gprMax干扰消除方法优化隧道壁后空洞成像特征研究

为解决传统探地雷达图像处理方法在检测隧道衬砌钢筋影响下的壁后空洞时,二维模型不能有效描述空洞三维特征,存在计算效率低、计算精度不足的问题,综合运用平均消除法、指数增益法和时间零点校正法,结合雷达信号随双程窗口时间变化的特点,引入分段函数计算步骤,提出gprMax干扰消除方法,并验证该方法在正演模拟结果处理中的可行性。结合工程实际注浆情况和隧道壁后空洞的检测过程,采用基于时域有限差分法的gprMax软件设计隧道壁后注浆空洞的三维模型,采用gprMax干扰消除方法优化图像结果,对不同工况下的正演模拟图像成像特征进行分析。结果表明:1)gprMax干扰消除方法的正演模拟处理结果与室内混凝土板中圆形空洞结构模型试验的实测结果总体一致;2)水平测线中矩形空洞信号特征呈现出“凹”字形,垂直测线中矩形空洞信号特征呈现出类似直达波的特征,由空洞的三维特征图获取数据可计算得到空洞尺寸和埋深信息;3)gprMax干扰消除方法可以有效增强埋深较大处空洞的电磁信号强度。由研究结果可知,gprMax干扰消除方法在提高了隧道壁后空洞检测数据处理效率的同时保证了计算准确性和精度。

含水率影响下黄土盾构隧道壁后注浆浆液扩散特性试验研究

为了揭示黄土盾构隧道壁后注浆浆液在地层中的扩散形式和规律,考虑盾构隧道盾尾间隙特征,建立含水率、渗流压力、土压力可实时监测以及扩散过程可视的模型试验系统。考虑黄土不同含水率,通过试验研究浆液扩散形式以及注浆过程中的含水率、渗流压力和土压力变化规律。研究结果表明:在相同干密度下,不同含水率对壁后注浆浆液扩散形式影响显著;含水率为10%时,浆液未发生明显扩散,浆-土形成了明显的分界面,仅分界面处的含水率发生显著变化,各分层土体土压力较大;含水率为20%和30%时,浆液扩散范围增大,各分层土体含水率均有变化,土压力和渗流压力出现了阶跃曲线,土体中形成了明显的浆脉。黄土盾构隧道壁后注浆中浆液的扩散形式主要为压密扩散、压滤扩散和劈裂扩散。

含壁后空洞盾构隧道管片安全分析

为探究空洞对盾构隧道的影响机理,通过建立考虑环、纵向接头的盾构隧道精细化数值模型,研究不同空洞深度、面积、位置等多种情况下管片内力、变形及截面安全系数的变化规律,并探讨管片不同拼装点位对含壁后空洞隧道的影响。研究结果表明:隧道壁后不同位置空洞对结构安全不利影响的排序为:隧腰>隧底>隧顶;空洞面积为5.0 m^(2)时,随空洞深度增加,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩及安全系数呈先减小后反向增大的趋势,且管片椭变先减小至0后反向增大,弯矩分别在空洞深0.3、0.2 m时反弯,左隧腰空洞中心处截面安全系数不断降低,管片椭变及弯矩大幅提升;空洞深度为0.5 m时,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩均在空洞面积3.75 m^(2)时反弯;空洞范围内存在纵缝会降低空洞中心处隧道截面内力并提升其安全系数,但其最大张开为空洞内无接缝时的2.0~3.5倍。研究成果可为盾构隧道壁后空洞安全评价、拼装点位选取提供参考。

