渗透结晶型材料添加剂对水泥浆液性能影响试验

为获得可用于治理隧道渗漏水的高性能水泥浆液,选取具有优良防水抗渗性能的水泥基渗透结晶型防水涂料Penetron,将其以添加剂的形式加入到水泥浆液中,添加量为水泥总质量的0.6%～1.6%。参照规范使用维卡仪、旋转黏度仪等仪器对水泥浆液黏度、凝结时间和结石率进行研究,使用自行设计的渗透系数测定仪研究注浆体抗渗性能,通过抗压强度试验研究标准养护和全水域养护条件下浆液结石体、注浆体的力学性能,通过SEM扫描试验对添加Penetron的浆液结石体微观结构进行分析。结果表明：Penetron对水泥浆液黏度和凝结时间无负面影响,随着添加量的增多,浆液结石率显著提高,当添加量为1.6%时,浆液结石率可达98.7%;Penetron可改变注浆体内部孔隙结构,有效降低水泥浆液渗透系数,提高注浆体抗渗性能,当添加量从0%增加至1.6%时,注浆体渗透系数从5.03×10^-7 m·s^-1降低至3.40×10^-8 m·s^-1;Penetron的加入还可提高水泥浆液固结体的抗压强度,标准养护28 d,添加量为1.6%的注浆体抗压强度为5.36 MPa;在添加有Penetron的浆液结石体高倍SEM扫描图像中可见树枝状结晶体存在,且结晶体数量随Penetron添加量的增加而增多。根据试验结果和Penetron在水泥浆液中的作用机理分析,证明该材料可作为水泥浆液添加剂使用,当添加量为水泥总质量的1.4%～1.6%时,可获得用于治理隧道渗漏水的高性能注浆材料。     

动水环境下渗透注浆浆液扩散影响因素分析

通过广义两相达西渗透定律,应用数值方法研究了浆液在动水环境中扩散形态、注浆压力演化规律。计算结果表明,水流抑制浆液逆水流方向与垂直水流方向的浆液扩散,促使浆液顺水流方向扩散;注浆后期浆液逆水扩散距离与扩散开度存在极大值,不随注浆时间延长而增大;注浆初期注浆压力显著增大,注浆后期注浆压力基本保持稳定且注浆压力与注浆速度、浆液黏度、水头压力呈近似线性关系。     

水泥浆液黏度对全风化花岗岩注浆加固效果的影响

水泥浆液是隧道与地下工程水害治理与地层加固的常用注浆材料。针对利用水灰比调节水泥浆液黏度的传统方法在注浆治理工程中存在的局限性,通过掺加2种外加剂实现了水灰比为1：1的水泥浆液的黏度和流动度在一定范围内动态可调。选取典型工程中遭遇的全风化花岗岩为被注介质,开展了注浆模拟试验,研究了不同黏度浆液在全风化花岗岩中的扩散规律,分析了浆液黏度对注浆加固效果的影响机制。研究结果表明：水泥浆液在被注介质中整体呈现劈裂扩散模式,随着浆液黏度的增大,主劈裂浆脉扩展形态由"三叉形"逐渐向"折线形"转变,主浆脉宽度变厚,被注介质的单轴抗压强度和抗剪强度不断提高;在水泥浆液黏度为24.6 s时,加固土体的单轴抗压强度提高了87%,内聚力和内摩擦角分别提升了220%和46.6%,内摩擦角与抗剪强度随浆液黏度的变化趋势基本一致,可见内摩擦角的提升可作为影响被注介质抗剪性能的关键指标;临近18.8 s的浆液黏度是浆脉扩展形态转变和被注介质强度增长速率变化的敏感黏度。研究成果可为全风化花岗岩及类似地层注浆治理工程中的注浆材料选型、黏度调控及加固效果评价提供技术参考。     

