顶管注浆压力变化对地层沉降影响机理的离心模型试验

顶管工程同步注浆是减小地层扰动和最终地层沉降的一种重要手段。为研究注浆压力与顶管工程最终地层沉降的关系,在实际工程中选择合理的注浆压力和注浆量以减小顶管法对周围地层的扰动,为顶管工程同步注浆技术改进提供理论和试验支持,本文首先从土体颗粒和膨润土分子的结构特征角度对地层和泥浆的互相作用及沉降机理进行分析,提出4个沉降阶段的理论假设;然后,使用岩土工程离心机和自主研制的顶管工程注浆模拟系统进行缩尺模型试验,模拟现场不同注浆压力下的顶管顶进,通过对各组试验沉降曲线对比分析,验证理论分析部分的结论;最后,将试验中的注浆压力等相关参数应用于苏州东汇公园顶管工程,并在现场布置沉降测点,发现现场监测数据规律与试验结果吻合,进一步验证了本文的结论。研究表明:注浆后的沉降可分为土体塌陷阶段、渗透失水阶段、泥皮形成阶段和补浆抬升阶段,其中:土体塌陷阶段时间短,沉降速度快;渗透失水阶段持续时间长,总沉降量大,为地层沉降的主要部分;泥皮形成阶段,膨润土分子在泥浆–地层接触面堆积形成泥皮,浆液不再大量向地层渗透,使得地层沉降大幅减缓;最后的补浆抬升阶段,泥浆的注浆压力作用于泥皮,对上覆土产生推力,产生沉降补偿作用。注浆压力和注浆量的大小对最终地层沉降的影响很大,过小的注浆压力和注浆量会增大土体塌陷和渗透失水造成的地层沉降,而过大的注浆压力产生的过度沉降补偿作用甚至会使地表隆起。选择合理的注浆压力和注浆量对于控制地层沉降至关重要且效果显著,可应用于现场各类顶管工程。     

顶管注浆压力变化对地层沉降影响机理的离心模型试验

顶管工程同步注浆是减小地层扰动和最终地层沉降的重要手段,为了研究注浆压力与顶管工程最终地层沉降的关系,从而在实际工程中选择合理的注浆压力和注浆量来减小顶管法对周围地层的扰动,为顶管工程同步注浆技术改进提供理论和实验支持。本文先从土体颗粒和膨润土分子的结构特征角度对地层和泥浆的互相作用以及沉降机理进行分析,提出了沉降四个阶段的理论假设,再使用岩土工程离心机和自主研制的顶管工程注浆模拟系统进行缩尺模型实验,模拟现场不同注浆压力下的顶管顶进,通过对各组实验沉降曲线对比分析,研究和验证理论分析部分的结论。最后将实验中的注浆压力等相关参数应用于苏州东汇公园顶管工程并在现场布置沉降测点,发现现场监测数据规律与实验结果吻合,进一步验证了本文的结论。研究表明：注浆后的沉降可分为土体塌陷阶段、渗透失水阶段、泥皮形成阶段和补浆抬升阶段四个阶段。土体塌陷阶段时间短沉降速度快;渗透失水阶段持续时间长总沉降量大,为地层沉降的主要部分;在泥皮形成阶段,膨润土分子在泥浆-地层接触面堆积形成泥皮,浆液不再大量向地层渗透使得地层沉降大幅减缓;最后在补浆抬升阶段,泥浆的注浆压力作用在泥皮上对上覆土产生推力,产生沉降补偿作用。注浆压力和注浆量的大小对最终地层沉降的影响很大,过小的注浆压力和注浆量会增大土体塌陷和渗透失水造成的地层沉降,而过大的注浆压力产生的过度沉降补偿作用甚至会使地表隆起,选择合理的注浆压力和注浆量对于控制地层沉降至关重要且效果显著,可应用于现场各类顶管工程。     

基于透明土技术的泥水盾构开挖面泥膜渗透特性研究

为了更直观的观测盾构泥浆成膜试验中注浆扩散和泥膜形成过程,开发了一套泥水盾构开挖面可视化注浆试验系统,采用透明土和透明浆液结合光学技术开展多种变量下泥水盾构泥浆渗透过程的可视化试验,记录各横纵断面渗透图像,并对图像进行二值化处理,探究了地层粒径与浆液粘度对泥浆扩散形态的影响,并评估了所形成泥膜的渗透特性,研究结果表明:浆液在地层中的渗透距离是评估泥膜形成质量的重要标准,而地层的孔径和泥浆粘度是影响浆液渗透距离的重要因素。在高渗透性土层条件下,减小盾构机刀盘开口率和注浆压力有助于形成泥皮型泥膜。试验结果对盾构的泥浆工程具有重要的指导意义。     

