封闭管幕冷冻圈内地层注浆机理和工艺研究
发布时间：2022-12-11 21:25
复杂地质条件和建设环境下,暗挖断面面积超过300 m~2的浅埋隧道是国际隧道界的公认难题。港珠澳大桥拱北隧道最小埋深4~5 m,断面面积336.8 m~2,是目前世界上开挖断面最大的单个暗挖隧道。隧道采用“超大管幕+人工冷冻+掌子面注浆”的工法施工,为复杂条件下超大断面隧道的建造提供了新的思路。封闭管幕冷冻圈内地层注浆对维持掌子面稳定、保护施工安全至关重要。由于封闭管幕冷冻圈特殊的止水条件和地层温度边界,传统的注浆工艺和参数难以适用,需对其注浆机理进行研究,实现工艺的创新和突破。本文以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道暗挖段为工程实例,综合采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究封闭管幕冷冻圈内地层注浆机理和工艺,具体研究工作和主要结论包括:（1）研究了封闭管幕冷冻圈的形成和冻胀控制。基于热力耦合原理,采用有限元法预测了拱北隧道管幕冷冻圈形成过程中土体温度变化及地表冻胀位移,比较和分析了管幕周围土体预注浆、采用限位管模式及限位管+预注浆联合作用等三种冻胀控制方案对地层的冻胀控制效果。通过现场地表冻胀实测数据与软件模拟结果的比较分析,从地层温度和地表位移分布规律说明冻胀控制技术的工作原理。...
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 注浆概述
1.2.2 注浆理论
1.2.2.1 渗透注浆理论
1.2.2.2 压密注浆理论
1.2.2.3 劈裂注浆理论
1.2.3 注浆数值模拟
1.2.4 注浆工艺
1.3 研究内容
1.4 研究方法
1.5 创新点
第二章 封闭管幕冷冻圈的形成和冻胀控制
2.1 工程概况
2.2 封闭管幕冷冻圈地层冻胀控制技术
2.3 封闭管幕冷冻圈冻胀数值模拟
2.3.1 计算原理
2.3.2 数值模型
2.3.3 边界条件
2.4 冻胀控制技术方案比选
2.5 冻胀模拟结果与现场实测数据对比分析
2.5.1 地层温度对比分析
2.5.2 地表竖向位移对比分析
2.6 小结
第三章 封闭管幕冷冻圈内地层注浆机理研究
3.1 浆液扩散及加固机理分析
3.2 浆液扩散规律分析
3.2.1 宾汉体浆液的黏度时变性
3.2.2 浆液扩散运动方程
3.2.2.1 基本假设
3.2.2.2 扩散运动方程
3.2.3 浆液扩散距离影响因素
3.2.3.1 浆液黏度时变系数
3.2.3.2 浆液扩散平均速度
3.2.3.3 浆液扩散方向
3.3 最佳注浆孔距和排距
3.4 注浆压力
3.5 小结
第四章 封闭管幕冷冻圈内地层注浆数值模拟研究
4.1 单孔注浆模拟
4.1.1 计算原理
4.1.2 数值模型
4.1.3 边界条件
4.1.4 结果分析
4.2 封闭管幕冷冻圈内地层注浆模拟
4.2.1 数值模型
4.2.2 边界条件
4.2.3 结果分析
4.3 注浆效果检验与评价
4.4 小结
第五章 封闭管幕冷冻圈内地层注浆施工工艺
5.1 注浆参数
5.1.1 注浆参数及浆液配合比设计
5.1.2 一次注浆深度及注浆孔布置
5.1.3 注浆压力
5.2 注浆工艺
5.2.1 钻孔
5.2.2 注浆
5.2.2.1 注浆纵向分段
5.2.2.2 注浆横向分层
5.3 监控量测方案
5.3.1 监测项目概述
5.3.2 管幕位移监测
5.3.3 冻结圈温度监测
5.4 小结
第六章 结论与展望
6.1 封闭管幕冷冻圈的形成和冻胀控制研究成果
6.2 注浆机理和数值模拟研究成果
6.3 注浆工艺研究成果
6.4 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文、专利
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于渗滤效应的沙层劈裂注浆扩散规律分析及其ALE算法[J]. 朱光轩,张庆松,刘人太,李术才,王洪波,郑卓,郭焱旭. 岩石力学与工程学报. 2017(S2)
