盾构隧道同步注浆浆液压力扩散模式研究

基于典型的四孔注浆,将盾构隧道同步注浆中的浆液看作惰性浆液,以单位时间内形成的盾尾空隙为浆液充填的横断面,以横断面内浆液压力的扩散过程为研究对象,借助于牛顿流体模型,运用流体力学与极限平衡法的基本原理,推导出盾尾空隙横断面内浆液压力的分布模型。通过工程实例分析表明:采用推导的浆液压力分布模型得到的计算结果与实测值吻合良好;在浆液刚注入盾尾空隙时,浆液重度对浆液压力初值分布具有决定性作用;后期浆液黏度(时间)的增长将导致浆液压力急剧降低;四孔注浆宜用于半径约为3 m的地铁盾构隧道;浆液压力随着盾尾空隙厚度的增大先呈抛物线形式增大,后逐步趋于稳定。

盾构隧道同步注浆浆液压力消散规律研究

基于达西定律、力学平衡原理和广义虎克定律,推导盾尾空隙内浆液的固结方程,以软土地区典型的盾构隧道同步注浆参数为例,分析浆液压力消散规律。结果表明:浆饼(浆液固结层)厚度与土体剪切模量、泊松比成反比,与注浆压力成正比,与浆液固结前后孔隙比的变化密切相关;不计地层渗流阻力影响时,浆液压力的消散与浆饼厚度的形成主要集中在浆液注入盾尾空隙后的2.1h以内;地层渗流阻力可以延缓浆液的固结过程,但不能影响其最终固结状态;土体剪切模量的增大有利于促进浆液压力的快速消散;孔隙水压力的增大能明显抑制浆液压力的消散;注浆压力的增大对初始时刻浆液压力的消散具有明显的促进作用,但却会相应延长压力消散的时间。

盾构隧道同步注浆浆液压力分布规律模型试验研究

基于盾构隧道典型4孔同步注浆的特点,建立盾构-浆液-土体相似系统和模型试验平台,开展不同注浆方式下的室内相似模型试验,研究盾尾空隙内浆液压力的分布规律及消散过程、浆液的流动路径及扩散方式。结果表明：注浆方式对浆液压力的有效影响范围主要集中在盾尾后方2倍隧道直径范围内;利用上部注浆孔或下部注浆孔单独注浆都是不科学的;上部或下部浆液流量大于等于60%时,其流量变化对浆液压力初值的分布具有决定性作用;上部浆液流量在60%~80%之间才能确保浆液压力初值较好地适应地层应力;盾尾空隙最佳充填模式为,单孔注浆时应采用上部注浆孔,双孔同步注浆时应采用上下双孔注浆且上部浆液流量约占总流量的80%,4孔同步注浆时上部浆液流量应占总流量的60%~80%;刚注入的浆液主要分布在注浆孔附近区域,单位时间内新形成的盾尾空隙主要由原来盾尾处呈流塑状的浆液进行充填;建议在拱顶附近预留专用注浆孔进行二次补注浆。

盾构隧道同步注浆浆液压力时空分布规律

盾构隧道施工过程中同步注浆浆液压力变化对邻近管片结构内力分布有较大影响,为实现对注浆压力的精细化控制,保证盾构安全掘进,研究浆液压力的时空分布规律.在考虑浆液粘度和地层渗透系数时变性的基础上,统一了同步注浆过程中浆液填充、扩散与消散过程,得到了浆液压力沿管片环向与纵向分布的理论计算式.依托工程实例及浆液流变试验结果,建立数值模型,得到了浆液压力沿管片三维时空分布规律.研究表明:同步注浆过程中浆液固结及注浆压力的衰减对浆液压力分布影响较大.浆液粘度增大,浆液流动性与地层渗透系数逐渐减小,使浆液压力沿管片扩散及消散幅度减小,进而影响管片内力分布.考虑了浆液压力时空变化特性的计算模型使管片受力特征与现场实测结果更加接近.研究成果为精细化分析施工阶段管片受力提供了计算依据.

