盾构隧道松散地层可控注浆机制及工程应用

 盾构穿越松散地层时,需事先采用开挖(钻孔)回填、压力注浆、旋喷加固等方式对地层进行预处理,以保证盾构施工安全。针对盾构掘进的要求,基于传统袖阀管注浆工艺可控的特点,结合研制的2种可控浆液(可控填料和可控水泥膏状浆液),提出一种具有操作性强、提管便利、加固范围可控以及加固体强度适宜等优点的双控注浆新方法。依据双控注浆新方法的工作原理,重点推导了可控浆液扩散方程及可控填料封孔止浆可控表达式,并定量分析可控浆液的扩散和止浆能力,最后将研究成果成功应用于越江盾构隧道松散地层注浆工程。研究成果表明：提出的可控注浆方法可行,注浆后地层连续性和整体性得到了显著提高,加固区域内检查孔取芯过程钻进平稳,回水正常,芯样完整,加固体28 d抗压强度与渗透系数均达到设计标准;理论推导虽与现场实测值存在一定误差,但能满足工程要求;结合理论推导和现场试验结果,为达到最佳注浆效果,单次注入可控填料封孔高度应综合考虑孔深与分段次数,且不宜大于15 m,径向扩散距离应小于孔排距的25%,可控填料塑性强度宜控制在0.3～0.5 MPa。     

水下岩溶浆液抗分散性质试验研究及工程应用

开发了一种水下岩溶注浆材料抗分散性质测试装置,能科学评价注浆浆液的抗分散性质。利用该装置进行了改性黏土水泥膏浆充填水下岩溶的抗分散性质试验,采用留存率指标对浆液在不同水固比、岩溶水流速下的抗分散性质进行了定量评价,并对留存体进行物理力学性能测试。试验表明,改性黏土水泥膏浆抗分散性能受浆液水固比、岩溶充填物及岩溶水流速等因素影响明显,在不大于0.8 m/s的岩溶水流速下浆液抗分散性能良好,随着浆液水固比或岩溶水流速的减小,浆液留存率呈增大趋势,而充填物的存在会显著提高浆液的留存率。取留存体进行物理力学性能测试,留存体密实度受充填物影响较大,浆液水固比次之,岩溶水流速影响较小;动水岩溶环境下注浆时,浆液顺水扩散距离大于逆水扩散距离,浆液黏度对扩散距离影响明显,岩溶水流速有利于浆液沿顺水流方向扩散而抑制浆液沿逆水流方向扩散;留存体28 d抗压强度受抗冲条件影响明显,影响因素中充填物对留存体的抗压强度影响最大,其次为浆液水固比和岩溶水流速,岩溶水养护环境下28 d抗压强度明显小于淡水环境养护,但仍可达3 MPa。经工程应用原型试验表明,改性黏土水泥膏浆可用于一定岩溶水流速下的岩溶区治理,室内试验提出的水下岩溶治理工程浆液配比选取原则可行,可为盾构隧道水下岩溶注浆治理提供理论指导。     

基于BP神经网络的水下岩溶地层#br# 盾构掘进参数预测与分析

随着我国城市地铁网的建设,越来越多的隧道将不可避免的穿越水下岩溶区,受制于岩溶地层的复杂性、注浆加固后地层的诸多不确定性,盾构穿越该类地层施工风险极大,而选取合理的盾构掘进参数是确保盾构安全与高效掘进的关键。以长沙地铁三号线盾构穿越水下岩溶段为工程依托,首先通过统计与分析钻探数据,明确了岩溶分布特征;其次,通过输入地层特征参数和隧道特征参数,建立了可输出盾构掘进速度、推力、刀盘扭矩、开挖仓压力、气垫仓压力和同步注浆量等掘进参数的BP神经网络水下岩溶盾构掘进参数预测模型;最后,对样本数据进行了训练,并成功应用于工程实践。研究结果表明：训练的输出值与期望值吻合度较高,构建的BP神经网络模型具有较好的适应性;输出的预测结果能有效反映实际盾构掘进参数的变化趋势,预测值与实际期望值的平均误差均低于13%,在误差可接受范围内。现场应用结果表明,地表沉降在安全范围内,盾构掘进过程中未发生工程事故,盾构掘进参数选取合理,姿态控制较好。研究成果可用于指导水下岩溶盾构隧道工程施工,且该方法的提出也为其他复杂地层盾构掘进参数合理选取提供了新思路。     

