砂礫地層盾構(gòu)施工注漿效應(yīng)及作用機(jī)制研究.pdf

1、在砂礫地層中進(jìn)行土壓平衡式盾構(gòu)開挖，由于砂礫地層滲透性大，砂卵石地層容易坍塌，地層成拱性差，因而地面的變形更加難以控制。運(yùn)用注漿法對(duì)砂礫層進(jìn)行注漿處理是盾構(gòu)施工過程中遇到的常見方法。注漿技術(shù)雖然在隧道工程有著廣泛的應(yīng)用，但是目前對(duì)于注漿理論中滲透方面研究還不完善，很大程度上仍依靠施工經(jīng)驗(yàn)，施工具有很大的盲目性，容易造成材料浪費(fèi)或者留下工程隱患。因此弄清楚漿液在砂礫地層中的滲透機(jī)理是控制注漿過程的一項(xiàng)重要任務(wù)。土壓平衡式盾構(gòu)施工成功的關(guān)鍵

2、，是要將開挖面開挖下來的土體在壓力艙內(nèi)調(diào)整成一種“塑性流動(dòng)狀態(tài)”。進(jìn)入壓力艙的砂礫類土體就很難形成這種“塑性流動(dòng)狀態(tài)”，從而影響盾構(gòu)的排土特性，影響推進(jìn)扭矩，以及機(jī)件磨損，也給施工帶來困難。為解決上述問題，通常的辦法都是向壓力艙內(nèi)注入一些添加材料來改良土體的狀態(tài)。注入添加材泥漿(含水)是為了提高塑流性，此外由于砂礫切削土的滲水性大，必須同時(shí)確保止水性。因此，對(duì)砂礫地層中的盾構(gòu)切口添加材的研究就顯得尤為重要。通過室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)針對(duì)大粒徑砂礫

3、卵石層地鐵盾構(gòu)施工中注漿材料的作用、漿液的注入率等對(duì)地表沉降的控制等問題進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。并通過工程實(shí)例驗(yàn)證，能達(dá)到較好的控制效果。具體內(nèi)容如下：
　　 1、研究礫石地層中盾構(gòu)切口添加材泥漿的力學(xué)性態(tài)及其作用機(jī)理、不同泥漿配比作用效果及其適用性。針對(duì)砂礫地層盾構(gòu)施工中，對(duì)幾類泥漿切口添加材的泥漿粘度、失水量以及對(duì)混入泥漿添加材的砂礫切削土混合體的塑流性(塌落度)和止水性(透水系數(shù))進(jìn)行了研究分析比較。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，得到

4、砂礫地層中切口添加材的優(yōu)化選擇、優(yōu)化配比及在砂礫地層切削土中的泥漿添加材的優(yōu)化注入量等。
　　 2、砂礫土層背后同步注漿漿液的特性研究。針對(duì)盾構(gòu)工法壁后注漿漿液(水泥-水玻璃雙液漿，即C-S雙液漿)的重要特性-粘度、凝結(jié)時(shí)間、結(jié)石體初凝強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究分析，包括不同水泥、不同水玻璃模數(shù)及不同水玻璃配比對(duì)雙液漿特性的影響。得出雙液漿的粘度變化曲線、凝結(jié)時(shí)間的變化曲線、初凝強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變的變化曲線，為實(shí)際盾構(gòu)背后注漿

5、施工過程中的水泥-水玻璃雙液漿的優(yōu)化配方的選擇提供了依據(jù)。
　　 3、通過室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)，針對(duì)砂礫地層盾構(gòu)施工中盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)背后同步注漿的注入率、注漿材料對(duì)地表沉降量的效果影響等進(jìn)行研究。得到在砂礫地層中盾構(gòu)壁后同步注漿的注漿材料和注入率的合理范圍。并通過工程同步注漿實(shí)例對(duì)地表沉降控制效果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 4、砂礫層內(nèi)部構(gòu)造的復(fù)雜性和多變性給注漿理論研究帶來了很大的困難，現(xiàn)有的砂礫層滲透注漿理論都是建立在各自理想的假設(shè)條件下

6、的，與工程實(shí)際相差甚大。本文從漿液的流變性能和砂礫地層的分形特征出發(fā)，應(yīng)用分形分維理論對(duì)砂礫層滲透注漿的漿液擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了研究。以分形分維的非線性理論研究了砂礫土層中賓漢姆(Bingham)漿液的滲透情形，構(gòu)造賓漢姆漿液在砂礫地層中滲透的分形理論的本構(gòu)關(guān)系模型。應(yīng)用砂礫土的分形滲透模型，獲得賓漢姆漿液在砂礫土中的滲透率、啟動(dòng)壓力梯度的分形理論的計(jì)算表達(dá)式。以CFD軟件Fluent的對(duì)所推導(dǎo)的注漿參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行滲流分析比較，對(duì)該模型進(jìn)