流沙层注浆数值模拟研究

分析了流沙层地质结构特点,应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics对流沙层渗透注浆进行稳态与瞬态的数值模拟研究,分别计算了静水条件下和动水条件下注浆浆液扩散过程,分析了动水条件下浆液扩散规律,分析了不同注浆材料及不同注浆压力对浆液扩散过程的影响.研究结果表明:浆液在渗流场中大致呈钟形分布且都存在逆水流扩散区域,浆液与水之间没有明显分界面而是存在一个过渡区.压力从进水边界和注浆口向出流边界衰减,在注浆口和进水边界之间存在一个压力极小值点并存在一个速度接近零的区域.浆液黏度越低扩散范围越大.随着注浆压力的增加,浆液扩散范围不断增加,两相渗流达到稳定渗流状态所需要的时间也变长.     

桥梁地基渗透注浆加固研究

对桥梁地基注浆加固时浆液的扩散规律进行了研究,进而得出了改进的浆液扩散理论计算公式,从而对桥梁地基进行注浆加固设计起到了指导作用。该公式考虑了灌注过程中浆液黏度随时间的变化规律,从而消除了目前计算公式只以初始黏度作为计算参数所造成的计算误差。还给出了运用计算机Matlab软件求浆液的浆液黏度与时间函数关系的方法。     

地铁隧道考虑流固耦合影响的微裂隙岩体注浆数值模拟研究

为研究浆液与岩体的耦合作用机制,采用有限元方法对微裂隙岩体开展单一裂隙注浆数值计算。将连续性方程作为浆液流动的控制方程,将修改后的达西定律用于描述浆液在裂隙中的运动过程。基于弹性力学理论,提出考虑流固耦合效应的微裂隙岩体注浆扩散过程计算方法,研究裂隙开度、岩体弹性模量对注浆扩散距离的影响。研究结果表明： 1）在注浆过程中,裂隙开度由注浆孔附近向浆液扩散锋面处衰减,考虑流固耦合效应时注浆压力的计算误差能够减小30%左右,注浆扩散半径的计算误差可减小15%左右; 2）在注浆设计中应充分考虑流固耦合效应对注浆扩散过程的影响。     

改性脲醛树脂在高黎贡山隧道1号竖井注浆堵水中的应用

为解决富水花岗岩、高角度裂隙发育、高承压水等复杂地质条件下铁路隧道竖井施工安全及工期问题，在采用普通水泥和超细水泥等水泥基材料注浆效果不能满足施工需求的情况下，通过试验和方案对比后采用改性脲醛树脂材料进行注浆堵水，其浆液注入量、注浆孔剩余水量、井壁漏水量较普通水泥和超细水泥均有较大优势，能够更好地保证注浆效果，大大降低竖井施工淹井的风险； 同时，使用改性脲醛树脂注浆可以减少单孔复钻复注次数，节约钻孔、注浆时间。该材料成功用于高黎贡山隧道1号竖井建井施工中，有效解决了600 m以下深度竖井施工注浆堵水难题，杜绝了淹井风险，确保了竖井施工安全到底，使控制性工程工期得到了有效保障。     

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。     

含泥粉细砂层模拟注浆试验研究

通过含泥粉细砂的模拟注浆试验，分析了化学注浆的加固效果，并探讨了注浆效果与其影响因素之间的相关关系。研究结果表明:对含泥粉细砂层进行化学注浆时，注浆压力、地层渗透系数及浆液黏度是影响注浆效果的主要因素，其中注浆压力的影响最为显著。通过适当增大注浆压力，改进浆液配方，减小浆液黏度，可获得良好的注浆效果。     