富水砂层高性能盾构同步注浆材料的配制及现场注浆性能研究

结合南通市城市轨道交通1号线典型富水砂层特征,通过配合比优化及高性能盾构注浆材料添加剂Z205的掺用,配制出适用于富水砂层的高性能盾构注浆材料,并对比研究了高性能盾构注浆材料与传统注浆材料的关键性能及现场注浆性能。结果表明,适当减小水胶比,降低膨润土掺量,掺入一定比例的Z205,可降低注浆材料的初凝时间、泌水率,提高注浆材料的结石率、抗压强度和抗水分散性能。现场注浆对比试验结果表明,采用Z3组配合比对应的高性能注浆材料对盾构注浆压力及注浆速度影响不大,但实际最大注浆量可减少17%。     

地铁盾构隧道掘进中同步注浆施工技术探析

在地铁隧道施工过程中常用的方法之一是盾构法,这种技术能有效地避免施工对周边地层和建筑物产生的影响。深入探究了地铁盾构隧道掘进中同步注浆施工技术,首先论述了地铁盾构同步注浆技术原理,在此基础上分析了地铁盾构隧道掘进中同步注浆材料与技术要点,最后简单叙述了地铁盾构隧道掘进中同步注浆技术的应用,期望借助研究可为后续的类似项目施工提供参考。     

超早强水下不分散注浆料在运营隧道中的应用

根据运营隧道的空洞类型、渗漏情况、天窗期治理要求及施工工艺,以硫铝酸盐水泥、粉煤灰、精制石英砂、水下不分散剂及多种功能助剂复合,配制超早强水下不分散注浆料。通过性能试验,优化注浆料各组分配比,制备出初始流动度达330 mm,可操作时间达30 min,水下抗分散性优异,2 h水下成型抗压强度大于5 MPa,28 d水下成型抗压强度40.9 MPa的超早强型水下不分散注浆材料,满足运营隧道2 h天窗期治理要求,大大提高了运营隧道渗漏注浆治理效率及质量。     

岩溶充填黏土注浆加固试验研究

岩溶充填黏土失稳是岩溶隧道突水突泥灾害主要类型之一,为研究注浆对岩溶充填黏土的加固机制与效果,自行研制一套室内注浆试验系统。该试验系统主要由围压加载系统、数据采集系统、注浆模块以及压力室模块构成,具备模拟真实地层应力状态、渗流环境的功能。利用此试验系统模拟岩溶腔体真实赋存环境,开展充填黏土在不同初始密实度、注浆压力下的注浆试验,并对注浆加固试样进行力学、渗透特性试验。结果表明:(1)试样密实程度影响启裂压力,当试样孔隙度由37.5%减小到35.5%时,启裂压力由0.49 MPa增长到1.22 MPa,注浆压力小于启裂压力时,浆液主要以挤密形式进入土体,当注浆压力超过启裂压力,土体进入劈裂注浆阶段;(2)浆液加固形式与扩散半径主要受注浆压力与注浆量控制,试样应力状态决定劈裂注浆扩展方向;(3)注浆通过对土颗粒的挤密、劈裂、化学胶结及压滤作用,使黏聚力与渗透系数明显改善,注浆终压达到3.5 MPa时,试样黏聚力较注浆前平均提高84.26%,渗透系数平均下降93.97%;(4)注浆在加固土体的同时,也改变内部原有结构,随着注浆终压的增大,注浆量的增加,土体应力–应变曲线逐渐表现出应变软化特点。试验结论对岩溶充填黏土注浆加固机制的认识及现场注浆工作有一定借鉴意义。     

聚酯纤维改性复合水泥基-水玻璃注浆材料试验及应用研究

为解决传统水泥基-水玻璃注浆材料收缩性强、后期强度低等问题,笔者研制了一种添加从废旧纺织品中提取出的聚酯纤维的复合注浆材料。通过室内试验,研究了聚酯纤维掺量和水灰比对浆液析水率、流动性、凝结时间和结石体抗压强度的影响。结果表明:聚酯纤维掺量为2‰、水灰比为0.7∶1、水玻璃掺量为40%时,浆液具有较好的稳定性和流动性、凝结时间可控、力学性能良好。通过扫描电镜观察浆液结石体断面发现,与传统水泥基-水玻璃双液注浆材料相比,掺入聚酯纤维的改性注浆材料微观结构相对密实。通过实际工程应用证明了这是一种较好的加固路基的注浆材料,具有广阔的应用前景。     

