盾构隧道壁后注浆浆液毛细管渗透扩散模型

为探讨盾尾注浆扩散半径及管片所受注浆压力的计算方法,将浆液的扩散过程简化为其在土体中大量孔径不均匀的毛细管中的渗流运动,建立了浆液渗透扩散力学模型.基于柱面扩散理论,假定浆液为宾汉姆流体,引入等效孔隙率替代土体初始孔隙率,通过模拟浆液在单个毛细管中的渗透过程,得到了考虑浆液时效性的浆液扩散半径和管片所受浆液总压力的计算式.结合具体实例,讨论了浆液扩散半径、注浆对管片产生的压力与注浆压力和注浆时间的关系.分析结果表明:其他注浆参数相同时,在不同注浆压力和不同注浆时间条件下,浆液对管片产生的压力的增长速率均大于浆液扩散半径的增长速率;当盾尾建筑间隙影响厚度和土体等效孔隙率不变时,浆液流动锋面上毛细管总面积与浆液扩散半径成正比.      

非均质软弱围岩隧道注浆加固圈分布特性

基于随机分布理论和流-固耦合理论, 考虑注浆过程中围岩物性参数的动态变化和浆液黏度时变性, 推导了流-固耦合作用下非均质软弱围岩的浆液扩散方程, 并运用多场耦合软件COMSOL Multiphysics建立了小导管注浆浆液在非均质软弱围岩中的扩散模型, 系统研究了注浆参数与小导管布设等对浆液扩散与注浆加固圈形成的影响。研究结果表明: 浆液在非均质软弱围岩内以类椭圆形向四周扩散, 扩散形态随注浆压力、注浆时间与围岩参数等动态变化而不断变化, 最终趋于稳定; 在注浆过程中, 增大注浆压力和延长注浆时间在一定程度上可提高浆液的渗透能力并改善围岩的渗透性, 而适当的增大小导管布设长度或减小导管布设角度有利于注浆加固圈的形成; 为达到最优注浆效果, 洞头山隧道小导管预注浆加固压力宜设为1 MPa, 注浆时间宜控制在400 s, 小导管布设角度不宜小于30°, 布设长度应大于2.5 m; 经现场监测验证, 隧道围岩28 d抗压强度提高至2 MPa, 围岩渗透系数降至10-5 cm·s-1, 后续台阶法施工开挖拱顶沉降均小于3 cm, 围岩整体性和连续性得了显著提高。      

基于驱替效应的盾构壁后注浆微观模型分析

当盾构隧道位于水位线以下时,为了分析壁后注浆浆液驱动地下水体过程,基于毛细管组渗透理论,将浆液的渗流路径概化为毛细管,考虑牛顿流体浆液驱动地下水(牛顿流体)进行扩散,推导了半球形及柱形模型浆液渗流扩散半径计算式,并讨论了注浆压力、浆液水灰比、地层渗透系数的影响.研究结果表明:浆液扩散半径主要与注浆压力、渗透率、注浆时间...     

兰州地铁下穿黄河段同步注浆参数控制研究

以兰州轨道交通1号线泥水盾构下穿砂卵石黄河地层为工程背景,对同步注浆施工过程中的浆液类型、注浆压力、注入率、注浆量以及注浆速率参数进行研究.通过统计与有限元方法分析,得到如下结论:对比三种同步注浆浆液的类型的优缺点,得到同步注浆的浆液为单液硬性浆,然后用有限元软件Plaxis对下穿黄河段注浆压力进行数值分析,计算了隧道中心线埋深分别为15 m、21 m、27 m情况下,注浆压力为0.2 MPa、0.4 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa下盾构隧道中心线位移,确定盾构隧道穿越黄河段的注浆压力为0.4 MPa;分析现场盾构施工实际参数,得到注浆率控制在130%～180%,注浆量为4.3～6 m~3,注浆速率为0.07～0.17 m~3/min.     

公路采空区碎裂岩体注浆试验研究

采用砂卵石模拟采空区碎裂岩层,通过改变采空区碎裂岩体的性质、注浆压力、浆液浓度等,研究水泥浆液在采空区碎裂岩体中的扩散规律,获取特定压力、浓度条件下浆液通过不同碎裂岩体的扩散效果,为确定扩散距离、注浆材料的配比和浓度、注浆控制压力、注浆填充率及结石体强度提供依据,以期为生产实践提供指导和帮助。     

基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究

基于流体流变方程和平板窄缝模型,推导出宾汉体浆液劈裂注浆扩散半径计算公式,并提出了求解方法．计算表明,注浆压力差随浆液流变参数的增大呈线性增大,要达到一定劈裂长度,水灰比越小所需注浆压力越大;裂隙宽度的减小使所需注浆压力差迅速增大,并使扩散半径迅速减小,这种影响随着水灰比的增大而减小．结合厦门翔安海底隧道全风化花岗岩地层HSC（High Strength Concrete）水泥注浆试验,证明了这一理论的计算结果符合工程实际．     

