复合地质条件下盾构施工同步注浆研究与应用

介绍了盾构施工工程注浆技术特点,通过调整胶砂比及胶凝体系,系统比较了不同配比的砂浆的稠度、流动性、泌水率、强度等相关性能,结合工程实际应用效果,得到了适合高渗透性富水复合地层的同步注浆浆液,为以后类似工程提供借鉴。     

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.     

基于冲击映像法盾构同步注浆效果检测与评价

针对富水渗透性地层盾构施工同步注浆充填特性,将冲击映像法应用于盾构隧道壁后充填状态的探测。通过冲击弹性波的反射及其区域响应特征的波形分析,基于快速傅里叶变换获取测点冲击响应强度,并通过三维成像建立盾构隧道壁后注浆充填程度空间分布云图。在此基础上,建立检测工程数据样本空间内波形分布及冲击响应强度概率密度函数、风险演化函数,分别定量评价各测区及测线的充填状态及风险;通过检测区域内概率密度函数在对应风险区域的积分,建立盾构隧道同步注浆壁后充填状态综合评价体系。最后,通过工程案例验证了该方法的适用性。     

泥水盾构同步注浆材料试验研究

论述了系统研制同步注浆浆液的方法,通过室内和现场注浆配比试验,得出一种充填性好、可注性好、保水性好、早期强度高的单液惰性浆,并给出了浆液的具体配比。该浆液在上海市西藏南路越江隧道工程中得到了使用和改进,监测资料证明该浆液在减少地面沉降等方面具有较好的工程特性。用数值模拟方法分析了注浆参数的调整对地表位移的影响,由数值计算的结果可知,盾构同步注浆浆液的弹性模量、注浆量和注浆压力增大都会使地层位移减小,对于控制地表沉降的效果而言,注浆量和注浆压力增大较浆液弹性模量的增大明显。     

基于赫巴流体的盾构同步注浆三维扩散机理

盾构施工中复杂的地质环境和各种类型的开挖断面使得注浆施工控制较为困难。本文基于赫巴流体本构模型,分析了同步注浆阶段的浆液充填扩散与渗透扩散过程。建立了涵盖充填扩散与渗透扩散过程的盾构隧道壁后同步注浆浆液3D扩散理论模型,并分别推导了相对应的计算公式。使用工程实例和注浆试验结果验证了该模型,并对影响浆液扩散的主要因素：浆液密度、盾尾间隙厚度、注浆压力、注浆率和地层渗透系数进行了敏感性分析。研究表明：在环向充填阶段,浆液在注浆孔两侧的消散速率随着浆液密度的增大而减小,而盾尾间隙厚度几乎没有影响;在轴向充填阶段,浆液充填压力随着时间的推移而消散,消散速率随着盾尾间隙厚度的增大而减小。在径向渗透扩散阶段,浆液径向渗透扩散深度随着地层渗透系数和注浆压力的增大而增大,而浆液密度和盾尾间隙厚度几乎没有影响。     

土压平衡盾构渣土浆液配比优化研究

粉质黏土是城市浅覆盾构隧道工程中常见渣土，如何实现渣土的就地资源再利用是盾构领域亟待解决的问题。以南京地铁7号线某粉质黏土地层盾构掘进段为工程背景，采用X射线衍射技术及室内试验等手段，结合SPSS多元回归分析及Matlab多目标规划工具，开展符合现场要求的渣土浆液配比优化研究，探讨粉质黏土替代壁后注浆浆液膨润土的可行性，结合现场实际，研究浆液性能及注浆参数等对渣土浆液渗透阶段扩散规律的影响。研究结果表明：通过配比优化，粉质黏土可替代膨润土制备满足现场施工要求的渣土注浆浆液；性能最优配比渣土浆液在7d和28d强度、泌水率和28d结石体收缩率方面有优势，具备较好的胶结强度、结石效果和稳定性，可节省10.0%的成本；成本最优配比浆液比原配比浆液性能更优，且可节省20.2%的成本。相较于原配比浆液，采用性能最优配比浆液时要适当的减小注入率，采用成本最优配比浆液时要适当的增加注入率。     