复杂海底地质条件下盾构施工技术研究

宁海发电厂循环水进水隧道工程是我国第一条采用盾构法施工的海底进水隧道管工程,在海底施工时,隧道管需要穿越多种复杂的土层,部分土层渗透系数较大,Kv达到了3.0×10-1cm/s,在此种情况下进行海底盾构施工在国内还没有先例,为了止水,采用了土气压平衡掘进,取得了成功。为处理海底下高水头、高渗透水层中的盾构掘进积累了经验。     

水泥基盾构同步注浆材料的性能研究

研究了胶砂比、水泥用量和膨润土掺量对水泥基盾构同步注浆材料基本性能、填充性能与抗水分散性能的影响,结果表明,随着水胶比的增大,水泥基注浆材料浆液的稠度和泌水率增加,抗压强度降低,分层度变化不大;随着膨润土掺量的增加,水泥基注浆材料浆液的泌水率降低;结石率可用于评价注浆材料的填充性能;水陆强度比宜作为注浆材料抗水分散性的评价指标。     

盾构隧道管片施工期上浮影响因素的现场试验研究

针对盾构掘进施工时常面临的管片局部或整体性上浮问题，依托宁波地区2例施工期发生较大上浮的地铁盾构隧道工程实例，选择地层特性、埋深等外部条件相似的区段建立掘进速度、总推力反力的竖向分力、同步注浆压力等盾构施工参数以及同步注浆浆液配比的现场试验段，并结合试验段管片上浮的现场监测数据分析上述不同单一因素对施工期管片上浮的影响规律。研究结果表明：管片下半侧注浆压力高于上半侧注浆压力时，管片上浮量增大，当压力差达0.3 MPa时，管片上浮量增加约20 mm；总推力反力变化不大的基础上，其竖直向上的分力增大时，管片上浮量相应增大，当分力增加260 kN，管片上浮量增加约15 mm；在同步注浆胶凝材料总量不变、且非胶凝材料掺量不变的基础上，随着粉灰比、水灰比的减小，浆液抗压强度、黏聚力提高，初凝时间缩短，管片上浮量减小，当每3 m3浆液中水泥的相对掺量增加100 kg，管片上浮能减小19.8 mm；掘进速度单因素对施工期管片上浮无明显影响。     

超大直径泥水盾构下穿围堰堰堤沉降规律分析

为掌握汕头苏埃通道大直径泥水盾构穿越围堰的变形规律,分析围堰所处地质情况、结构设计与变形情况,得出大直径泥水盾构施工围堰的超前沉降量主要集中在刀盘距测点1倍洞径范围;东线掘进速度快、注浆量小,西线掘进速度慢、注浆量大,使东线通过和脱出盾尾后的沉降占沉降总量比例小于西线,后续沉降量占总沉降量的比例大于西线;围堰处地层经过改良后的沉降槽集中在隧道中心两侧约1倍盾构直径范围;大直径泥水盾构引起的围堰沉降可以控制在20cm范围,围堰处于安全状态。     

采用响应曲面优化法优化水泥基注浆材料的强度与耐硫酸盐腐蚀的试验研究

采用响应曲面优化法优化湿陷性黄土注浆中的注浆材料并进行耐硫酸盐腐蚀性研究。以水灰比、粉煤灰等为考虑因素,2h析水率、3d及28d抗压强度为响应值,建立模型,并对浆液结石体进行耐硫酸盐腐蚀性及微观试验。结果表明:水灰比0. 8、粉煤灰掺量40%、无水硫酸钠掺量3. 11%、膨润土掺量4%,此时综合性能最佳,结石体3d、28d抗压强度分别为9. 5MPa和24. 7MPa,与预测值(8. 6MPa、23. 5MPa)相接近。响应曲面优化法能很好地预测试验结果,优化后的浆液结石体比纯水泥浆液结石体有更好的耐硫酸盐腐蚀性能。     

新型抗水分散和抗水溶蚀双液注浆材料的工作性能及胶凝性能

研究了新型抗水分散和抗水溶蚀双液注浆材料的工作性能及胶凝性能,探讨了各项性能的主要影响因素.研究结果表明:浆液流动性优异,可达到自流平;稳定性良好,析水率为零;凝胶时间在几秒到几十分钟可调,固结性能良好,结石率接近100%,结石体抗压强度28 d可达20 MPa;工作性能及胶凝性能主要影响因素有水玻璃模数、掺量以及A液水灰比、粉煤灰掺量等.     