盾构施工对盾尾浆液压力波动变化的影响

为探明盾构隧道同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的原因,通过对珠海马骝洲隧道工程进行现场测试及施工参数统计,获得了盾构掘进过程中管片外荷载的变化规律与注浆滞后时间;将盾尾视为充满高压液体的密闭容器,盾构推进视为改变容器的边界条件,推导了盾尾体积应变与浆液压力的关系式;并用钱江隧道及 Sohpia 隧道的监测结果对其适用性进行了验证.研究结果表明:造成同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的因素主要包括浆液注入口压力的波动变化,管片脱离盾尾过程中浆液的扩散及施工过程中同步注浆相较于盾构行程的滞后效应;马骝洲隧道注浆相较于盾构推进的平均滞后时间为 86 s,当盾尾间隙体积变量为 1 ×10^-4 时浆液压力变化值达到了 0.218 MPa,盾构机从静止到掘进的短时间内滞后效应会使管片壁后浆液压力急剧降低的现象得到了验证.

盾构隧道同步注浆浆液压力变化规律研究

基于浆液流体的连续方程和运动方程,建立了浆液刚进入盾尾空隙时的环向压力分布模型;并推导了在距离注浆孔较远距离处的浆液压力梯度与上浮力的关系式。结合实际工程监测数据验证了理论分析的合理性。分析结果表明:盾构机推进时,注浆点附近的浆液环向压力分布主要由注浆孔位置和注浆孔压力及浆液重度决定;停止推进时,浆液在固结效应下压力逐渐消散,竖直方向上压力梯度逐渐减小;随着远离注浆点,浆液的压力梯度逐步减小并趋于稳定,稳定时的压力梯度主要由上浮力的大小决定。

牛顿流体浆液在裂隙内扩散的规律研究

为研究牛顿流体浆液在裂隙内的扩散规律,基于一些基本假设,对岩体裂隙进行简化,建立水平单裂隙注浆理论模型。基于本构方程和运动方程,推导牛顿流体浆液扩散方程。运用数值模拟软件,建立水平单裂隙注浆模型,基于单一变量原则,建立不同工况,研究了各注浆参数对浆液扩散的影响,并将数值模拟结果与数学计算结果进行对比,浆液压力损失随扩散距离的变化趋势基本一致。研究表明:牛顿流体浆液扩散范围与裂隙开度和浆液粘度负相关,与浆液流速正相关;浆液压力损失与浆液流速和浆液粘度成正比,与裂隙开度的三次方成反比。

考虑时变性影响的盾构壁后注浆浆液固结及消散机制研究

在盾构管片壁后注浆时,由于浆液渗透压的存在,浆液会向外渗透,浆体本身逐渐固结,作用在管片上的注浆压力逐渐消散。考虑到浆液往周边地层渗透过程中由于黏度的变化会引起地层渗透系数的变化,推导了基于浆液黏度时变性的浆体固结变形方程和浆液压力消散方程,分析了浆液固结、消散及浆液压力沿管片外壁分布规律,为精细化分析施工阶段管片受力提供了计算依据。计算结果表明:浆液从注浆口喷出后,浆液黏性的增大使浆液流动性减小,注浆压力消散幅度减小,浆液消散持续时间变短。浆液配比与围岩渗透系数变化对注浆压力消散幅度及消散持续时间存在一定影响。现场实测结果与理论计算结果较为一致。在进行壁后注浆时,应充分考虑时变作用下浆液消散作用的影响。

不同流型浆液在裂隙内扩散规律的理论与数值分析

为研究不同流型浆液在裂隙内扩散规律,根据水灰比的差异,将水泥浆液分别视为牛顿流体、宾汉姆流体和幂律流体;基于一些基本假设,根据不同流体的本构方程及运动方程,推导出不同流型浆液的扩散方程。基于单一变量原则,建立不同的工况,并运用数值模拟软件,建立单一裂隙注浆模型,分析不同流型浆液下注浆参数对浆液压力的影响,最后将模拟值与计算值进行对比。研究结果表明:牛顿流体浆液压力损失与流量q、黏度μ呈正比,与裂隙开度b的三次方呈反比;宾汉姆流体浆液压力损失与流量q、黏度μ、屈服应力τ_(0)呈正相关,与裂隙开度b呈负相关;幂律流体的浆液压力损失与流变系数n正相关;数值模拟中浆液压力损失随扩散距离的变化趋势与扩散方程中的趋势基本一致。

盾构同步注浆填充扩散压力分布模式的计算分析

盾构法是城市地下空间开发的主要施工工法之一,其中同步注浆在控制地表沉降和隧道抗浮防渗等方面起到了关键作用。分析现有盾构同步注浆填充扩散压力分布模式的理论计算模型,总结各模型的适用情况和不足,是非常有必要的。改进现有模型中未考虑纵环向流动关联性的影响,以注浆压力为控制参数,推导整体填充扩散理论模型。基于南京轨道交通L5项目,分别采用环向独立模型和整体填充扩散模型对浆液压力分布模式进行计算分析。计算结果表明:环向独立分布模型中,环饼厚度的取值波动对计算结果影响较大;而整体填充扩散模型可得浆液流动范围内的任一点的浆液压力,直观地查看不同区域浆液压力的分布规律,指导施工。

