了一致输入和行波输入下隧道结构的动力响应。试验结果表明:相比一致激励输入,行波效应会明显放大模型结构的加速度响应和环缝变形响应,从而对隧道抗震产生不利影响;地震动非一致激励应该在盾构隧道的纵向抗震设计中得到足够重视。     

盾构隧道通缝拼装管片错台的理论分析

随着盾构法隧道施工技术的发展和众多问题的解决,管片错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显,对工程质量有直接的影响。盾构隧道管片的错台主要归因于隧道管片间的差异性位移。分析以上海轨道交通二号线西延段盾构隧道工程为背景,在对隧道的不同类型的管片详细的受力分析的基础上,运用达朗贝尔原理对管片的位移进行了理论分析。最后,分析得出了不同类型管片的位移计算公式,并推导得出了管片之间的错台公式。该公式描述了管片错台与管片受力、弹性密封垫性质等因素的一个定量关系,为消除盾构隧道管片在推进过程中的错台,确保施工精度,提高工程质量提供了理论依据。     

基于FP-Growth算法的盾构掘进参数与隧道管片渗漏关联性分析

为研究隧道管片渗漏与盾构掘进参数之间的关联性,对关联规则中的Apriori算法与FP-Growth算法进行比较,选择FP-Growth算法作为文章研究使用的关联规则算法。选取关键掘进参数并对其数据筛选、划分及编码。采用FP-Growth算法,结合Matlab数据分析语言编程,挖掘基于掘进参数频繁项集的管片渗漏关联规则,分析关键掘进参数渗漏原理。依据渗漏频繁项集和渗漏规则,推荐4个关键掘进参数组合的预设范围,并应用在某隧道东线的盾构掘进中。结果表明,关键掘进参数组合优化后的成环管片发生渗漏的概率降低29.36%。     

盾构隧道双层车道结构与管片不同连接形式的受力分析

随着社会经济和城市化进程的加快,建筑结构工业化程度逐渐提高,预制装配技术在城市隧道建设领域逐渐发挥出重要作用。然而如何优化结构受力体系及节点构造、满足抗震及防水要求、提高预制装配水平仍然是城市隧道预制装配技术中的关键问题。结合上海诸光路通道新建工程,分析四种上层车道板与预制管片连接方式下的管片-内部结构体系受力特征,并结合接点构造措施,对比分析四种预制车道板与管片连接方式的优缺点,为盾构隧道双层车道结构选型提供技术支持。