盾构施工克泥效浆液扩散性能试验研究

研究目的:盾构隧道近接既有结构穿越工程中逐渐引进克泥效工法进行辅助施工,克泥效浆液在地层中的扩散性能对中盾壁后注浆效果有重要影响。基于自主研制的克泥效浆液恒压注浆扩散试验系统,开展A液水粉比、净注浆压力、地层渗透系数对浆液在地层中扩散性能(终浆量、终浆时间、扩散距离)影响试验。结合宾汉姆流体砂土扩散模型,对比浆液扩散距离的理论值和试验值,验证模型试验系统和试验结果的可靠性。研究结论:(1)克泥效浆液的屈服应力和塑性黏度随着A液水粉比的增加先增后减,且在A液水粉比3.0时出现极大值;(2)克泥效浆液在土体中的扩散行为表现出填充扩散和渗透扩散的明显差异,填充扩散阶段主要出现在注入的前30 s内,可达到终浆量的70%~80%;渗透扩散阶段浆液注入缓慢,与注浆终浆时间密切相关;(3)随着A液水粉比增加,注浆终浆量、终浆时间先减后增;随着净注浆压力增加,注浆终浆量、终浆时间均增加;克泥效浆液扩散距离与浆液黏度负相关,与净注浆压力正相关;(4)各因素对浆液扩散距离的影响强弱为:地层渗透系数>A液水粉比>净注浆压力;(5)本研究成果可为克泥效工法的工程运用和施工参数选取提供参考和借鉴。

砂土介质注浆扩散规律试验研究

为研究超细水泥浆液在砂土中的扩散规律,以赵固一矿西翼进风巷围岩加固为研究背景,设计了一套砂土注浆试验装置,运用正交设计法开展了多组砂土注浆试验,分析了单位时间流量、水灰比、砂土渗透系数等因素对浆液扩散体积和注浆量的敏感性及影响,系统讨论了不同渗透系数条件下,随注浆流量和水灰比变化浆液结石体形状的变化规律。研究结果表明:浆液扩散范围的影响因素主次排序为单位时间流量、水灰比、渗透系数,影响注浆量因素的主次顺序与浆液扩散体积的影响因素一致。发现单位时间流量、水灰比和渗透系数对浆液扩散体积和注浆量的影响并非呈线性关系,而是呈多元幂函数关系,构建了对应的浆液扩散体积和注浆量求解式,并对影响浆液扩散体积和注浆量的参数进行了回归分析。在渗透系数较大的砂土中,浆液以渗透注浆为主,结石体形状呈规则的圆球状,注浆流量和水灰比增大对结石体积影响显著。随着砂土渗透系数减小,结石体形状沿薄弱面发展,即由沿四周的均匀渗透扩散向沿薄弱面发展的劈裂注浆,注浆流量增大和水灰比减小对劈裂注浆有积极作用。研究结果可为松散砂土环境下地下工程注浆设计和施工提供参考。

区域治理注浆材料优选技术研究

区域治理是防治煤矿底板水害的有效手段。本文针对云驾岭矿19101工作面治理过程中大注浆量问题,以不同注浆材料配比制浆、取样、化验,通过浆液结石体与泥岩抗压强度值比对、隔水层阻水系数2个方法确定,水泥与粉煤灰3∶7的配比是可以满足底板水防治要求的。同时,将试验结果推广应用,并跟踪、监测井下钻探、物探以及回采涌水结果均表明治理效果显著。注浆材料优选技术可以为注浆量大的工程项目提供有益借鉴,助力煤矿企业降本增效,提升发展质量。

废弃物料对灌浆料力学性能影响的试验研究

为提高铁尾矿砂和固体废弃物的利用率,选用铁尾矿砂部分取代石英砂、粉煤灰和矿渣部分的方式制备水泥基灌浆料。采用正交试验方法,对水胶比、胶砂比、铁尾矿砂掺量、粉煤灰及矿渣掺量五个因素进行研究。试验结果表明:所制备灌浆料的流动度都满足大于260mm的要求且各因素水平对灌浆料抗折、抗压强度产生不同影响。正交试验中,水胶比对灌浆料抗折、抗压强度的影响程度最大,以灌浆料28d抗压强度作为极差分析的主要指标强度,确定28d抗压强度的最优因子水平组合为A1B2C4D1E2,即水胶比0.33、胶砂比1:1.0、铁尾矿砂掺量20%、粉煤灰掺量4%、矿渣掺量为6%。