考虑浆液时空变化的幂律型流体劈裂注浆机理研究

注浆技术在各种工程建设中的应用广泛,但其理论研究远落后于工程实践。基于平板裂缝模型及幂律型流变方程,考虑浆液的时空变化,推导出幂律型流体劈裂注浆浆液质点锋面压力计算公式,并分析其适用范围及参数确定方法,为劈裂注浆提供理论依据。研究结论:劈裂注浆浆液锋面压力与起始注浆压力,劈裂裂缝宽度,粘度时空变化系数,流变指数,注浆速率等参数有关;分析浆液质点锋面压力的时空分布规律,得到浆液质点锋面压力随着注浆时间的增大、浆液质点扩散距离的增大而逐渐较小;结合劈裂注浆浆液锋面压力计算结果对工程实例讲行分析,阐述了注浆压力与时间的变化规律。

基于浆-岩耦合效应的单裂隙注浆扩散规律研究

为研究幂律流体浆液在裂隙内的扩散规律,对岩体裂隙一些基本假设进行简化,建立水平单裂隙注浆理论模型;基于本构方程和运动方程,推导出幂律流体浆液扩散方程;运用数值模拟软件,基于“浆-岩耦合效应”建立水平单裂隙注浆模型;基于单一变量原则建立不同工况,研究了各注浆参数对浆液扩散和裂隙变形的影响,并将数值模拟结果与数学计算结果进行对比,两者浆液压力损失随扩散距离的变化趋势基本一致。研究表明:幂律流体浆液压力损失与流变系数和浆液流速成正比,与裂隙开度成反比;裂隙变形量与裂隙开度和浆液流速均成正比。

高压旋喷扩大头锚杆现场对比试验研究

针对高压旋喷扩大头锚杆,结合2项北京地区现场工程,选择浆液喷射压力以及拔钻速度两项工艺参数做不同组合搭配,分别进行了锚杆锚固段开挖试验以及锚杆极限抗拔承载力试验,获得12根锚杆的开挖数据以及10根锚杆的极限抗拔承载力数据,并与同条件下施工的3根150mm直径普通锚杆的极限抗拔承载力试验结果进行对比,同时将抗拔承载力计算结果与实测值进行对比。研究表明,开挖出的锚固体形态较为理想,浆液喷射压力与拔钻速度对锚固体直径以及锚杆极限抗拔承载力的影响趋势与理论预期基本一致,试验高压旋喷扩大头锚杆的抗拔承载力可达普通锚杆的2.5~3.5倍。经与计算结果对比,发现计算所得极限抗拔承载力数值存在一定安全度,在设计时需注意选择准确的锚固体直径数据。本文对高压旋喷扩大头锚杆的施工管控提出了建议。

围封灌浆在地基加固及纠偏方面的应用研究

分析了常规灌浆加固既有建筑物地基方法的优缺点,提出了围封灌浆加固方法,就此方法进行了现场试验和实际工程应用检验。

对某地下车库顶板开裂的原因分析及处理措施

本文以某无粘结预应力钢筋混凝土无梁楼盖地下车库顶板的实际开裂为例,从设计、施工、材料、环境等因素分析了其开裂的原因,并提出了相应的处理措施,最后对于类似问题提出了预防为主的原则并从"人、机、料、法、环"各因素上注意协调应对,为同类工程设计、施工提供借鉴。

教学楼结构的综合加固

某教学楼钢筋混凝土现浇梁板、承重墙体严重开裂,梁板挠度大幅度超过规范允许值、刚度严 重不足,致使建筑物不能正常使用。教学楼的承重墙体及梁板的裂缝采用环氧树脂浆液压力灌浆补强,而梁 板的刚度不足则是通过增设组合钢梁的方法进行了加固,本文就其加固方法作了详细叙述。

消防水池的渗漏与防治措施

某高层消防水池建成后,使用过程中产生渗漏,甲方连续通过两次不同材料的防水层施工,虽有改善但并未完全解决渗漏。我们通过找出渗漏原因制定方法、采取措施,逐一解决渗漏问题,使消防水池滴水不漏。为今后解决渗漏以及防治渗漏问题再发生提供了很好的方法。