适用于类矩形盾构法隧道的同步注浆技术研究

以国内首条类矩形盾构法隧道工程为背景,针对类矩形断面条件下盾构同步注浆施工面临的浆液填充不均匀、地表沉降及成环隧道结构稳定控制难的问题,从注浆工况数值模拟、浆液材料性能指标设计与配合比实验、大型平台模拟试验、工程应用等方面对类矩形盾构法隧道同步注浆技术进行系统研究。得出适应类矩形盾构法隧道同步注浆的关键参数,确保隧道地面沉降及成环隧道结构稳定控制。     

盾构同步注浆填充机理及压力分布研究

盾构隧道同步注浆沿隧道纵横向的填充效果及压力分布是控制隧道周边地层稳定及地表沉降的关键。根据流体力学原理,分别采用牛顿流体及宾汉流体来模拟浆液在盾尾间隙中的流动,对土压平衡盾构在黏土地层中的同步注浆浆液填充模式及压力分布进行了理论推导,得到了盾构同步注浆环向填充及纵向填充的力学模型及计算方法。基于此,结合工程实践经验,采用该方法进一步对影响同步注浆的主要因素:同步注浆流量、注浆材料及盾构间隙大小等进行了参数分析,结果表明浆液压力沿隧道纵向从盾尾往后逐渐减小,盾尾处最大;浆液沿隧道纵向的扩散距离及压力分布对间隙大小及浆液材料的静切力最为敏感,这些结论对于盾构穿越沉降敏感地区的同步浆液材料改进及注浆参数精细化控制具有指导意义。     

盾构同步注浆引起土体变形的影响研究

壁后注浆是盾构隧道施工的关键环节,而同步注浆是为了减少盾构隧道施工对土体扰动而采取的壁后注浆方法之一,是盾构隧道施工的重要施工工艺,对土体变形有着显著的影响.从理论方法研究、数值计算、模型试验和实测分析等几个方面分别阐述了同步注浆对土体变形影响问题的研究现状,同时,结合工程实际总结分析了一些减小同步注浆引起的地表变形的...     

盾构同步注浆填充模式及压力分布研究

盾构隧道同步注浆沿隧道纵横向的填充效果及压力分布是控制隧道周边地层稳定及地表沉降的关键。根据流体力学原理,分别采用牛顿流体及宾汉流体来模拟浆液在盾尾间隙中的流动,对土压平衡盾构在黏土地层中的同步注浆浆液填充模式及压力分布进行了理论推导,得到了盾构同步注浆环向填充及纵向填充的力学模型及计算方法。基于此,结合工程实践经验,采用该方法进一步对影响同步注浆的主要因素：同步注浆流量、注浆材料及盾构间隙大小等进行了参数分析,结果表明浆液压力沿隧道纵向从盾尾往后逐渐减小,盾尾处最大;浆液沿隧道纵向的扩散距离及压力分布对间隙大小及浆液材料的静切力最为敏感,这些结论对于盾构穿越沉降敏感地区的同步浆液材料改进及注浆参数精细化控制具有指导意义。     

富水砂质地层盾构同步注浆成分与渗流分析

文中利用试验手段,制作了6组不同配比的盾构同步注浆浆液,测定每组浆液7d和28d强度指标,利用相关性分析法研究组成浆液成分的各类材料与抗压强度、稠度之间的影响关系。基于多孔介质渗透理论,对隧道开挖过程中的同步注浆过程进行了数值模拟,分析了砂质地基条件下同步注浆的速度场和泥浆流线,为砂质地层盾构同步注浆压力、注浆量控制提供理论指导。     