钻井法凿井壁后充填大比重水泥浆研制及其耐久性能

为提升西部地区深大钻井井筒第一段高壁后充填置换效果,提出采用大比重水泥浆作为新型壁后充填材料。首先,通过对比试验,优选重晶石粉作为加重剂、硅酸镁铝为悬浮剂。然后,采用正交试验和极差分析法,分析了水灰比、重晶石粉、硅酸镁铝和膨胀剂掺量对大比重水泥浆的密度、初凝时间、流动度、3 d及28 d抗压强度的影响,采用综合平衡法确定了大比重壁后充填材料的最优配合比为水泥∶水∶重晶石粉∶硅酸镁铝∶膨胀剂∶减水剂=1∶0.55∶0.5∶0.03∶0.025∶0.015。硫酸盐溶液侵蚀对比试验表明,与常用的水泥浆充填材料相比,大比重水泥浆充填材料具有可靠的耐久性能。最后,通过XRD和SEM分析了优选组加重水泥浆在3 d和28 d的水化产物和微观结构,揭示其优异抗渗性和耐久性能的机理。研究结果可为西部地区深大钻井井筒壁后充填提供大比重、高强度、低渗透以及耐久性好的新型壁后充填材料。

碱性速凝剂对盾构壁后注浆浆体性能影响及微观机理研究

在盾构隧道壁后注浆工程中,选择合适的速凝剂,缩短壁后注浆浆体(浆体)的凝结时间,对控制地层沉降和管片上浮至关重要。采用Na_(2)CO_(3)和Li_(2)CO_(3)两种碱性速凝剂配制壁后注浆,分析了两者对浆体凝结时间、流动度经时损失和强度的影响规律及微观机制。结果表明:两类速凝剂均能明显缩短浆体的凝结时间,提高浆体强度,但同时导致浆体流动度经时损失加快。添加3%Na_(2)CO_(3)、0.5%Li_(2)CO_(3)分别使浆体凝结时间缩短至6.5 h和8 h,2.5 h后浆体流动度保持在220 mm,浆体14 d强度为3.8 MPa,相比未添加速凝剂浆体的强度提高30%以上。微观结构分析表明,碱性速凝剂通过与石膏和CH晶体反应,促进水泥矿物C_(3)A和C_(3)S水化,缩短了浆体的凝结时间;此外,碱性速凝剂促使水泥水化产生水滑石、方解石,并激发粉煤灰生成C-A-S-H,均使浆体结构更为致密,进而提高其后期强度。

废弃岩渣壁后注浆体固结时变性及对地层沉降影响研究——以南京和燕路过江通道盾构隧道工程为例

为研究废弃岩渣替换商品砂配制的壁后注浆体(岩渣-硬性浆)固结后性质的时变规律及其对地层沉降的影响,采用自制的固结装置进行固结试验,测定浆体弹性模量等性质的时变规律,并采用FLAC3D数值模拟,研究岩渣-硬性浆对地层沉降的影响规律。结果表明:1)岩渣-硬性浆固结完成后,浆体性质发展迅速,起始弹性模量为1~1.4 MPa,3 d后已达到120~160 MPa,相较于刚固结完成时其内摩擦角增长21.8%,黏聚力增长4~5倍;2)相比于普通硬性浆,使用岩渣-硬性浆进行壁后注浆能够有效降低地层沉降,最终沉降值降幅为20%左右,但浆体的固结性质差异基本不会改变地层沉降横向影响范围;3)对比沉降模拟结果与现场实测数据发现,采用固结试验所得的岩渣-硬性浆时变性参数进行地层沉降模拟,可较为准确地反映岩渣-硬性浆填充引起的地层沉降规律,进一步验证了岩渣-硬性浆对地层沉降的控制效果。

盾构弃渣在壁后注浆中绿色再利用试验研究

为解决泥水平衡盾构的弃渣显著增加施工成本,且极易造成环境污染的常见问题,依托南京市江宁区新济洲供水工程过江廊道工程,考虑掘进线路处于黏土地层,提出了弃渣取代同步注浆原材料的再利用研究方案。探讨了弃渣取代膨润土原材料的可行性,通过正交设计试验测试了浆液性能,研究了各种渣土情况下的浆液性质的变化。研究发现,经初步处理后的泥水盾构弃渣可取代膨润土材料,最优配比下同步注浆浆液的比重为1.812 g/cm^(3),稠度为14.25 cm,初凝时间为10.55 h,2 h泌水率为1.41%,28 d体积收缩率为0.0147%。研究结果表明,泥水盾构弃渣各项指标均能满足南京市江宁区新济洲供水工程过江廊道工程现场同步注浆性能要求,且该技术的经济和环境效益显著,可为后续相似工程建设提供一定的参考。