叠合板式综合管廊侧墙连接节点面外抗震性能试验研究

叠合板式综合管廊属于半装配式结构,其接缝数量少,抗渗性能优越,应用前景广泛。为了研究采用灌浆套筒连接和浆锚搭接连接两种连接方式的叠合板式综合管廊侧墙在面外荷载作用下的抗震性能,该文开展了采用两类连接方式的足尺侧墙模型的面外低周反复试验,并与管廊现浇侧墙构件作对比。通过分析试件破坏模式、裂缝分布以及受力性能指标,初步揭示了不同连接方式对叠合板式侧墙面外抗震性能的影响。研究表明:叠合板式试件与现浇试件抗震性能基本一致,滞回曲线均较饱满,极限承载力与刚度退化规律基本一致,满足装配式结构等同现浇的抗震设计要求;两类叠合板式管廊侧墙试件延性系数分别为7.05和8.50,均具有良好的面外延性,满足我国抗震设计规范中变形能力要求;采用浆锚搭接连接的叠合板式试件与采用灌浆套筒连接的叠合板式试件相比,滞回曲线更加饱满,变形能力好,但峰值抗侧承载力低,相同侧向位移下损伤破坏严重;两种连接方式的均可有效传递钢筋应力直至构件破坏。

装配式建筑套筒用灌浆料的配制与性能研究

灌浆料直接影响套筒灌浆接头的性能,为制备力学性能好、成本低、绿色环保的套筒用灌浆料,本文在对硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥进行复配的基础上,使用机制砂、粉煤灰、矿粉等材料,以流动性和抗压强度为指标,设计了正交试验。结果表明:水胶比是影响灌浆料流动性和抗压强度的关键因素;套筒灌浆料最优配比为:水胶比0.23、胶砂比1.0:0.8、粉煤灰掺量10%、矿粉掺量4%、机制砂取代量25%,其中胶凝材料中硫铝酸盐水泥的掺量为20%。对灌浆料进行试配:各项性能均优于JG/T 408-2019的性能指标,用于实际工程中,灌浆接头的力学性能符合JGJ 355-2015要求。

基于泥水盾构废浆的新型同步注浆浆液性能及影响因素初探

为响应我国生态文明建设要求,遵从绿色发展理念以及推进“双碳”战略目标的实现,针对泥水平衡盾构施工过程中产生的废弃浆液的处理及外运的高成本、易污染环境等问题,提出将废弃泥浆用作制备同步注浆浆液的解决办法。依托成都环线紫瑞隧道建设项目,通过室内试验方法研究浆灰比、灰砂比、粉灰比对基于砂卵石土地层泥水盾构废浆制备的新型同步注浆浆液的泌水率、流动度、凝结时间以及3,7,28 d抗压强度的影响规律,得出以下研究结论。(1)基于砂卵石土地层废浆制备的新型同步注浆浆液稳定性良好。(2)新型同步注浆浆液的凝结时间随着浆灰比、灰砂比的增加而增长,随着粉灰比的增加而减小;流动度随着浆灰比、灰砂比的增加而增加,随着粉灰比的增加而减小。(3)新型同步注浆浆液的3,7,28 d抗压强度随着浆灰比的增加而减小,随着粉灰比的增加而增加,随灰砂比的增大呈先增大后减小的变化规律,在灰砂比为0.8时,达到最大值。(4)经试验研究得出使用废浆以浆灰比2.5、灰砂比1.25、粉灰比0.75制备的新型同步注浆浆液3 h泌水率为0,凝结时间为7.25 h,流动度为23.3 cm,3,7,28 d抗压强度分别为1.2,1.5,2.7 MPa,各项性能均满足试验指标要求,将此配比方案应用于依托工程实际施工,能够满足施工现场的要求。此研究为泥水平衡盾构废弃泥浆再利用于同步注浆提供了有效支撑。