大断面浅覆土矩形顶管模型试验研究

在顶管隧道施工中,同步注浆是控制地表变形和顶力控制的关键环节。目前对于传统的同步注浆研究主要局限于浆液材料,摩擦系数的研究,而对浆液本身流动及其填充机理的研究涉及很少。通过建立顶管-浆液-土体系统和模型试验装置,在考虑相似律的情况下,介绍了大断面矩形顶管同步注浆的室内缩尺模型试验研究结果,研究了传统触变浆液（由膨润土、羧甲基纤维素和纯碱组成）和HS-3复合浆液和聚丙烯酰胺复合浆液对泥浆套质量影响效果。试验中测量了土层的竖向位移变化、顶进力的大小,以观察同步注浆对地面位移和顶力的影响。探究了浅覆土大断面矩形顶管隧道同步注浆对地面位移和顶进力的大小影响规律。试验发现,在注浆情况下,顶进力可以减少40%左右。     

软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析

 类矩形盾构断面形状、机械配置与圆形盾构的差异必然引起地层变形规律有所不同,以国内首例软土层中类矩形盾构地铁隧道工程为背景,依据现场实测地表变形、土体分层沉降数据,分析类矩形盾构隧道施工引起地层竖向变形的基本规律,并结合变形机制对施工控制提出建议。结果表明：类矩形盾构施工引起地表沉降最大值约50 mm,开挖面前方影响范围约20 m;地表竖向位移随时间发展呈现出缓慢沉降(隆起)、急剧隆起、快速沉降、平稳沉降4个阶段,沉降主要发生在盾构通过后,由软土地层受扰动后固结引起。地层竖向变形主要受土仓压力、盾尾注浆、盾构姿态等因素的影响,其中,盾构掘进姿态控制是盾构两侧土体竖向位移方向相反的主要原因,盾构姿态对周围地层变形影响比单圆盾构更显著。     

深埋盾构隧道同步注浆施工扰动力学问题研究

为研究深埋盾构隧道施工过程中同步注浆对周边土体及既有连拱隧道的扰动影响,将同步注浆浆液对土体的作用简化为无限空间土体中的柱孔扩张问题,基于柱形扩孔理论和统一强度理论,考虑同步注浆时浆液渗流对土体的作用,建立了同步注浆施工扰动力学模型,推导了同步注浆扰动下周围土体弹塑性区内应力场、应变场及位移场的理论计算公式。并以西安地铁四号线航—航区间盾构隧道为例进行了算例分析,研究表明:(1)注浆渗透压力对塑性区范围的影响显著大于注浆压力对塑性区范围的影响,可通过控制注浆渗透压力来减少注浆扰动范围;(2)新建盾构隧道在近距离侧穿既有连拱隧道时,同步注浆产生的施工扰动影响显著,可实时调整同步注浆的注浆压力、注浆量及采取隔离加固措施,确保安全通过。     

异形盾构同步注浆扩散模式的SPH数值模拟及大型模型试验验证

同步注浆作为环境保护和隧道稳定性控制的关键技术措施,在盾构施工过程中极为重要。异形盾构隧道由于自身几何形状的特性,导致浆液产生淤积,不利于浆液填充缝隙,需对盾尾间隙中的浆液颗粒流动过程进行深入研究。目前较多研究主要集中在注浆层的受力分析,引入光滑粒子流体动力学(SPH)方法对异形空间中注浆动态填充过程进行数值模拟,分析浆液的充填特性和流淌机制,结果表明,浆液扩散模式具有纵环向相互关联的挤压填充性流动特征。同时为验证数值模拟的正确性,借助可视化大型模型试验并利用有机玻璃材料和拍摄仪器再现浆液在异形空间中的实时填充过程。研究成果为异形盾构同步注浆浆液运动规律的表达和精细化扩散模式建立提供系统的方法论基础。     

粉细砂地层泥水盾构渣土回收利用及性能优化

以南京地铁10号线越江盾构隧道工程为依托,采用现场渣土作为同步注浆砂源,通过室内试验测量同步注浆浆液的强度、初凝时间、流动度、稠度、泌水率及渗透性等指标,研究粉细砂地层中泥水盾构渣土作为同步注浆浆液中砂源的可行性,并通过调整配比对浆液性能进行优化.结果表明:粉细砂地层中采用泥水盾构渣土所配置的浆液能够满足同步注浆浆液性能要求,改变胶砂比、粉灰比,同步注浆浆液性能提高明显.     

