盾构隧道壁后注浆研究现状及发展趋势

壁后注浆是盾构隧道施工过程中必不可少的环节。针对盾构隧道壁后注浆的特点,分析壁后注浆研究拟解决的主要问题,同时对壁后注浆研究论文的分布特征、研究机构、科研群体及基金资助等情况进行分析,综述盾构隧道壁后注浆研究现状,探讨其未来研究的发展方向。结果表明:1)传统岩土工程研究对盾构隧道壁后注浆研究具有较大的参考价值;2)在论文质量与数量方面,该领域研究成果依然不多,且高等院校的优势明显;3)国家基金的资助对盾构壁后注浆研究的促进作用巨大;4)壁后注浆研究现状中,对浆液材料研究较多,注浆参数控制和浆液扩散机制依然停留在理论阶段,而对注浆效果评估的研究依旧不多。     

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。     

下穿黄河盾构隧道“结构-壁后注浆-土体”结合部渗流研究

盾构隧道结构与土体间存在"衬砌结构-壁后注浆-土体"结合部,黄河下游"悬河"段河水水位高于两岸地表,修建于"悬河"下的盾构隧道"结构-壁后注浆-土体"结合部是否会形成渗流通道,使黄河水体涌入两岸从而影响两岸安全,是穿黄盾构隧道工程与其他穿越江河盾构隧道工程的最大不同之处,也是关系到工程建设是否可行的关键问题。对盾构隧道结构-壁后注浆-土体结合部进行理论简化和数值计算,并模拟了不同工况条件下沿结合部渗入两端的的渗流量,结果表明:壁后注浆对于减小结合部渗流具有重要作用,盾尾间隙厚度对渗流安全影响较小;随着壁后注浆体渗透系数减小,两端涌水量显著减少;盾尾间隙的减小对于降低两端渗流量作用不大。据此提出相应的工程建议:为防止"衬砌结构-壁后注浆-土体"结合部渗流通道形成,衬砌设计中增设注浆孔,施工时适当增大注浆量及注浆压力,防止无注浆空隙的产生,降低壁后注浆体渗透系数是首选措施;通过控制盾构掘进姿态、减少超挖,从而减小盾尾间隙厚度可作为辅助施工措施;施工过程中在隧道内进行壁后注浆开孔检漏试验并根据试验结果进行补充注浆可作为结合部渗流安全的检验、补充措施。     

大坡度盾构隧道土体变形规律研究

针对软土地区城市盾构隧道工程大坡度段施工复杂,对周边土体影响大,预测工程风险难度大等问题,依托无锡地铁3号线某区间左线近出入口处隧道工程进行数值模拟和现场实测分析。通过合理模拟平坡段、变坡点与上坡段三区段研究大坡度浅埋隧道地表横断面与纵断面变形规律,预测大坡度段隧道施工所产生的地表沉降量、沉降范围、沉降变化速率等参数值。研究结果证明:数值模拟与实测结果趋势一致,大坡度段横向地表沉降变形符合peck沉降槽曲线,监测点地表沉降量随隧道轴线距离的增加不断减小,变坡点处沉降量最大,上坡段次之,平坡段最小。隧道纵向地表变形规律显示,可将大坡度段分为盾构到达前、到达时、通过时、盾尾脱出时与通过后五阶段,从而有效模拟盾构通过大坡度段整个过程,到达时至盾尾脱出为地表沉降变形主要产生阶段,在实际施工中可通过成型管片壁后二次注浆等措施控制地表变形。     

盾构隧道壁后注浆压力对地表沉降及围岩变形的数值模拟研究

以某地铁工程区间隧道为例，采用通用的FLAC程序对盾构区间隧道施工在不同注浆压力条件下引起的地表沉降及围岩变形进行了数值模拟研究。根据该分析结果，综合考虑在工程地面条件允许的沉降范围内，提出了合理的盾构施工同步注浆压力及相应的控制沉降措施。     

盾构隧道专用塑化剂对同步注浆浆液性质影响研究

为探究专用塑化剂对盾构隧道壁后注浆浆液性质的影响,通过室内试验对塑化剂不同掺量的同步注浆浆液性质进行测定,并通过固结试验装置探究改良后浆液在不同地层中的固结特性。研究表明： 1）盾构隧道盾尾壁后注浆专用塑化剂能够在不影响浆液强度的前提下,缩短浆液的凝结时间,随着塑化剂添加量的提高,浆液的泌水率、稠度、流动度都有减小的趋势; 2）专用塑化剂的最优掺量为0.4%~1.2%,在该范围添加量下,浆液的性能得到进一步提升,凝结时间会缩短; 3）改良后浆液在地层中的固结时间、沉降量、强度与地层性质相关,在粉质黏土、粉砂与粗砂3种地层中,改良后浆液固结完成时间依次减小,最终体积收缩率依次增大,28 d无侧限抗压强度依次减小。     