桥梁桩基施工中注浆加固技术与优化控制方法

常规的桩基注浆加固技术主要通过对钻孔进行合理的选取,并按照钻孔顺序来进行注浆。由于忽略了浆液黏度的变化,导致浆液的理论扩散半径计算精度较差,从而影响了注浆加固的效果。对此,提出了桥梁桩基施工中的注浆加固技术与优化控制方法。首先,基于柱形扩散理论,将浆液黏度设为变量,对常规的浆液渗透公式进行优化,从而计算出浆液扩散半径。然后,结合注浆系数,对浆液配置进行优化调整,并进行压浆处理。最后,通过对注浆效果进行检查,实现注浆加固技术的合理优化。在实验中,对提出的注浆加固技术进行了加固效果的检验。结果表明,采用提出的方法对桩基进行注浆加固后,地基极限承载力明显提升,具备较为理想的注浆加固效果。     

岩体裂隙开度变化对浆液扩散规律的影响分析

研究岩体裂隙开度变化对浆液扩散规律的影响。将单一裂隙形状简化为椭圆形和矩形,利用广义柱面坐标、牛顿内摩擦定律、达西定律、渗流微分方程、纳维—斯托克斯(Navier-Stokes)方程和边界条件下的连续性方程,推导牛顿液体在两种裂隙形状中渗透注浆的参数关系,对比研究了裂隙开度不变和变化两种情况下浆液的扩散规律。结果表明,开度变化对扩散距离有较大影响。因此,在进行注浆理论研究中,应该建立反映开度变化的裂隙模型,并研究裂隙开度变化对渗透注浆的影响规律。     

水泥-水玻璃双液注浆在黄土隧道施工中的应用

针对黄土隧道进出口段的黄土层在与基岩交界附近为饱和黄土,围岩强度低,自稳能力差,施工难度大的现状,在室内测定了水泥—水玻璃浆液不同配比和不同温度情况下的胶凝时间及浆液结石体抗压强度的基础上,通过现场注浆试验,对水泥—水玻璃浆液配比、注浆压力、浆液扩散半径等技术参数和注浆工艺进行了研究。结果表明:在黄土隧道施工中,水泥—水玻璃双液注浆参数为:水玻璃模数M=2.8～3.1,水玻璃溶液浓度Be′=35～40,水泥浆水灰比W/C=0.75:1～1.0:1(重量比),水泥浆:水玻璃=1:0.5～1:1.0(体积比),注浆压强为0.6～3.5MPa,浆液扩散半径为0.5～1.3m。工程实践说明:采用水泥—水玻璃双液注浆方法加固黄土隧道进出口段的饱和黄土可以取得较好的效果。     

基于数值模拟的劈裂注浆浆液扩散范围分析

基于离散元程序数值模拟,建立了地层土体劈裂注浆数值计算模型,分析在不同地压、不同注浆压力条件下,土体发生劈裂后浆液在土体裂隙中的扩散范围及注浆孔周边土体中塑性区分布特征。结果表明:随着注浆压力的增大,浆液在土体中的扩散范围逐渐增大;随着地层压力的增大,浆液的扩散逐步受到抑制,其范围逐渐缩小,土体的可注性下降;地层压力对土体中浆液扩散范围的分布形状亦有明显的影响;在注浆压力增大过程中,注浆孔周围土体处于塑性状态的土体单元增加、塑性区范围增大;当注浆压力一定时,注浆孔周围土体塑性区范围随地压增大而减小;地层劈裂注浆过程存在压密效应。     

公路下伏采空区注浆处治泡沫轻质土新型材料试验研究

为解决西北部地区公路经过采空区采用常规水泥粉煤灰浆液注浆处治存在的问题,采用阴、阳离子型泡沫剂,对水泥粉煤灰浆液进行发泡改性,研制出一种新型泡沫轻质土注浆新材料。研究结果表明:泡沫轻质土新材料强度和密度随着水固比的减小而增大,随着水泥占固相比的增大而增大,随着泡沫溶液掺量增加而减小。提出了两种适用于公路一般路基、桥梁、隧道下伏采空区注浆处治的新型轻质注浆材料配比范围。     