注浆长度与套管类型对扩大头锚索性能的影响

扩大头锚索因具有抗拔承载力大、支护效率高等优点在岩土工程中应用广泛,而注浆段落的长度和自由段保护套管的类型将对锚索受力变形特性产生影响。为此,依托实际工程开展了锚固段注浆+PE波纹管(设计方案)、全长注浆+聚乙烯(polyethylene, PE)波纹管(实际施工常用方案)、锚固段注浆+高密度聚乙烯(high density polyethylen, HDPE)套管、全长注浆+HDPE套管等四种不同工况扩大头锚索的现场拉拔试验,对比分析了不同工况下锚索的拉拔荷载-位移(Q-s)曲线、荷载-弹性位移(Q-se)曲线与荷载-塑性位移(Q-sp)曲线、自由段伸长量比例、刚度系数等受力变形特征。试验结果表明,相同注浆长度条件下,采用HDPE套管相比PE波纹管能够更好地发挥对自由段的隔离保护作用,保证自由段的变形性能;而采用相同套管类型时,注浆长度的增加会导致自由段伸长量值的减小,并会增大锚索刚度系数。在试验研究的基础上,提出现场锚索施工采用锚固段注浆+HDPE套管或全长注浆+HDPE套管的建议方案,从而保证锚索受力变形性能均达到设计预期。

富水粉细砂层盾构同步注浆复合浆液配比试验

为提高富水粉细砂地层盾构同步注浆的效率和质量,精准控制管片上浮位移,进行配比试验以期得到对富水地层具有良好适应性的浆液。基于常规惰性浆液通过单因素试验,确定出高分子材料羟乙基纤维素(HEC)和聚羧酸(PC)两种外加剂的掺量范围,然后采用正交试验,对水胶比、水玻璃、羟乙基纤维素和聚羧酸4因素3水平的试验结果进行极差分析,得到流动性好、凝胶时间可控、结石率高的复合浆液配合比。结果表明,针对富水粉细砂地层的复合浆液最佳配比为:水胶比0.8(A2),水玻璃掺量30%(B2),PC掺量0.1%(C1),HEC掺量0.2%(D2),这一配比在保证流动性(稠度10~12 cm)、凝胶时间(90~150 s)、结石率(97.53%)和抗压强度(2.63 MPa)的同时,优化了浆液的抗水分散性和经济性。采用推荐浆液配比进行同步注浆,管片的上浮位移可以控制在20 mm以内,满足规范要求。

富水砂层长距离顶管减阻泥浆性能研究

结合富水砂层顶管摩阻力特性以及高分子聚合物的作用机理,通过实验得到了如下优选泥浆配方:8%安信AX一级钠基膨润土+0.3%纯碱+0.25%聚丙烯酸钠+91.45%水。实验结果表明,该配比的泥浆在具有高黏度的同时,还具有很好的流动性和分散性,并且滤失量较小,综合性能最优。泥浆的表观黏度相比优化前提高了65%,滤失量相比现场取样泥浆降低了57%,满足现场砂土地层顶管的减阻泥浆性能要求。

地铁盾构泥浆制备同步注浆材料的性能研究

基于某地铁盾构施工产生的盾构泥浆再利用问题,采用盾构泥浆全替代砂,同时掺入减水剂、早强剂、微硅粉、纤维等材料设计并制备了同步注浆材料,采用正交试验法研究了减水剂掺量(1.0%~2.5%)、早强剂掺量(3%~6%)、微硅粉掺量(10%~25%)对同步注浆材料稠度和抗压强度的影响。结果表明:经优化调整得到的同步注浆材料的最佳配合比为盾构泥浆2000 g、水泥500 g、聚丙烯纤维1 g、减水剂5 g、早强剂25 g、微硅粉125 g、水987.2 g,此时,同步注浆材料的稠度、抗压强度等指标均满足工程要求。

