大断面异形盾构同步注浆两阶段复合扩散机制及压力时空分布模式

异形盾构在隧道断面形式多样化发展的情势下越来越多地出现在地铁建设中,因其自身几何形状特性所对应的非常规盾尾间隙和复杂的浆液流动路径让注浆施工控制较为困难,长时间的拼装过程亦使得浆液压力重分布更难明晰。在分析盾构同步注浆充填运动特征和渗透扩散机理的基础上,通过考虑浆液的非预定填充轨迹、黏度时变性以及驱替/渗滤效应,建立更加符合实际情况的浆液填充与渗透复合扩散模型,推导浆液压力和时空扩散距离的理论计算式。由此统一注浆过程中浆液的填充扩散与渗透扩散两阶段,整合浆液压力的传递和消散过程,依托类矩形盾构工程实例获得压力沿管片的3D时空分布规律。研究表明:浆压的传递与消散对管片总的及单位面积受力均有显著影响,填充扩散的计算结果呈上小下大,重力主导的趋势,竖向梯度约为16kPa/m,压力曲线更加饱满,压力槽现象不太明显;该地层和参数条件下的渗透消散计算结果呈非线性变化特征,前期较快后期较慢,达到稳定时间更短,不透水层的形成使得最终浆压与静水压力的差值达到初始渗透压差的46%左右。文中提出的两阶段注浆扩散模型与现场实测结果更加接近,浆液压力分布的局部趋势、波动特征及消散规律与传统方法计算出的结果有显著区别,其能更好地说明浆液在异形空间中的运动方式及其向外扩散中的损失细节。该研究成果也能在传统圆形盾构隧道的建设中进行应用服务,并为精细化分析施工阶段的衬砌管片受力模式提供理论依据。

机械开挖岩体裂隙注浆扩散模型分析

针对传统注浆扩散模型的扩散机制未考虑裂隙开度、注浆压力等因素的问题,研究分析机械开挖岩体裂隙注浆扩散模型。基于流体力学理论计算岩体裂隙的等效水力开度,在定义裂隙注浆扩散模型基本假设条件的同时,构建由流核高度、岩体裂隙界面平均流速、裂隙注浆扩散运动方程组成的机械开挖岩体裂隙注浆扩散模型,并依据该模型推导裂隙注浆扩散区内的压力时空分布方程,利用该方程分析注浆压力、时间以及扩散距离等岩体裂隙注浆扩散特征。实验结果表明:岩体裂隙注浆时,扩散半径与裂隙开度、注浆压力以及水流速度呈正相关关系,与静水压力、裂隙注浆粘度呈负相关关系;该模型基本满足实际注浆压力与时空变化规律,可估算出灌注工程设计的合理参数,提升其工作效率。