单液半惰性同步注浆浆液配合比研究

盾构法施工在地铁和轻轨隧道修建中的应用越来越广泛,通过提高盾构同步注浆质量,可达到减小地表建筑物沉降,减少后期渗水处理,提高盾构隧道施工质量的目的。结合以色列特拉维夫红线轻轨工程中盾构隧道同步注浆的实例,根据现场测试试验,分析影响浆液工作性能和质量的主要因素,结果表明,浆液的工作性能主要由流变指数决定,原材料对流变指数的影响至关重要;地表建筑物沉降受浆液初凝时间和浆液注入管片背后形成的早期强度影响较大;浆液初凝时间需结合实际工况确定,浆液最终强度应满足设计和规范要求。     

盾构隧道管片注浆幂律流型浆液渗透扩散模型

为研究盾构隧道管片注浆的渗透扩散模型,以幂律流型浆液为研究对象,运用流体力学理论及毛细管组理论,推导了盾构隧道管片注浆渗透扩散模型的理论计算式,分析了其公式的适用范围及各参数的确定方法。结合具体计算案例,讨论了注浆压力、浆液性质(水灰比)、地层条件(地下水压力和地层渗透系数)等因素对浆液扩散半径的影响及浆液对管片总压力的影响。结果表明:注浆压力与浆液扩散半径成线性关系;注浆压力、水灰比及地层渗透系数增大,浆液扩散半径也增大;地下水压力增大,浆液扩散半径减小;注浆压力、水灰比、地层渗透系数增大,浆液对管片的总压力增加;地下水压力的变化不会影响管片所受的总压力。     

盾构隧道壁后注浆浆液与地层适配性优选方法

盾构隧道壁后注浆是盾构施工中的关键技术,在保证围岩稳定、控制地层变形、有效抑制管片上浮等方面有着良好的效果,注浆浆液与地层相适配是影响其效果的核心因素。通过对中国144个地铁隧道项目壁后注浆材料进行调研,并引入博弈论权重的TOPSIS评价方法和研发一维注入装置进行室内注入试验,得到了实际工程中圆砾地层的适配浆液配合比具体值。研究表明：目前盾构隧道壁后注浆仍以单液浆为主,含水地层中选用的多为双液浆或改性单液浆;经注入试验验证,采用TOPSIS评价方法提出与目标地层相适配的浆液配合比范围值是可靠的;通过自主研发的装置进行实际注入,得到了与目标地层相适配的浆液配合比具体值,演算例中圆砾地层浆液配合比具体值建议为水胶比为0.9,胶砂比为0.7,膨水比为0.2,0.3,灰粉比为0.4。基于提出的优选方法,可以为不同地层浆液配合比具体值的选取提供参考。     

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。     

饱和砂性地层盾构法隧道同步注浆配合比研究

盾构法隧道施工中需采用同步注浆措施来减少建筑间隙产生的不利影响,通过试验手段,以胶砂比为出发点,比较了浆液流动性、强度、泌水性以及收缩率的变化特点,系统地研究了同步注浆材料配合比,并结合工程实施过程中的监测数据加以验证,得出了适合饱和砂性地层的同步浆液材料配合比,为今后类似工程提供指导。     

盾构隧道同步注浆充填压力环向分布模型

为明确同步注浆充填压力的大小及分布,利用流体力学理论对充填过程进行了理论分析。考虑到盾构推进速度较慢及浆液沿环向充填到最远距离所需的时间很短,假设同步注浆过程中,浆液仅沿环向充填盾尾间隙,即形成三维环形薄饼。分别在浆液为宾汉姆流体和牛顿流体条件下,推导了浆液充填压力沿盾尾间隙环向分布模型;并讨论了该模型的适用范围及主要参数的确定方法。用实际工程监测数据验证了该模型,并分析了浆液充填压力的分布规律及影响因素。分析结果表明：浆液充填压力环向分布模型的计算值与施工现场监测值吻合较好;浆液充填压力沿环向的变化主要由浆液自重的加压或减压作用、浆液剪切应力的减压作用两方面因素引起;浆液充填压力的宾汉姆流体计算值略小于牛顿流体计算值。     