新型水下聚凝充填材料模拟填筑试验研究

针对地下工程建设中遇到的溶洞填充问题,根据溶洞特点,设计制作半封闭带压溶洞模拟箱,模拟施工现场的注浆填充工艺,进行新型水下聚凝充填材料(NWC-FM)注浆模拟试验。结果表明:NWC-FM材料每次浇筑完成后表面会迅速形成一层白色絮状析出胶凝物,分布较均匀,随时间的增加最终形成一道2～3cm隔离层,且NWC-FM模拟填筑试验的芯样随养护时间增加强度逐渐提高,7,14,28d的平均抗压强度分别为0.54,0.72,0.79MPa,可满足水下溶洞填筑工程现场的要求。     

江底取水隧道修复围岩注浆材料性能试验研究

为了对苏南某电厂江底取水隧道突涌段修复需进行注浆加固,本文从水玻璃掺量、波美度大小、粉料比例三个方面进行了试验研究,研制出一种复合注浆材料,并给出其配比关系。该复合注浆材料与传统注浆材料相比,具有凝胶时间可控、抗压强度高、环境友好等优点,在江底输水隧道修复中具有显著的优越性和实用性,也可以用于富水地层环境下软弱土层加固以及隧道壁后填充和衬砌间加固。     

软土地区可拆解盾构机掘进参数稳定性分析

可拆解盾构掘进稳定性是保证隧道安全的一道重要防线,盾构施工参数在掘进过程中保持稳定是保证盾构安全掘进的一个基准。以宁波轨道交通4号线可拆解盾构研发及应用为背景,阐述可拆解盾构控制土压的工作原理及施工参数的取值,并对可拆解盾构掘进参数的稳定性进行实测分析,结果表明：可拆解盾构的掘进速度维持在4～8 cm/min,土压力大小为0.2～0.3 MPa,推力大小为14 200～15 800 kN,刀盘扭矩为1 350～1 550 kN·m,出土量为37.2～37.8 m³/环,注浆量约为2.4～4 m³/环,各参数大小均稳定在某个区间,施工参数无异常值,验证了可拆解盾构施工方法的可行性。     

利用稻壳灰及废砖制备渗水蓄水生态建筑材料

基于海绵城市理念,以废砖为骨料、稻壳灰作填充料制备渗水蓄水生态建筑材料。采用正交试验研究骨料粒径、稻壳灰掺量和水灰比对材料性能的影响,利用XRD、SEM分析了影响机理,同时对材料的植生效果进行初步研究。正交试验表明,细骨料用量是决定7 d抗压强度、渗透系数和吸水率的主要因素;水灰比对28 d抗压强度的影响最大;最优配合比为1.18~2.36 mm骨料用量60%,稻壳灰掺量7.5%,水灰比0.78,此时28 d抗压强度大于6.0 MPa,渗透系数大于3.0 cm/s,吸水率大于23.0%。植生试验结果显示,碱茅草和四季青可分别作为护坡及公共绿化的最佳选择。     

新型盾构隧道注浆浆液在苏州轨道交通2号线中的应用

为达到盾构隧道注浆浆液的充填性、流动性、固结强度等指标互相匹配的目的,在讨论同步注浆浆液材料以及掺量对性能的影响规律下,通过试验确定了浆液的水胶比、胶砂比、粉灰比、膨水比,并通过现场应用验证了新型浆液的显著效果。     

土仓压力及注浆压力对深埋盾构施工影响分析

深埋隧道在盾构施工过程中容易因某些环节处理不当而导致地面沉陷等事故的发生。在众多因素当中,土仓压力和注浆压力的控制是施工过程中的重要环节。借助于有限元软件ansys模拟施工过程,结果表明:土仓压力增大至0. 6 MPa,注浆压力增大至0. 9 MPa时,隧道拱顶下沉降至4. 37 cm,拱底上隆降至2. 51 cm,地表沉降降至2. 28 cm,地表上隆降至0. 75 cm,管片衬砌所受最大应力降至19. 1 MPa,最小应力增至1. 48 MPa。借此为深埋隧道提供了土仓压力及注浆压力的取值参考。