注浆控制土体变形原位试验与隧道竖向变形数值模拟研究

基坑开挖过程会在一定程度上引起邻近隧道竖向变形,然而目前针对注浆控制隧道变形的理论研究较为缺乏。为了深入研究注浆引起的土体与隧道变形规律,探究更合理的变形控制措施,本文通过现场试验进行了注浆引起土体变形的研究,并对注浆对土体与隧道的影响进行了数值模拟和参数分析。原位试验结果表明,在刚结束注浆时,注浆产生的土体水平变形及超静孔隙水压力均是最大的,初期变形及超静孔隙水压力减小较快。分段注浆时,下方注浆完成之后,浆液更容易向上流动,使上方土体产生较大变形。距离注浆体位置较近的土体竖向位移衰减得较快。数值模拟结果表明,在相同的位置注等量浆液,由于隧道的刚度相较于土体更大,土体变形远大于隧道变形。注浆后浆液大部分向上流动,难以对下方的土体/隧道产生变形影响。

配比对盾构施工惰性浆液性能影响研究

选择5因素(水胶比X_(1)、胶砂比X_(2)、粉灰比X_(3)、膨水比X_(4)、减胶比X_(5))、3水平开展惰性浆液正交试验,分析了各因素对的惰性浆液稠度(锥入度P)、凝结时间t_(s)、固结收缩率ε、28天抗压强度f 28及泌水率η等5个性能的影响规律;采用偏最小二乘回归(PLS)得到基于5个因素的惰性浆液各性能指标的回归公式,将各性能指标的PLS回归值与测试值进行对比以验证回归公式的合理性;在基准惰性浆液中分别掺入减水剂(减胶比X 5=0、0.002、0.004、0.006、0.008)和CMC增稠剂(掺量0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%),测得所制备惰性浆液的锥入度P、泌水率η、黏度μ和流动度F,分析了减水剂及CMC增稠剂的改性效果;讨论了惰性浆液的工程地质适用性。结果表明:水胶比对各个指标影响均较大,胶砂比对凝结时间、固结收缩率影响较大,膨水比与减胶比对锥入度、泌水率影响较大,粉灰比总体影响较小;PLS回归公式可用于惰性浆液配比的优化;浆液配比时,在保证稠度要求的前提下可加入适量减水剂以减小水胶比,也可添加适量CMC增稠剂来改善浆液黏度。

盾构周围空隙充填控沉材料配合比研究

通过配合比试验和正交试验分析了盾构周围空隙充填控沉材料各组分对黏度、保水率、十字板剪切强度的影响。结果表明:防水剂与缓凝剂的比例是材料成型的关键;对于黏度和保水率,增稠剂与主剂的质量比、主剂与水的质量比较重要,对于十字板剪切强度,水泥与主剂的质量比较重要;增稠剂与主剂的质量比对A液与成型后膏体黏度的影响比主剂与水的质量比大;随B液占比提高,成型后膏体黏度先增大,B液占比12%时黏度达到最大值,随后稍微减小;固液比在0.6~0.8时,成型后膏体黏度随固液比增大而增大。采用偏最小二乘法对实测数据进行拟合得出黏度、保水率、十字板剪切强度的拟合公式,并给出不同地层浆液配合比。实际应用时可根据地层实际情况选择浆液配合比,再通过拟合公式预测浆液性能,从而快速合理配制浆液。

多排孔注浆引起土体变形与孔压规律试验研究

目前尚未见到软土地区多排孔注浆引起土体变形和超孔压发展规律的系统研究,限制了注浆变形主动控制策略的深化发展。开展了多排孔注浆现场试验,系统研究了单排孔逐孔注浆、多排孔逐排注浆引起土体水平位移和超孔压的变化与叠加规律。研究表明,注浆引起的超孔压随距离衰减迅速,变化规律可用幂函数表达,注浆距离取3 m左右时纠偏效果较好;天津地区超孔压消散较快,有利于注浆控制变形的快速稳定,超孔压随时间的消散规律可用指数函数表达,并提出了计算注浆引起超孔压的经验公式;多排孔逐排注浆时,先行注浆形成的注浆体墙对后续注浆一侧及另一侧土体变形分别具有反力效应和遮挡效应,控制既有建构筑物变形时应遵循“先远后近”逐排注浆的原则,以提高变形控制效果。

天津地区基坑外既有隧道竖向变形机理及影响区研究

天津地区基坑开挖普遍引起坑外既有隧道隆起,但其机理缺乏明确研究,且数值计算较难模拟预测出隆起变形。针对此问题,在分析多个基坑开挖引起隧道隆起案例的基础上,运用有限元模拟和HSS本构模型,对隧道隆沉机理进行了研究。结果表明,隧道竖向变形由基坑围护结构水平变形引发的沉降与基坑卸荷回弹导致的隆起叠加而来,隧道隆沉取决于两方面影响因素的相对大小。不排水短期条件模拟时,基坑开挖卸荷在坑底以下及坑外引发了较大的负孔压,限制了土体的回弹变形及隧道隆起。数值模拟中应根据实际工程施工周期长短、黏性土层渗透性与排水路径长短综合选择土体的排水类型及模拟方法。天津地区粉土黏土互层的地层中孔隙水压力消散较快,施工时间长达数月以上的大型基坑采用排水模拟或能够考虑孔隙水压力消散时间效应的固结模拟,能够更为准确的反映基坑卸荷回弹的影响,预测出隧道的隆起变形。对于基坑外隧道变形的影响区,长期排水条件下隧道隆起区和变形过渡区的位置相比短期不排水条件均向上大幅提高,隆起区范围大幅增加。对于深18 m的基坑,沉降区与过渡区分界线可上升9~17 m,过渡区与隆起区分界线可上升14~16 m。

注浆引起土体变形及注浆效率的规律研究

针对注浆引发的土体变形及注浆效率随时间和空间变化规律缺乏系统性的理论研究,而限制注浆在近接施工精细化变形控制中的应用现状,基于现场试验,采用流固耦合数值模拟方法系统研究了土体变形和注浆效率随时间和空间变化的规律,并考虑了注浆量、注浆距离和注浆深度等注浆参数对土体变形及注浆效率的影响。基于此,提出部分注浆控制变形的建议。研究表明:当须要控制土体或者隧道沉降变形时,注浆体顶部与目标对象宜平齐;而须要控制土体或者隧道隆起时,注浆体底部与目标对象宜平齐。随着注浆距离的增大,土体水平和竖向位移、水平位移注浆效率均迅速减小。为保证注浆对变形的效果,注浆距离不应过大。