盾构隧道同步注浆引起的地表变形分析

壁后注浆是盾构隧道施工的关键环节,对控制地表变形影响显著。为建立同步注浆引起的地表变形计算理论,在分析同步注浆对隧道周围土体的作用机理的基础上,将同步注浆对地层的压力效应概化为半无限弹性体中的柱形孔扩张问题,采用镜像法导出了同步注浆引起地表变形的计算式。通过一具体实例,分析了影响同步注浆引起地表变形的因素,结果表明：同步注浆引起的地表变形值受注浆压力、隧道埋深、隧道开挖半径、初始水土压力、土体弹性模量、泊松比等因素影响。     

盾构超近距离下穿既有隧道变形控制研究

盾构隧道施工中采用同步注浆来控制地层沉降,以北京地铁12号线下穿10号线工程为背景,研究了近距离条件下既有隧道变形控制。研究基于注浆材料固结变形特性,提出了同步注浆控制下盾尾间隙引起的地层变形预测方法;在此基础上,采用数值仿真对下穿既有隧道工程进行模拟,分析既有隧道变形规律,并与理论结果进行对比。研究结果表明:在仅采用同步注浆控制措施,既有隧道最大沉降值为-4.08 mm,大于变形控制值,无法保障既有隧道的安全运营。基于变形预测,提出现场土体加固、设置隔离环等控制措施,减小既有隧道变形。     

多功能增塑开放剂在地铁盾构同步注浆中的应用研究

针对地铁隧道盾构同步注浆材料对稳定性和流动性较高的要求,选取一种满足地铁盾构同步注浆浆液施工要求的复合外加剂,通过试验,进一步分析了不同用水量、不同开发剂掺量及不同胶凝材料品种条件下,对同步注浆浆液性能的影响变化.     

类矩形盾构隧道开挖引起邻近地下管线变形研究

盾构隧道开挖环境影响的既有成果针对圆形盾构隧道施工效应做了较多研究,但针对类矩形盾构隧道施工效应的研究还较少。基于类矩形盾构隧道开挖面收敛位移变形模式,首先采用镜像法,提出类矩形盾构隧道施工诱发周围土体自由场位移的分析方法;其次,基于Winkler地基模型,将土体自由位移场施加于地下管线结构,提出类矩形盾构隧道施工诱发邻近管线变形的简化计算方法。通过工程实例分析,将土体自由场变形与实测数据进行对比验证;同时,采用有限元数值模拟方法,将管线竖向变形计算结果与本文简化方法进行对比分析。此外,针对隧道矩形长边宽度、隧道和管线埋深、管线直径、管线弹性模量、土体压缩模量、土体损失间隙参数等关键参数进行了影响分析。研究结果表明,采用类矩形盾构开挖面整体下沉收敛模式,镜像法解答得到的土体自由场位移与实测值吻合较好;提出的简化方法计算邻近既有管线变形的理论计算值与数值模拟值吻合较好。通过参数分析,可知隧道矩形长边宽度、管线埋深和管线弹性模量为敏感性参数。随着盾构矩形长边宽度的增大,管线变形曲线槽宽度显著增大;随着管线埋深的增加,管线变形显著增大;随着管线弹性模量的增大,管线变形显著减小。     

盾构隧道管片壁后同步注浆的机理与方法探讨

盾构隧道施工过程中,管片脱离盾尾会导致岩土体和管片外壳之间形成类似环形柱状的建筑空隙,扰动隧道围岩,从而引起上方地表沉降或隆起。该文结合盾构隧道开挖引起地表变形的过程、注浆填充沉降阶段浆体与岩土体的作用机理,以某土压平衡式盾构在泥岩砂岩互层地区施工为工程实例,详细论述隧道盾构管片壁后同步注浆的具体方法,旨在为同步注浆填充建筑空隙控制地表变形和保障周边环境安全提供相应的理论支撑。     