地铁盾构隧道壁后空洞高精度成像方法

盾构隧道在建设和运营中常面对壁后空洞等隐蔽缺陷问题。这些隐蔽缺陷会导致隧道局部承载力降低,在荷载长期作用下增加隧道灾变风险。探地雷达是盾构隧道隐蔽缺陷探测的主要方法之一,然而直接对雷达数据进行解译受环境影响较大,不能满足日益提高的检测需求。为提高隧道检测的精度,采用时域有限差分法对不同尺寸与形状的隧道壁后空气/含水空洞进行数值模拟,研究不同类型空洞的电磁响应特征,并结合逆时偏移方法对空洞目标进行了高精度成像。之后,在搭建的隧道隐蔽缺陷试验平台中埋设了不同大小的空气/含水空洞并进行了雷达探测,利用足尺模型试验对所提出的成像方法进行验证。结果表明:相较于传统的绕射叠加偏移与Kirch-hoff偏移方法,本文提出的逆时偏移成像算法可在抑制成像目标边缘反射伪影的同时,准确估算空洞位置及尺寸。研究结果可为盾构隧道壁后空洞雷达数据解释提供参考。

盾构隧道壁后填充层对管片力学特性影响分析

盾构隧道壁后填充层材料不可避免地对隧道管片力学性能产生影响,为此依托某区间隧道项目,通过有限元数值模拟手段分析盾构豆砾石填充层密实度对管片力学性能和变形的影响。结果表明:管片各位置处径向位移存在较为明显差异,最大径向位移出现在拱顶位置处,最大径向位移达到9.2mm。随着豆砾石密实度的增加,各位置处径向位移增大,豆砾石密实度与管片径向位移呈现正相关关系。豆砾石在自然松填条件下管片弯矩和轴力均最低。随着豆砾石密实度的增加,其管片弯矩和轴力均上升,但其上升速率逐渐下降。豆砾石密实程度影响了管片各位置处与围岩的接触应力。随着豆砾石密实度的增加,管片各位置处接触应力增加,接触应力最大值由拱顶位置处变化为拱腰位置处。

盾构隧道壁后注浆技术研究

为了分析盾构隧道壁后注浆技术研究现状及发展趋势,通过从壁后注浆加固作用、注浆材料、注浆控制参数、注浆效果评价4个方面对盾构隧道壁后注浆技术相关研究进行系统分析及阐述,讨论了目前存在的问题并提出了未来研究重点。分析结果表明:盾构隧道壁后注浆材料相关研究已较为成熟,但仍需对经济环保型注浆材料进行深入研究;壁后注浆浆液扩散机理在不断研究,但未能形成较为成熟的系统,仍需进一步探索;目前主要采用直接观测法、无损检测技术、埋置传感器方法对隧道壁后注浆效果进行评价,但仍需提高浆液填充效果评价准确度,进一步完善管片壁后注浆填充效果评价体系。

隧道内壁后双液微扰动注浆在盾构管片水平收敛治理中的应用

南京素有地质博物馆之说,既有地铁运营隧道遍布各区穿越各类地层,而不同地层当中隧道在结构病害治理技术方面必然有所区别。本文背景以南京城东岩层地区地段及长江漫滩河西软土地层的隧道病害治理为例,介绍隧道内壁后双液微扰动注浆在盾构隧道管片中水平径向收敛治理中的施工流程和技术核心,同时对施工过程中的注浆参数及自动化实时监控数据,进行了研究分析和总结,可为后续隧道养护工程提供一定的经验借鉴。

