砂礫地層盾構施工注漿效應及作用機制研究.pdf

1、在砂礫地層中進行土壓平衡式盾構開挖，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。運用注漿法對砂礫層進行注漿處理是盾構施工過程中遇到的常見方法。注漿技術雖然在隧道工程有著廣泛的應用，但是目前對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驗，施工具有很大的盲目性，容易造成材料浪費或者留下工程隱患。因此弄清楚漿液在砂礫地層中的滲透機理是控制注漿過程的一項重要任務。土壓平衡式盾構施工成功的關鍵

2、，是要將開挖面開挖下來的土體在壓力艙內調整成一種“塑性流動狀態(tài)”。進入壓力艙的砂礫類土體就很難形成這種“塑性流動狀態(tài)”，從而影響盾構的排土特性，影響推進扭矩，以及機件磨損，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，必須同時確保止水性。因此，對砂礫地層中的盾構切口添加材的研究就顯得尤為重要。通過室內模型實驗針對大粒徑砂礫

3、卵石層地鐵盾構施工中注漿材料的作用、漿液的注入率等對地表沉降的控制等問題進行系統(tǒng)深入的研究。并通過工程實例驗證，能達到較好的控制效果。具體內容如下：
　　 1、研究礫石地層中盾構切口添加材泥漿的力學性態(tài)及其作用機理、不同泥漿配比作用效果及其適用性。針對砂礫地層盾構施工中，對幾類泥漿切口添加材的泥漿粘度、失水量以及對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)進行了研究分析比較。最后根據實驗研究結果，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。針對盾構工法壁后注漿漿液(水泥-水玻璃雙液漿，即C-S雙液漿)的重要特性-粘度、凝結時間、結石體初凝強度和應力應變曲線進行了實驗研究分析，包括不同水泥、不同水玻璃模數及不同水玻璃配比對雙液漿特性的影響。得出雙液漿的粘度變化曲線、凝結時間的變化曲線、初凝強度和應力應變的變化曲線，為實際盾構背后注漿

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。
　　 3、通過室內模型實驗，針對砂礫地層盾構施工中盾構掘進時背后同步注漿的注入率、注漿材料對地表沉降量的效果影響等進行研究。得到在砂礫地層中盾構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例對地表沉降控制效果進行驗證。
　　 4、砂礫層內部構造的復雜性和多變性給注漿理論研究帶來了很大的困難，現有的砂礫層滲透注漿理論都是建立在各自理想的假設條件下

6、的，與工程實際相差甚大。本文從漿液的流變性能和砂礫地層的分形特征出發(fā)，應用分形分維理論對砂礫層滲透注漿的漿液擴散規(guī)律進行了研究。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，構造賓漢姆漿液在砂礫地層中滲透的分形理論的本構關系模型。應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、啟動壓力梯度的分形理論的計算表達式。以CFD軟件Fluent的對所推導的注漿參數之間的關系進行滲流分析比較，對該模型進