盾构隧道二次深孔注浆技术对周边建筑物保护的研究与应用

本文以北京地下直径线工程为例,介绍了盾构在穿越沿线建构筑物过程中,通过管片预留注浆孔进行二次深孔注浆实现对建筑物、地层变形的控制进而实现对建构筑物保护,对于今后类似工程有可提供相关参考。     

盾构隧道粘度时变性浆液壁后注浆渗透扩散模型

在假定注浆浆液为粘度时变性流体,并在盾尾间隙影响厚度范围内均匀柱面扩散的前提下,应用达西定律对盾构壁后注浆渗透范围及浆液对管片造成的压力进行了理论推导,得到了浆液扩散半径及对管片产生压力的计算式.通过具体实例,对比分析了是否考虑粘度时变性2种条件下浆液扩散半径及对管片产生压力的计算结果,以及不同胶凝时间下浆液扩散半径及对管片产生压力的计算结果.分析结果表明:2种条件下,浆液扩散半径及对管片产生的压力随注浆压力、注浆时间的变化规律不尽相同,粘度时变性对浆液扩散半径及对管片产生的压力影响显著,可通过调整浆液配比来改变粘度时变性,进而影响浆液扩散半径及对管片产生的压力,但浆液对单位面积管片的压力几乎不受粘度时变性的影响.     

盾构推进对既有隧道影响的渗流与结构耦合研究

在上海西藏南路越江隧道西线Φ11580泥水盾构近距离下穿上海地铁已建M8线隧道的过程中,通过布置在M8线内的高精度电子水准尺连续采集了大量的可靠数据,清晰地观测到了M8线上行线隧道随着盾构推进-拼装周期产生的隆沉。该文以实测数据为基础,通过渗流与结构耦合数值模拟方法,研究了西藏南路盾构穿越过程中既有M8线位移变化以及周围土体位移与孔压变化。     

盾构隧道快硬高性能同步注浆材料研究

为满足某些特殊盾构工况(地下水流大、断面水压高、冲刷力强)注浆工程及抢修、补注工程的顺利施工,需研制具有快硬、抗水分散性和稳定性好等特点的高性能同步注浆材料。以42.5快硬硫铝酸盐水泥(R.SAC42.5)、粉煤灰(FA)、矿渣微粉(SL)和砂作为基体材料,采用聚羧酸减水剂(PC)-膨润土(BE)-三乙醇胺早强剂(TEA)的复合保水、稳定、早强外加组分,优选配合比为R.SAC42.5∶FA∶SL∶BE∶砂∶水∶PC∶TEA=1∶3∶1∶0.5∶10∶2.25∶0.03∶0.08%,制备出初始流动度为210 mm、泌水率为0.14%、浆液pH值为9.6、1 d抗压强度为2.5 MPa的盾构隧道快硬高性能同步注浆材料。     

采用轻质填料填筑路堤对其下方盾构隧道的影响研究

在城市已运营盾构隧道附近建设新的工程,是城市建设中越来越难以避免的课题。无论在盾构隧道上方加载或者卸载,都将对盾构隧道的结构受力和安全运营产生长期的影响。针对此问题,在填筑路堤时,提出先挖方,后采用轻质填料等荷载置换法,解决填筑路堤施工对盾构隧道的影响这个问题。在分析过程中,以实际工程为依托,采用Plaxis有限元软件建立路基-隧道-土耦合模型,考虑位移、超孔水压力等方面,研究了路基施工对地铁盾构隧道的影响,并分析变形规律,得到相应的结论。其成果可为同类工程起到参考作用。     

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。     

盾构推进对既有隧道影Ⅱ向的渗流与结构耦合研究

在上海两藏南路越江隧道西线φ11580泥水盾构近距离下穿上海地铁已建M8线隧道的过程中,通过布置在M8线内的高精度电子水准尺连续采集广大量的可靠数据,清晰地观测到了M8线上行线隧道随着盾构推进一拼装周期产生的隆沉.该文以实测数据为基础,通过渗流与结构耦合数值模拟方法,研究了西藏南路盾构穿越过程中既有M8线位移变化以及周围土体位移与孔压变化.     