公路采空区处治浆液扩散分析研究

采用水泥粉煤灰浆对公路采空区进行地基处治,浆液扩散距离受浆液水固比、介质空隙率、注浆压力影响,通过研究,得出浆液在介质中扩散距离与浆液水固比、介质空隙率、注浆压力呈幂函数关系,其中浆液水固比对浆液扩散距离影响最大,介质空隙率对浆液扩散距离影响次之,注浆压力对浆液扩散距离影响最小。研究成果修正了《采空区公路设计与施工技术细则》中注浆量公式,为今后采空区处治和浆液扩散规律研究提供数学依据。     

压力注浆法在高速公路软土地基中的应用研究

对压力注浆加固地基的机理进行了分析,详细探讨了该地区软土地基的注浆边界范围、注浆材料与配比、浆液扩散半径、注浆压力、注浆量以及孔位布置等,提出了适合于软土地基注浆加固的一系列参数,为高速公路软土地基处理提供可靠的借鉴。     

盾尾同步注浆模拟试验研究

盾尾同步注浆区域位于盾构隧道管片壁后，由于其空间的封闭性，难以对浆液的扩散情况进行观测，从而导致目前同步注浆材料的分布特性尚不明确。为此，研发了一种盾尾同步注浆模拟装置，进行了盾尾同步注浆模拟试验研究，对同步注浆过程中的土体内部的压力变化与上部土体的沉降进行了研究。结果表明，注浆开始后出浆口移动轴线上方土体内部的压力在注浆压力的影响下逐渐增大，在出浆口远离后逐渐减小，与此同时轴线两侧的土体压力逐渐增大，产生了明显的土拱效应；注浆稳定后浆液的内部压力主要由上部荷载决定，与注浆阶段注浆压力的大小无直接关系；注浆过程中引发的地表沉降的大小主要由注浆压力决定，其次受到浆液性质的影响；凝固后的注浆体横向上在出浆口附近厚度较小，两侧较大，纵向上厚度分布较为均匀。     

路基压力注浆处治的离心模型试验与数值仿真

针对绵广高速公路路基病害压力注浆处治工程,采用现场调查测试、离心模型试验以及数值仿真对压力注浆处治路基病害的工艺过程及影响因素进行了研究。揭示斜坡路基断面几何异型是导致路基不均匀沉降的主要原因,并进而导致路面出现纵向开裂。离心模型试验表明：注浆方式宜采用2次注浆法,第1次注浆压力为0．2 MPa,第2次注浆压力控制在0．4～0．5 MPa;注浆孔的合理间距推荐为2．0 m;工程实际中应兼顾经济性,选择合理的浆液配合比和养护时间。数值仿真结果表明：压力注浆包括应力累积、裂纹延伸和裂缝扩张3个阶段,土体劈裂所需要的压力随均质度及土体强度的提高而增大。     

盾构施工对盾尾浆液压力波动变化的影响

为探明盾构隧道同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的原因,通过对珠海马骝洲隧道工程进行现场测试及施工参数统计,获得了盾构掘进过程中管片外荷载的变化规律与注浆滞后时间;将盾尾视为充满高压液体的密闭容器,盾构推进视为改变容器的边界条件,推导了盾尾体积应变与浆液压力的关系式;并用钱江隧道及Sohpia隧道的监测结果对其适用性进行了验证. 研究结果表明:造成同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的因素主要包括浆液注入口压力的波动变化,管片脱离盾尾过程中浆液的扩散及施工过程中同步注浆相较于盾构行程的滞后效应;马骝洲隧道注浆相较于盾构推进的平均滞后时间为86 s,当盾尾间隙体积变量为1 × 10–4时浆液压力变化值达到了0.218 MPa,盾构机从静止到掘进的短时间内滞后效应会使管片壁后浆液压力急剧降低的现象得到了验证.      

考虑浆土应力耦合作用的劈裂注浆机理分析

浆土应力耦合作用对劈裂注浆浆液扩散规律具有显著影响，砂土劈裂注浆设计应充分考虑这种影响作用.将劈裂注浆视作平面无限域的圆形扩张过程，基于牛顿型本构方程分析了浆液流场变化特征，并将劈裂通道下侧砂层视作半无限空间弹性体，采用弹性力学推导了均布荷载下劈裂通道宽度、浆液压力的分布方程.通过设置不同的浆液黏度、砂土弹性模量参数，深刻揭示了耦合效应下砂土劈裂注浆基本机理.结合郑州地铁某在建工程进行了对比验证.研究结果表明：浆液压力在孔口及远端处急速衰减，而在中间区段呈稳定变化趋势，劈裂通道宽度基本由浆液压力决定，其分布趋势与浆液压力分布趋势相同；浆液黏度、砂土弹性模量是影响劈裂扩散半径的重要因素，黏度和模量均与扩散半径正相关，黏度与劈裂宽度正相关，模量则与劈裂宽度负相关；本文理论计算值与现场开挖实际值偏差12%～15%，基本符合预期要求.     