地聚合物注浆材料制备及性能试验研究

早强型地聚合物注浆材料的早期强度较好,在道路工程、市政工程中已有广泛运用,但注浆材料的制备及性能试验的系统化研究较少,本研究即根据路基补强的需要,对注浆材料性能指标进行系统性研究,以期得到一系列注浆材料的重要性能参数。

不同注浆材料对同步注浆惰性浆液耐久性的影响研究

为有效提升盾构隧道同步注浆惰性浆液的耐久性,文中采用室内试验的方法,分析不同水胶比、粉灰比、胶砂比,以及膨水比对惰性浆液体积收缩率和强度衰减率的影响规律,确定浆液耐久性的控制性影响因素。结果表明,①惰性浆液结石体耐久性随浆液结石体龄期的增长而逐渐变差,28 d浆液结石体体积收缩率和强度衰减率最大分别为22%和20.9%。②水胶比、粉灰比、膨水比对惰性浆液的耐久性影响较大,因此,考虑到惰性浆液耐久性对盾构隧道后期运维的影响,应适时调整浆液配合比。

粉煤灰-水泥双液注浆材料的配比优化

双液注浆材料在煤矿破碎围岩治理中的应用较为广泛。为获得凝结速度快、成本低的双液注浆材料,以粉煤灰、水泥、水玻璃、减水剂、早强剂为原材料,基于正交试验方案,探究粉灰比、玻浆比、减水剂掺量、早强剂掺量4个因素对注浆材料黏度、凝结时间、抗压强度的影响规律,并利用DPS软件建立回归模型,通过Matlab遗传算法得到15组最优配比,最后结合方案造价确定了工业配比。结果表明,注浆材料的性能不仅受单一因素影响,而且受两因素之间交互作用的影响;粉灰比0.126、玻浆比0.35、减水剂掺量1.35‰、早强剂掺量1.85%的工业配比,其黏度为518 mPa·s、凝结时间为23 s、28 d抗压强度为11.10 MPa,与预测值差距较小,成本较低,能够满足实际应用中对注浆材料的性能要求。

浆液在透明复制裂隙中驱替行为的可视化试验研究

在地下工程中,注浆技术是修复裂隙岩体和封堵地下水的重要手段。了解浆液在岩石裂隙中的流动行为对优化注浆方案有重要意义。通过可视化试验研究了粗糙裂隙中浆液性质对注浆过程的影响规律,提出了驱替模式试验相图,并阐明了其细观机制。试验结果表明,浆液的驱替行为与传统牛顿流体不同,注浆速度和浆液质量分数显著影响粗糙裂隙中浆液的驱替模式;在浆液的驱替过程中,浆液流变性质和裂隙开度变异性的共同作用及其相互反馈影响引起的黏度变化是形成不同驱替模式的重要原因;注浆流速越小,浆液质量分数越大,两相界面越稳定,浆液最终填充率越高;驱替过程中浆液难以完全填充裂隙的较小开度区域,且随着注浆流量的增加,浆液最终填充率呈现明显的非单调性;浆液最终填充率受驱替形态的影响显著,基于界面稳定分析理论,推导了浆液在粗糙裂隙中驱替形态转变的临界条件。该研究成果揭示了粗糙裂隙中浆液扩散的机制,可为评价与控制岩体注浆效果提供参考依据与技术思路。

考虑安装误差的灌浆连接段轴向力学性能研究

[目的]随着海上风机工程逐渐向深远海区域发展,海上恶劣的施工环境极有可能导致导管架基础灌浆连接的安装产生误差进而影响连接的轴向力学性能,故需要研究安装误差对于灌浆连接段轴向力学性能的影响规律。[方法]首先开展灌浆连接段缩尺试件的轴向静力加载试验,随后采用有限元分析方法来模拟对应试件的轴向加载过程,其模拟结果与试验数据显示出较好的拟合性。[结果]研究结果表明:纵向、横向安装误差的增大会导致灌浆连接段轴向刚度的增大,并会进一步改变套管和桩管的纵向应变分布;另外,安装误差的增大也会引起轴向加载过程中灌浆料内第三主应力最大值的增大和其分布位置的变化。[结论]综上所述,安装误差对导管架基础灌浆连接段轴向力学性能的影响可能导致灌浆连接段破坏模式的改变,故需根据安装误差的影响规律来对其危害予以充分的考虑与评估。