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。     

盾构隧道小距离下穿既有建筑的土体加固技术

隧道穿越既有结构物的工程是隧道工程的一个关键环节。基于某盾构隧道工程小距离下穿既有建筑土体加固施工为工程实例,详细阐述了隧道小距离下穿居民楼土体加固方案设计与施工。施工实践表明,本文结合地层特点与施工工况针对性选用二重管无收缩双液注浆工法以扩散式倾斜钻杆回抽注浆法对隧道土体进行注浆加固处理达到了很好的加固效果,满足了盾构隧道施工要求与建筑沉降控制要求,值得为同类工程借鉴。     

盾构隧道施工引起的超孔隙水压力变化规律研究

对现场实测盾构隧道施工引起的孔隙水压力值进行分析研究,总结出超孔隙水压力产生和消散的规律。在国内外流固耦合计算调研基础上,建立能够模拟盾构隧道动态掘进的三维弹塑性固结有限元模型。采用该模型对单条盾构隧道施工引起的超孔隙水产生和消散规律以及土体固结沉降规律进行充分研究,其结论与现场实测规律一致,也证明本文所建立的盾构隧道三维弹塑性固结耦合有限元模型的适用性,并总结得出近间距盾构隧道在淤泥质粘土和粉质粘土中的合理开挖面间距。     

砂土地层盾构隧道开挖面土体应力状态分析

结合南京某越江隧道工程,建立了模拟盾构隧道开挖面失稳过程的数值模型,研究了越江盾构隧道开挖面失稳过程中土体应力变化以及由土体应力重分布引发的土拱效应。研究表明： 沿埋深由下至上,土体竖向应力随开挖面位移的增大先减小后保持不变,水平应力先减小后略微增大; 土体侧压力系数沿埋深由下至上先增大后减小; 随开挖面位移增大,开挖面前方局部土体竖向应力和水平应力同时减小,形成失稳破坏区; 失稳破坏区上部土体竖向应力减小,水平应力增大,形成拱顶区; 失稳破坏区四周土体竖向应力增大,水平应力减小,形成拱脚区,土拱效应逐渐发挥。     

渗透注浆试验研究现状及展望

渗透注浆试验是研究渗透注浆工程的有效手段之一。国内外的许多学者就渗透注浆进行了多种试验,如多孔介质渗透试验、颗粒过滤性试验、堵水试验、驱水试验、介质可注性试验等,推动了注浆理论的发展,指导了实际工程施工。分析既有试验的特点,结合渗透注浆试验的实际、现代工程需要、当代高速发展的信息技术和计算机技术,提出研制更贴近工程实际的试验装置,并进行实时可视的注浆试验以及开发应用软件模拟渗透注浆试验,具有重要的科学、经济意义。     

砂性地层盾构隧道壁后注浆浆液扩散室内试验

为了探明盾构隧道壁后注浆浆液扩散机理,基于对壁后注浆过程的分析,设计由试验模型箱、注浆系统、浆液配制系统、测试及数据处理系统组成的模型试验系统,试验前首先对水泥浆液的特性进行测试,然后通过该模型试验系统分别对3种不同级配的砂样地层（对应不同分维数）进行牛顿流体、宾汉姆流体、幂律流体的壁后注浆室内试验。根据试验结果分析注浆过程中浆液流速、土体密度及含水率的变化规律,并结合理论计算分析浆液的充填率λ,超挖系数和浆液压缩系数λ₁+λ₂,浆液损耗系数λ₃,浆液在土体中的渗透系数及压密系数m的变化规律。结果表明：盾构隧道壁后注浆过程中,水灰比大小对浆液的流速、渗透扩散时间影响较大,砂样分维数对地层可注入时间的影响较为明显;浆液的充填率λ与水灰比大小有关,浆液损耗系数λ₃ 与水灰比呈正相关关系,不同砂样的超挖系数和浆液压缩系数λ₁+λ₂ 的数值变化不大;浆液在砂样中的渗透系数及压密系数m与砂样的分维数呈负相关关系;3种不同的流体注浆结束后,管片周围土体的密度与土体所处的深度成反比,随着深度的增加,土体密度的变化率减小且纵向上的离散性降低;周围土体的含水率与土体所处的深度成正比,随着深度的变化,含水率的变化率亦减小且在纵向分布上趋于某一确定值。     

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...