义安煤矿采空区下锚网喷+壁后注浆技术研究与应用

为保证义安矿业施工的13采区轨道大巷顺利掘进,解除11010工作面采空区对13采区轨道大巷施工威胁,优化支护方案,对采空区段巷道采用锚网索喷+壁后注浆联合支护方式,优化注浆水灰比,经实施验证后,在采空区下掘进330m段13采区轨道大巷,围岩变形量可降低85%左右,通过二次注浆,围岩强度得到二次加强,受力状态进一步提高,围岩的变形量可降低到95%以上,较好的解决了巷道需要反复维修的问题。

低渗地层盾构隧道壁后注浆压密-劈裂扩散模型研究

通过对盾构隧道环向浆液压力分布、起劈压力分布的计算,建立了低渗地层盾构隧道壁后注浆压密-劈裂扩散模型,提出了环向劈裂区间角及其计算方法,给出了浆液扩散距离与劈裂通道宽度计算式,并分析土体侧压力系数、盾构埋深对劈裂区间角的影响及土体弹性模量、浆液黏度对浆液最大扩散距离与劈裂通道宽度的影响,结合理论对盾构掘进过程中地表冒浆问题进行了讨论。研究结果表明:在低渗地层进行盾构隧道壁后注浆时,浆液在劈裂区间角内以劈裂形式扩散,在其余区域以压密形式扩散;劈裂区间角与土体侧压力系数、隧道埋深均呈负相关关系;最大扩散距离与注浆压力差,最大通道宽度与最大扩散距离均呈指数关系,其指数分别为4,0.25;正常注浆参数下,浆液向下扩散距离远大于向上扩散距离,结合某城际铁路盾构隧道实际注浆参数及地层参数,分析了地表冒浆的原因,进一步验证了该扩散模型的合理性。

基于透明土技术的盾构壁后注浆效果试验研究

为研究浆液在盾尾间隙中的扩散机理,提出了一种基于透明土技术开展壁后注浆扩散效果评估的可视化试验方法。首先通过理论推导,得出模型试验各物理参数的相似比尺,从而自行设计可视化试验装置;随后研制与透明土折射率一致的透明浆液,之后为验证浆液的适用性,利用制备的透明土和透明浆液开展预注浆试验;最后依托自行设计的试验装置,开展了针对隧道埋深、注浆压力、土层性质3种不同因素的敏感性分析。结果表明:透明浆液流变曲线符合宾汉姆流体特征,扩散形态与实际浆液较为相似;隧道埋深越大,浆液压力速度越快,距隧道中轴线有限距离内的地表沉降越小,并且分布离散程度越低;随着注浆压力的增加,注浆率增幅减小;浆液在级配不良的土层中更容易渗透扩散。

基于地表位移控制的浅埋盾构管片壁后注浆压力确定方法

采用考虑卸载模量的硬化土小应变模型,模拟分析了不同埋深盾构隧道施工时地表竖向位移随管片壁后注浆压力的变化规律,并从盾构施工微扰动控制角度探讨了壁后注浆压力的确定方法。结果表明:随壁后注浆压力增大,不同埋深下地表竖向位移均可分为沉降敏感阶段、稳定阶段和隆起敏感阶段;壁后注浆压力应在隧道顶部上覆土自重应力的基础上进一步增大,以顶起上覆土,弥补超挖引起的地表沉降;当地层损失补偿率与地层损失率接近时,可达到盾构施工微扰动控制要求,据此提出一种综合考虑地表竖向位移、地层损失率、地层损失补偿率的壁后注浆压力范围确定方法。