套筒灌浆缺陷连接足尺预制混凝土柱抗震性能试验研究

灌浆套筒连接是预制混凝土结构最常用连接方式,灌浆不饱满缺陷是影响灌浆套筒连接柱抗震性能的主要因素。为明确不同缺陷率对该类柱抗震性能的影响,该研究考虑无灌浆缺陷、45%缺陷率和60%缺陷率三种情况,设计并制作了3个足尺预制柱进行低周往复拟静力试验,通过与无灌浆缺陷试件对比,分析套筒灌浆缺陷连接对柱构件破坏模式、滞回特征、延性等的影响。结果表明:不同于无缺陷试件的弯曲破坏特征和饱满滞回耗能特征,灌浆缺陷试件呈现出钢筋滑移破坏特征和捏拢滞回特征,延性变形系数为2.8~3.5,小于无缺陷试件的5.8。在发生钢筋滑移前,灌浆缺陷仅一定程度影响屈服荷载和峰值承载力。该研究的相关成果可为灌浆套筒连接预制混凝土结构的抗震性能研究提供参考。

盾构隧道同步注浆材料的浮力时效特性试验研究

盾构隧道在施工过程中因受到同步注浆材料的浮力而发生上浮,上浮力过大或隧道上浮量超限将影响隧道的施工质量,为探明同步注浆材料的浮力时效特性,参考某地铁施工所用的同步注浆材料配合比,配制同步注浆材料进行浮力测试研究。试验结果分析表明:在土箱内倒入浆液时,圆筒受到浮力符合阿基米德浮力原理;注浆材料静置后圆筒的浮力开始减小,在静置约4h内浮力减小迅速,约21h浮力达到最小值,最小浮力与圆筒在纯水中所受到的浮力非常接近;静置约21h后浮力再次增大,最终所测得的浮力稍大于圆筒所受到水的浮力;为减小施工期隧道上浮对隧道施工质量的影响,可适当降低盾构隧道掘进速度,或在隧道顶部合理地注入速凝的双液浆。

固废复合材料灌浆料复合试验设计、力学性能及微观结构分析

为了提高粉煤灰、矿渣、铁尾矿砂和机制砂等固废的利用率,制备早强、微膨胀的高强灌浆料,本文通过复配普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥,以及设计石英砂-铁尾矿砂-机制砂的三元复合体系和正交试验的方式分析了在固废复合材料共同作用下灌浆料的力学性能和微观结构。试验结果表明,普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥最优质量比为4∶1,石英砂、铁尾矿砂、石灰石机制砂的最优质量配合比为7∶1∶2,正交试验4种因素对灌浆料试件强度影响程度由大到小为水胶比、粉煤灰掺量、胶砂比和矿渣掺量,通过极差分析得到最佳因素水平组合为水胶比为0.33、胶砂比为1.0∶1.2、粉煤灰掺量和矿渣掺量分别为6%和10%(质量分数)。通过XRD、SEM分析发现,C-S-H凝胶的密实程度会影响灌浆料试件的强度,水胶比对钙矾石物相有影响,钙矾石和六水铝酸三钙能提高试件的早期强度。

装配式建筑构件连接用化学灌浆材料粘聚渗透性能研究

为探究装配式建筑用化学灌浆材料在制备中不同材料参数配比对于强度等性能的影响,选择硅酸盐水泥作为胶凝材料,配合陶粒、河砂等骨料及矿物掺和料,完成制备方法及灌浆试件的性能测试方法的设计。采用正交实验优化灌浆材料的制备配比,将水胶比、胶砂比、矿物掺和料掺量作为正交实验中的变量因素,分析不同水平下的试件相关性能。研究结果表明,当水胶比为0.19、胶砂比为1.14、矿物掺和料掺量为0.20%时得到的试件性能最佳,对应配比为水泥750 g、砂810 g、PVA120 g、水213 g时,试件力学性能最优、竖向膨胀率及自由沁水率最佳。