施工期同步注浆影响下盾构隧道管片纵向上浮特征分析与应用

同步注浆是盾构施工中的关键工序,浆液压力产生的上浮力是导致施工期管片上浮的重要因素。在未凝固区长度范围内,上浮力逐渐衰减,上覆土体基床系数逐渐增加。针对该类复杂力学问题,基于弹性地基梁矩阵传递法理论,综合考虑了浆液黏度时变性、上覆土体基床系数各异性以及施工荷载步叠加效应的影响,提出了一种施工期盾构隧道管片上浮预测方法。将现场实测数据和模型计算结果进行比较,验证了计算模型的合理性。研究表明:在施工过程中,同步注浆引起的隧道上浮量最大处一般在距盾尾6～7环附近,远离盾构机40环以后影响较小;浆液黏度随时间增加使浆液流动性和周围土体渗透性降低,浆液压力衰减幅值减小,导致浆液未凝固区更长和上浮力更大。主要解决了复杂变基床系数条件下两类弹性地基梁计算方法耦合和考虑多因素影响下上浮量精细化预测的问题,其研究成果可为后续类似盾构隧道上浮量的控制提供参考。     

类矩形盾构施工引起地下管线的附加荷载研究

对类矩形盾构施工引起的垂直交叉地下管线的附加荷载规律进行研究。考虑附加注浆压力和土体损失的作用,对类矩形盾构隧道施工引起的土体附加应力公式进行了修正;通过算例研究了地下管线附加荷载的分布规律,分析了管线埋深的影响。算例分析结果表明:类矩形盾构施工过程中,在x、y方向上产生的地下管线附加荷载中,盾壳摩擦力和附加注浆压力影响较大,正面附加推力的影响较小;在z方向上附加荷载主要由土体损失决定;附加荷载最大值出现在隧道轴线及其附近位置;管线埋深对x、y方向上的附加荷载影响较大,对z方向上的附加荷载影响较小。     

消石灰基同步注浆干混砂浆在地铁盾构施工中的研究与应用

大规模开展地铁盾构施工,同步注浆是盾构施工的关键环节。良好适宜的同步注浆材料能有效控制土体变形、避免地面沉降。分析了消石灰基同步注浆干混砂浆原材料对浆液性能的影响因素,介绍了试验和注浆施工参数的情况。对进一步了解消石灰基同步注浆干混砂浆材料,指导同类型地铁盾构注浆施工具有借鉴意义。     

基于CFD的盾构同步注浆填充扩散运动力学分析

现有的盾构隧道有限元数值模拟主要围绕地表沉降变形以及管片结构受力两个关键问题展开,关于盾构同步注浆在盾尾间隙内的填充扩散过程的模拟分析较少。采用CFD方法分析了盾尾同步注浆的主要流动特征,将盾尾同步注浆的填充扩散过程看作不可压缩性非牛顿流体的单相层流稳态问题。通过工程案例分析,将模拟成果与盾尾同步注浆纵环向整体填充扩散理论模型计算结论及工程实测数据进行对比,验证了建模方法的合理性。基于数值模拟计算绘制的流线图,分析了浆液在盾尾间隙内的扩散运动特征。研究表明注浆孔注入的浆液在盾尾间隙内呈发散式流动,流动速度既有环向分量也有纵向分量,盾尾间隙计算区域内的浆液流动具有系统性和整体性。     

超大直径泥水平衡盾构隧道抗浮结构试验研究

超大直径盾构隧道衬砌在同步注浆浆液中上浮是其施工时必须关注的问题,而现行阶段还未对此有合适的计算理论和计算方法。文章以上海长江隧道工程为研究背景,利用1∶1衬砌水平整环错缝结构进行试验,对上浮问题进行研究。研究表明,同步注浆7天后的强度可基本达到周边土体强度。采用衬砌整环试验方式对盾构隧道衬砌抗浮性能进行试验研究,能较好地模拟衬砌结构的受力特征,试验确定了刚度折减系数取值和管片环间螺栓抵抗能力,利用弹性地基梁模型对大直径盾构隧道上浮问题进行计算,并与试验结果进行了对比。研究成果为此类大直径盾构隧道浅覆土段施工和设计提供了依据。