深埋顶管长距离穿越无水砂层三维数值模拟

基于大口径深埋顶管长距离穿越无水砂层现场试验,采用FLAC3D建立三维精细化数值模型,分析顶管顶进及管节与周围砂层相互作用,研究结果表明:顶管施工引起工作井处顶部土层沉降,接收井处土层隆起;注浆能有效降低施工引起的土层变形,且优化浆液较未注浆工况降低土层变形约为80%,较常规浆液工况降低土层变形约为68%;顶管隧道轴力在管节工作井位置最大,接收井位置最小,沿顶管轴向呈近似线性分布;注浆能有效降低施工顶力,优化浆液最大顶力较未注浆工况降低约为83%,较常规浆液工况降低约为43%。     

冲击映像法及其在超长距离顶管施工泥浆套检测中的应用

泥浆减阻是超长距离顶管施工中的一项关键技术,泥浆套厚度与工程质量息息相关。基于冲击映像法的基本原理,提出一种精确掌握顶管施工注浆充盈状况的快速检测方法,并通过模型试验和现场试验对检测方法的有效性进行研究。根据模型试验结果,将归一化冲击响应强度作为反映泥浆充盈状况的评价指标,成功应用于苏州一大型引水工程中。研究表明：较传统压力观测法,冲击映像法在检测泥浆套厚度方面有明显的优越性,有效提高了检测效率和高阻力区的识别能力,据此对泥浆薄弱区进行定点补浆,节约了施工成本,可在同类工程中推广使用。     

顶管施工技术在某截污工程中的应用

结合某截污工程介绍顶管施工的优点,从工作井和接收井、导轨、主顶设备、后座、顶力计算、接口及触变泥浆套减阻等几个方面对手掘式顶管施工进行了详述。     

无水砂层顶管浆液配方及注浆工艺优化

针对无水砂层顶管注浆减阻施工注浆工艺及浆液护壁效果不佳导致施工困难等问题,依托乌兰布和沙漠引水工程,分析了施工现场监测数据,实验室进行了浆液配比试验,对注浆工艺及护壁浆液配方进行优化,并应用于现场,得出如下结论:优化浆液工况顶力峰值较常规浆液工况下降约30％,且顶力稳定、可控;优化浆液工况跟进补浆注浆量峰值较常规浆液工况下降约80％,且注浆量变化稳定;较常规单项注浆工艺,同步注浆+跟进补浆工艺更适用于沙漠地区长距离顶管注浆减阻施工;改良工艺与优化护壁浆液配方显著提高了浆液的护壁效果,有效地解决了砂层施工难题.研究结果对类似工程施工有重要的意义.     

土压平衡矩形顶管正面附加推力对地表隆起变形影响研究

以全国最长的大截面矩形顶管综合管廊工程为背景,基于弹性力学Mindlin解和随机介质理论,分析顶管施工对地表隆起变形的影响.研究发现:地表隆起过程可分为四个阶段,分别为缓慢隆起阶段、快速隆起阶段、沉降阶段和稳定阶段,并得到地表隆起超限主要集中在快速隆起阶段,该阶段地表快速隆起变形的主要诱因是正面附加推力,其次为顶管机摩擦力和后续管节摩擦力;刀盘挤土压力对正面附加推力影响很大,基于弹性力学Kelvin解,并引入刀盘转速比,得到大、小刀盘转速比在0～0.2范围内时对刀盘挤土压力影响很大;基于进出土平衡理论,并引入螺旋机转速比,得到它对刀盘开口处土压力影响很小,但顶进速度对刀盘开口处土压力影响很大;综合各因素得知,在矩形顶管施工参数中,刀盘转速比和顶进速度对正面附加推力影响很大,是造成地表隆起变形的主要原因.     