隧道壁后注浆体的探地雷达探测模拟试验研究

针对现阶段软土盾构隧道壁后注浆施工过程中存在的问题,通过对隧道管片后的探地雷达探测目标体的模拟试验研究,充分展示了隧道壁后充填“探测对象”时电磁波的传播规律。结合室内实体管片壁后注浆体和砂层的探地雷达无损探测模拟试验的研究成果,和基于射线追踪原理的GPR数据二维正演结果,对隧道壁后注浆体的分布形态进行了准确的识别。结果表明：隧道壁后注浆材料的期龄,分布形态对GPR探测的剖面图具有显著的影响。试验对探地雷达准确探测和解释盾构隧道盾尾壁后注浆效果具有十分重要的作用。     

盾构隧道壁后注浆的探地雷达探测模拟试验

针对现阶段软土盾构隧道壁后注浆过程中存在的问题及其可能引起后果的基础上,通过对隧道管片后的探地雷达探测目标的模拟试验研究,充分展示了隧道壁后充填“探测对象”时电磁波的传播规律。结合室内实体管片壁后注浆体和砂层的探地雷达无损探测模拟试验的研究成果,和基于FDTD法的GPR数据二维正演结果,对隧道壁后注浆体的分布形态进行了准确的识别。结果表明:隧道壁后注浆材料的龄期、分布形态以及组成材料配比对GPR探测的剖面图具有显著的影响。试验对探地雷达准确探测和解释盾构隧道盾尾壁后注浆效果具有十分重要的作用。     

盾构隧道壁后注浆材料的介电常数测定

在利用地质雷达对盾构隧道壁后注浆进行探测的过程中,电磁波在注浆浆液中的传播速度是影响探测精度的关键参数之一。首先,提出一种测量介质介电常数的终端开路同轴探头技术,该技术将同轴探头紧贴有导电衬底的介质,通过测量探头终端的反射系数来确定介质的介电常数;然后,通过这种室内同轴探头法,测试在频率为1 GHz范围内,上海地区盾构隧道所使用的两种不同配比惰性浆液在第1天龄期的介电常数值以及一定配比的双浆液在第3天和第14天龄期的介电常数,进而得到在不同频率下电磁波在浆液中精确的传播速度。通过对试验结果的分析可知,不同的测试频率、不同的浆液配比以及不同的龄期等因素都影响电磁波在浆液中的传播速度。     

基于探地雷达检测原理的隧道二衬拱顶带模注浆材料配制技术研究

结合探地雷达检测的原理,研究了影响探地雷达检测效果的关键注浆材料性能指标,并初步研究了注浆材料配合比参数、注浆材料用减水剂与膨胀剂的种类及掺量对注浆材料关键性能的影响。结果表明,注浆材料的介电常数及注浆材料的填充密实性是影响探地雷达检测结果的关键性能。水胶比是影响注浆材料介电常数的关键参数。注浆材料的填充密实性能受流动度和膨胀率双重指标的影响,减水剂与膨胀剂的种类及掺量影响注浆材料的流动度和膨胀率,进而影响注浆材料的填充密实性能。     

上中路隧道工程盾构出洞施工技术

出洞是大型泥水平衡盾构法隧道施工中极其重要的工序。通过对上海市上中路隧道工程盾构出洞施工中地基加固、基座安装、止水装置安装、后靠体系建立、泥水处理、同步注浆等技术的总结,以及大型泥水平衡盾构出洞施工时应注意的问题及措施,可为类似软土地基的超大型泥水平衡盾构施工提供借鉴。