西部地区钻井法凿井壁后充填模拟试验研究

针对西部富水弱胶结地层中深立井钻井井筒壁后充填技术难题,开展了壁后充填模拟试验,对充填效果、充填层抗压强度和抗渗性能进行了分析。以可可盖煤矿中央回风立井钻井井筒为工程原型,基于相似理论原理构建了变态模拟试验系统,采用高性能微膨胀充填材料进行了钻井井筒壁后充填模拟试验。研究结果表明,高性能微膨胀充填材料整体置换护壁泥浆效果好,模拟试验各段置换率均达到97%以上,平均置换率为99.0%;充填层固结体3d抗压强度大于10MPa,28d抗压强度大于30MPa,其强度高、充填固井效果好;在流固耦合作用下,高性能微膨胀充填材料相较于传统水泥浆充填材料有更高的抗压强度和更好的抗渗性能,适宜作为深立井钻井井筒壁后充填材料。但模拟试验也发现,在模型最下部出现少量泥浆沉淀,该段置换效果相对较差。在实际工程充填前,调整泥浆参数、优化泥浆性能可以减少泥浆沉淀,提高工程充填效果。

纱岭金矿千米以深回风井壁后注浆技术

针对纱岭金矿千米以深回风井井筒围岩破碎(Ⅳ~Ⅴ级)、高角度(70°)裂隙发育及高水温(50℃)等复杂地质条件下的井壁淋水问题进行深竖井壁后注浆设计。以井筒工程地质条件、水文地质条件为基础,通过现场调查和声波探测确定已衬砌井筒壁后塑性区分布范围及形态特征,借此设计壁后注浆钻孔结构参数(深度、直径、间距),进一步优化井筒壁后注浆材料选择、注浆方式和注浆参数,以改善注浆工艺,提高注浆效率。工程实践表明:采用高性能注浆材料并改进注浆技术,基于塑性区理论进行壁后注浆,使井壁淋水总量控制在5 m^(3)/h以内,注浆堵水率达到90%,壁后注浆效果良好,为类似矿山超深井筒壁后注浆提供参考依据。

隧道壁后注浆材料发泡剂的制备与性能

传统的壁后注浆材料及技术已不能满足城市轨道交通的施工要求,探索新型壁后注浆材料和技术成为了交通施工部门急需解决的技术难题。针对城市轨道交通工程项目的特征,通过在改性动物蛋白母液中添加阴离子表面活性剂和稳泡剂,研究了壁后注浆材料专用的新型发泡剂。通过对比掺入不同极性大分子物质的起泡及稳泡效果,确定发泡剂的最佳配比,起泡和稳泡组分为0.8%SDS(十二烷基硫酸钠)+0.15%C12(苯扎氯铵)时,发泡剂性能最好。研究结果表明,利用所提发泡剂制备注浆材料,其力学性能较好且内部结构致密。

风化岩层盾构隧道管片壁后密实度检测

目的:以杭州至临安城际铁路(即杭州地铁16号线)工程为例,介绍了轨道交通工程建设中,风化岩层盾构隧道管片壁后密实度检测探索与实践。分析在弱风化、中风化和强风化岩层地质的盾构隧道管片壁后密实度检测情况,为隧道壁后补浆及运营变形评估提供依据。方法:通过对打音检测法、超声成像法和地质雷达检测法分别进行现场试验,综合参考检测成果可靠性、工作效率和检测成本等,经比选确定采用地质雷达检测手段。结果及结论:通过试验对比,采用地质雷达检测法,对杭州地铁16号线的盾构隧道和矿山法隧道进行全线检测,检测结果与拆卸管片后暴露出的实际注浆密实情况的对比校核说明,二者一致性较好,未发现较大范围或严重的注浆不密实或脱空现象。风化岩层盾构隧道管片壁后密实度检测方法试验取得了预期的效果,达到预期目的。

金能煤业回风立井壁后注浆应用分析

金能煤业回风立井在80~217m段出现了透水点,已经严重影响到立井的正常使用。为了保证回风立井的安全使用,需要对井筒实施注浆堵水工程。针对回风立井的实际情况,采用了壁后帷幕深浅孔注浆+壁间浅孔注浆综合治理的方案。详细地介绍了注浆施工参数、设备和施工工艺。经过计算,注浆压力不超过4.75MPa,单孔注入浆液量为0.46m3。此次理论研究可以为实际中井筒透水治理提供一定的参考。