基于修正Peck法的隧道施工全地层变形规律研究

研究隧道施工引起上覆不同深度处的地层沉降变形对分析城市地铁隧道施工对邻近建(构)物的影响意义重大.考虑隧道施工地层扰动变形由下向上逐渐变形的特点,基于Peck法的沉降槽宽度与随机介质理论中地表影响半径关系,由下向上逐步分析隧道上覆各埋深地层的沉降变形;考虑各地层土性质、厚度和隧道半径对沉降槽宽度造成的影响,求得沉降槽宽度在地层各深度处的表达式;讨论了隧道上覆地层土性参数、成层土厚度和隧道开挖半径对地层沉降变形的影响,分析表明:地层的沉降槽宽度主要取决于该地层与隧道开挖面之间的覆土性质和厚度,与隧道半径也有很大关系;地层土的性质、厚度和隧道半径决定了地层的沉降范围,而地层损失决定了地层沉降量大小.隧道半径越大,沉降槽宽度越大;覆土的内摩擦角越小,沉降槽的宽度越小,地层沉降曲线越窄.     

顶管施工对地铁轨道变形影响的数值分析

在市政管道下穿地铁地面线路时,顶管施工会对土体产生不可避免的扰动,导致轨道发生变形,从而影响地铁的安全运营.因此,顶管下穿地铁线路受到了土木工程师的关注.依托某污水管线下穿地铁13号线地面线工程,着重讨论了顶管正面推力、地层损失、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力对轨道变形的影响.并使用MIDAS/GTS数值模拟软件对上述主要因素进行模拟.研究表明,顶管施工推进到距离轨道上行左线约3D(D为顶管管壁直径)到下行右线约2D范围内为施工关键期,轨道变形随着正面推力和地层损失的增大而增大,摩擦力对短距离顶管影响较小.最后,比较了同一地层未注浆与注浆加固后,顶管施工对既有轨道线路变形的影响.结果表明注浆加固可以有效控制土体的沉降变形.     

宾汉姆流体柱—半球形渗透注浆形式扩散参数的研究(“研究生论坛”稿件)

文献检索表明：目前国内外还没有一个能较准确计算宾汉姆流体柱—半球形渗透注浆形式扩散参数（如,半球体部分扩散半径与柱体部分扩散高度等）的理论公式,导致理论远滞后于工程应用。以宾汉姆流体流变方程及渗流运动方程为基础,采用理论分析与实验研究等方法,研究了宾汉姆流体柱—半球形渗透注浆形式的半球体部分扩散半径与柱体部分扩散高度理论计算公式;分析了宾汉姆流体流变性、注浆压力、地下水压力及注浆管半径对柱—半球形渗透注浆形式的半球体部分扩散半径与柱体部分扩散高度的影响;设计注浆试验对其进行验证。结果表明：由宾汉姆流体柱—半球形渗透注浆形式的半球体部分扩散半径与柱体部分扩散高度理论公式计算出的半球体部分扩散半径与柱体部分扩散高度理论值与注浆试验的实测值间虽有25%-30%范围内的差异,但都处于可接受误差范围内。因此,研究成果可为实际注浆施工提供理论支撑与指导作用。     

变态混凝土施工中浆液的渗透机理

首先分析了变态混凝土混合物(MC)的特性,认为碾压混凝土拌合物(RCC)可视作各向同性、孔隙分布均匀的多孔介质,MC浆液可视为幂律型流体.通过仿真发现在重力作用下,MC浆液在RCC中的渗透近似柱形扩散.因此基于柱形扩散理论,假设浆液渗透流动为层流,建立了变态混凝土施工中的注浆模型.运用渗流力学基本定律,推导出浆液扩散半径与注浆压力、渗透系数、稠度系数、流变指数、注浆管半径、注浆时间和孔隙率之间的关系.通过因子分析,研究了各参数对浆液扩散半径的影响,结果表明:注浆压力、流变指数对扩散半径的影响最大,渗透系数的影响次之,稠度系数和孔隙率的影响相对较小.本研究为多管插入式压力注浆施工方法提供了理论依据.     

类矩形土压平衡盾构施工引起的地表变形

针对类矩形盾构施工的扰动控制问题,基于弹性力学Mindlin解,考虑刀盘正面附加推力、壳体与土体之间摩阻力、同步注浆压力以及土体损失4种因素的共同作用,采用数值积分法和叠加原理对地表变形进行计算分析.结果表明：4种因素共同作用下类矩形盾构掘进地表相当范围内表现为沉降,最大收敛沉降约为33 mm,开挖面前方的沉降影响主要集中在前方10 m范围;同步注浆压力产生的地表隆起可以部分抵消土体损失引发的沉降,因而合理的同步注浆有利于沉降控制;4类因素中,正面附加推力和盾壳摩阻力产生的地表变形很小.理论结果与实测数据基本吻合,可为后期类矩形盾构隧道施工的扰动控制提供理论参考.     