双线盾构隧道施工沉降影响因素分析

盾构隧道施工引发的地层沉降一直是困扰工程界的难题。以北京地铁14号线方庄—十里河站区间双线隧道为背景,构建三维数值计算模型对先后线路隧道开挖和注浆过程进行分析。采用修正的剑桥模型计算地层土体,采用刚度迁移法模拟盾构掘进过程和同步注浆的施工过程。分析了壁后注浆压力、注浆量、浆液随时间固结硬化及先后掘进施工对地表变形的影响。结果表明:合理确定注浆量和注浆压力能够有效控制地表沉降,考虑浆液硬化的沉降计算结果要大于不考虑硬化因素的结果;在最优注浆压力和注浆量的条件下,用体积应变法模拟注浆并考虑浆液硬化的计算结果更与现场监测值非常吻合;后期线路施工不仅引起地层进一步沉降,还增大了先施工隧道的结构变形。     

桩端点源驱水渗透注浆分析

推导了桩端点源驱水注浆渗透公式，采用该公式估算的浆液扩散半径明显小于马格公式计算的浆液扩散半径，更接近工程实际；分析了水泥浆液粘度、扩散时间、注浆压力、注浆管直径与浆液扩散半径之间的相互关系。     

主应力方向对软岩隧道稳定性影响的试验研究

为探明高地应力场主应力方向对软岩隧道围岩稳定性的影响规律,采用自主研发的"隧道三维应力场模拟试验系统"开展了大型三维地质力学模型试验,研究了最大水平主应力与隧道轴线平行和垂直两种工况下软岩隧道的围岩稳定性.研究结果表明:最大水平主应力与隧道轴线平行时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.221 m和-0.454 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.478、0.361、0.416 MPa和0.261 MPa;最大水平主应力与隧道轴线垂直时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.309 m和-0.548 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.579、0.652、0.593 MPa和0.327 MPa;两种工况下,围岩压力的最小值均出现在仰拱处、最大值均出现在墙脚处,围岩的径向应变增量均为拉应变增量,切向应变增量均为压应变增量,说明隧道开挖导致洞周围岩径向应力减小、切向应力集中.      

Ⅳ、Ⅴ级围岩小断面隧洞的围岩压力计算与影响因素分析

小断面隧洞应用于井巷工程、输水泄洪工程、电力工程等,受岩体完整性、掘进工艺、隧洞断面形式影响,围岩压力存在一定差异性。针对某Ⅳ、Ⅴ级围岩小断面泄洪隧洞围岩压力计算问题,开展了围岩压力计算方法和影响因素分析工作。研究表明：公路隧道设计规范综合考虑了岩体基本质量等级、开挖宽度、塌落拱范围等因素,较为适宜Ⅳ、Ⅴ级围岩的压力计算;Ⅴ级围岩段自稳性差,注浆初期支护作用难以发挥,易发生拱顶岩体冒落;圆拱直墙小断面隧洞的矢高大于1.0m后,垂直分布压力、水平分布压力衰减加快,岩体整体性越差（Ⅴ级围岩）,衰减越快。     

动载作用下断层隧道施工注浆效果分析

以葵坝路隧道为工程背景,通过 ANSYS/LS-DYNA 有限元软件,在未注浆和不同预注浆范围内,进行断层隧道在爆破开挖下的数值模拟,得到了拱顶围岩的位移、振速及最大主应力等动力响应分布规律,为断层隧道的预注浆加固效果提供了依据,得到了较为经济且合理的注浆优化范围。研究结果表明：预注浆支护措施能改善断层围岩的动力响应特性,且最优注浆范围为隧道轮廓线外4m和掌子面前方4m。所得结论可为类似隧道工程的注浆施工设计提供参考。     

高温高湿环境下膨胀岩巷道围岩湿度场相似材料模型试验研究

通过相似材料模型试验,对高温高湿环境作用下巷道围岩在不同密度、不同初始含水量时的含水量及其分布情况进行了研究。试验结果表明,水分在巷道围岩中呈类层状向围岩内部迁移;围岩密度越小,含水量增量越大,水分迁移范围越大;初始含水量越小,含水量增量越大,但水分迁移范围越小;巷道上部围岩水分迁移范围比下部小。     

市政道路杂填土路基的注浆加固设计与应用

注浆法能够消除杂填土的不均匀性,是市政道路杂填土路基处理的有效方法。基于某市政道路杂填土路基的注浆加固处理项目,对杂填土路基注浆加固技术及其应用效果进行了理论和试验检测分析。采用自下而上的分段式注浆方案,注浆总深度为2.0m,注浆孔采用梅花形布置,孔间距0.7m,浆液为水泥浆,水灰比0.7,注浆压力不大于0.6MPa。工程实践表明,该注浆加固技术处理杂填土路基的方法可行,经验值得推广。     

矿山法隧道下穿火车站加固注浆方案研究

软弱地层矿山法开挖过程中,地层加固直接影响到开挖的安全和效率。基于西安地铁4号线下穿火车站咽喉区暗挖施工实例,结合对类似地层注浆工艺及其效果的调研,对特殊地段隧道围岩注浆加固方案进行了研究。同时,通过对开挖前不同段的注浆加固试验,确定出钻孔长度、注浆压力、扩散半径及浆液配合比等工艺参数,确保了隧道开挖处于无水作业环境,保证了施工与施工过程中火车运行的安全。