注浆加固地层技术在淤泥地层中的应用

根据淤泥软土的性质，分析了淤泥地层的注浆加固机理，并对淤泥注浆的材料水泥—水玻璃浆液，从凝结时间、抗压强度、化学反应机理等方面进行了分析，并通过福州市福新路地下过街道的施工实例，介绍了淤泥注浆材料、注浆参数、注浆过程及注浆后的效果检查。     

通车条件下路基加固的水泥-水玻璃注浆参数研究

路基注浆既要满足注浆量要求又要使浆液尽快形成强度而满足通车条件，为此，引入水泥－水玻璃双液浆理论解决上述问题。通过调节水泥－水玻璃浆液配比及注浆工艺，保证注浆量和浆液扩散半径，将每根袖阀管分4段注浆，下面3段注纯水泥浆，最上面靠近地表段注10 %的双液浆，确保靠近地表处的浆液在交通解封时尽快形成强度。检测结果表明，路基注浆加固效果良好。调整后的注浆方案既保证了注浆量、浆液扩散半径，又保证了浆体在较短时间内形成强度，满足交通及时解封条件。     

不同地层注浆加固方案与施工技术研究

通过分析致密干燥细砂、人工素填土、动水条件下全风化花岗岩等不同地层的物理力学特性及工程加固目的,提出注浆加固方案和施工技术并组织实施,达到了预期效果。总结得到:致密细砂地层通过新型钢花管注浆工艺结合水玻璃氯化钙复合注浆液,可得到较好的扩散半径和加固强度;人工素填土地层建筑物的不均匀沉降,可通过周边花管帷幕注浆结合基底开孔式布袋注浆桩,达到可靠的加固效果;动水条件下,全风化花岗岩地层采用袖阀管单管交替注入水泥水玻璃双液浆,可达到理想的加固效果。     

公路下伏采空区泡沫轻质土新型注浆材料施工性能试验研究

对采空区注浆处治常用的水泥粉煤灰浆液进行发泡改性,制成泡沫轻质土新型注浆材料,通过室内试验研究其施工性能及其影响因素。结果表明:在同一固相比条件下,浆液流动度随着水固比的减小而减小。新材料流动性随泡沫溶液掺量的增加而减小;随着水固比的减小和泡沫溶液掺量的增加,新材料的分离率逐渐减小;在相同固相比情况下,泡沫轻质土凝结时间随着水固比（水灰比）的减小而相应地缩短。水固比（水灰比）对泡沫轻质土的凝结时间有显著影响;提出了满足施工要求的公路下伏采空区泡沫轻质土新型注浆材料的配比范围。     

高抗渗注浆材料在水下地铁隧道地层加固中的研究与应用

为探讨高抗渗注浆材料在水下地铁隧道地层加固中的应用,采用普通水泥浆液掺加无碱速凝剂和高效减水剂的形式制备高抗渗注浆材料,通过室内试验分析普通水泥浆液在不同外加剂掺量条件下的浆液性能,以凝结时间、流动度和抗渗性能为主要指标对浆液的配比进行设计。室内试验结果表明,水灰比在0.65~1.0,调整浆液配合比,浆液流动度可达到230~270 mm,初凝时间小于2 h,抗渗等级大于P8,满足施工要求。在厦门地铁3号线五缘湾站—会展中心站区间斜井暗挖隧道现场2个循环注浆试验中,确定了3种注浆配比的应用条件,通过加固体强度和抗渗性2项指标实验分析,验证了高抗渗注浆材料具有良好的抗渗及加固地层效果。     

黏土水泥浆在高黎贡山隧道深竖井施工中的应用

为解决隧道竖井修建过程中井筒范围内地层存在层数较多、较厚含水层而可能出现的突水风险,对黏土水泥浆液组成及特点,黏土水泥浆的浆液生产工艺、注浆设备、注浆压力、浆液扩散半径、注浆量、浆液浓度等具体参数进行研究,并将黏土水泥浆应用于高黎贡山隧道二号竖井地表深孔注浆,取得了较好的注浆效果。