考虑超大断面顶管施工过程的地层变形数值分析

大断面顶管施工不可避免地会对相邻土体产生扰动,如果控制不周,会引起周围地层的过大变形和建筑物以及相邻管线的损伤。因此,研究大断面顶管施工对周围地层的影响有着十分重要的意义。结合郑州市某超大断面矩形顶管施工工程,结合现场实测数据和数值模拟方法对顶管施工过程进行分析,揭示顶管施工过程中地层土体的位移变化规律。研究发现:土体竖直方向的沉降主要集中在(-2~2)D(D为矩形顶管截面长边的边长,m)的范围内;土体的侧向位移曲线呈弓形,隧道上、下两部分的土体向着顶管轴线方向移动,而中间部分的土体向着背离顶管轴线方向移动;土体的纵向位移曲线也呈弓形,顶管周围的土体向着顶进方向移动,而顶管上部和下部的土体向着背离顶进方向移动。     

地铁双线盾构隧道下穿高速铁路路基沉降分析

以某地铁双圆盾构隧道下穿高速铁路路基工程为依托,根据天津软土地层条件,采用FLAC3D数值模拟软件,考虑CFG桩复合地基等效、列车荷载、盾构隧道施工壁后同步注浆效果、注浆压力、掌子面土舱压力、施工错距、地下水的影响等因素,模拟了盾构穿越路基的全过程,对路基顶面横向沉降槽形态进行分析研究.研究表明:路基顶面最大沉降量为6.88 mm,最大沉降坡度为0.29‰;沉降槽较平坦,形态为单峰,先行隧道施工引起的路基顶面沉降值大于后行隧道引起的路基顶面沉降值.     

双重管注浆加固软弱地层试验研究

在某城市地铁车站出入口通道,为检验淤泥质地层中双重管注浆的效果,进行了现场注浆试验,试验中对注浆顺序、扩散半径、不同配比等进行了对比,就注浆对管线影响情况进行了监控,并结合试验结束后的原位试验及室内试验,对注浆效果进行了综合分析和评价．通过试验表明双重管注浆可以达到地层加固的目的,能够满足本工程暗挖施工的需要．     

考虑水泥-水玻璃双液浆黏度时空效应的隧道预注浆研究

水泥-水玻璃双液浆作为典型的速凝型浆液开始在隧道超前注浆施工中得到广泛应用,但目前对于双液浆渗透扩散机理的研究较少,注浆压力、浆液扩散半径以及注浆量等关键施工参数的确定多以经验为主.本文考虑水泥-水玻璃双液浆为黏度时变性的宾汉姆流体,基于双液浆的流变方程,同时考虑双液浆的黏度时效性和黏度空间效应,推导得到了表征双液浆黏...     

土的粒度成分对土体可注性的影响分析

土体中粒度成分对土体的渗透性有着直接影响。在标准砂中加入不同比例的原状土来模拟不同黏粒含量的土体,通过变水头渗透实验测出了试验土样的渗透系数;利用SPSS软件回归出了土的黏粒含量与渗透系数的函数关系,进而简化了土体渗透注浆中浆液扩散半径的确定方法。对Maag公式进行了推演,为渗透注浆中选定注浆材料、确定浆液配比、注浆压力和注浆时间提供了理论依据。     

中小尺寸截面薄壁顶管顶推力的估算

运用ABAQUS软件研究管幕群中相邻顶管对顶管顶推力的影响。基于港珠澳大桥的拱北隧道工程,选取隧道暗挖段管幕群顶部、中部、底部顶管作为研究对象,分析相邻顶管对顶管顶推力的影响规律。研究表明:由于顶管附近存在既有顶管,顶管在顶进过程中,相邻顶管对顶管顶推力的影响不可忽略。通过对数值模型与JMTA公式得到的顶进力估算结果进行对比,论证了数值估算法在中小尺寸截面薄壁顶管顶进力估算中的适用性。     

含泥质单裂隙注浆扩散能力的试验研究

针对隧道破碎带裂隙含大量泥质时,注浆扩散距离难以达到设计要求的问题,本文运用室内模拟试验和理论对比分析的方法,研究注浆过程中,水灰比、水泥颗粒粗细度、起始注浆压力三个因素分别对扩散能力的影响.通过分别分析三个单因素对扩散距离及注浆压力的影响.得出增大水灰比、采用超细水泥都能有效的提高扩散距离,起始注浆压力对扩散距离的影响存在上限.其中采用超细水泥改变扩散能力的效果更为明显.为实际隧道断层破碎带注浆过程中,提高扩散能力提供有效的措施.