[2]侧向辐射注浆技术处治现役高速公路沉降分析[J]. 李建斌,刘汉龙,孔纲强,肖杨,CHU Jian. 岩土力学. 2017(S1)
[3]速凝浆液裂隙动水注浆扩散数值模拟与试验验证[J]. 刘人太,张连震,张庆松,杨磊,李志鹏,孙子正,张世杰,朱光轩. 岩石力学与工程学报. 2017(S1)
[4]考虑浆液黏度时空变化的速凝浆液渗透注浆扩散机制研究[J]. 张连震,张庆松,刘人太,李术才,王洪波,李卫,张世杰,朱光轩. 岩土力学. 2017(02)
[5]全强风化花岗岩隧道突水灾害机制与协同治理技术研究[J]. 袁敬强,陈卫忠,黄世武,周小生,周曾辉,刘金泉. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[6]土遗址裂隙注浆用SH-（C+F+CaO）浆液耐久性试验研究[J]. 谌文武,刘建,龚书亚,杨光,王东阳,林高潮. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[7]基于土体非线性压密效应的劈裂注浆机制分析[J]. 张连震,李志鹏,张庆松,刘人太,张霄,俞文生. 岩石力学与工程学报. 2016(07)
[8]基于“浆–土”界面应力耦合效应的劈裂注浆理论研究[J]. 张庆松,张连震,刘人太,俞文生,郑卓,王洪波,朱光轩. 岩土工程学报. 2016(02)
[9]劈裂注浆复合土体平面等效弹性模型理论研究[J]. 郭炎伟,贺少辉,管晓明,刘夏冰. 岩土力学. 2015(08)
[10]流变参数时变性幂律型水泥浆液的柱形渗透注浆机制研究[J]. 杨志全,牛向东,侯克鹏,周宗红,梁维,郭延辉,芦涌峰,杨八九,程涌. 岩石力学与工程学报. 2015(07)
博士论文
[1]地铁穿越砂层注浆扩散与加固机理及工程应用[D]. 张连震.山东大学 2017
[2]海底隧道不良地质段围岩稳定性分析及其控制[D]. 潘建立.北京交通大学 2016
[3]煤系岩溶含水层注浆改造参数优化与效果评价[D]. 周盛全.安徽理工大学 2015
[4]隧道泥质充填断层破碎带劈裂注浆扩散机理及工程应用[D]. 俞文生.长沙理工大学 2015
[5]桩端后注浆浆液扩散机理及残余应力研究[D]. 邹健.浙江大学 2010
硕士论文
[1]小开度裂隙注浆封堵扩散规律及控制参数研究[D]. 徐程.山东大学 2016
[2]单一裂隙注浆扩散及封堵机理的数值模拟研究[D]. 朱明听.山东大学 2013
[3]海底透水通道发育带隧道施工注浆技术研究[D]. 杨红春.北京交通大学 2010
[4]冻融条件下隧道工程防水注浆机理和施工技术的研究[D]. 李传富.铁道部科学研究院 2005
本文编号：3719528
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 注浆概述
1.2.2 注浆理论
1.2.2.1 渗透注浆理论
1.2.2.2 压密注浆理论
1.2.2.3 劈裂注浆理论
1.2.3 注浆数值模拟
1.2.4 注浆工艺
1.3 研究内容
1.4 研究方法
1.5 创新点
第二章 封闭管幕冷冻圈的形成和冻胀控制
2.1 工程概况
2.2 封闭管幕冷冻圈地层冻胀控制技术
2.3 封闭管幕冷冻圈冻胀数值模拟
2.3.1 计算原理
2.3.2 数值模型
2.3.3 边界条件
2.4 冻胀控制技术方案比选
2.5 冻胀模拟结果与现场实测数据对比分析
2.5.1 地层温度对比分析
2.5.2 地表竖向位移对比分析
2.6 小结
第三章 封闭管幕冷冻圈内地层注浆机理研究
3.1 浆液扩散及加固机理分析
3.2 浆液扩散规律分析
3.2.1 宾汉体浆液的黏度时变性
3.2.2 浆液扩散运动方程
3.2.2.1 基本假设
3.2.2.2 扩散运动方程
3.2.3 浆液扩散距离影响因素
3.2.3.1 浆液黏度时变系数
3.2.3.2 浆液扩散平均速度
3.2.3.3 浆液扩散方向
3.3 最佳注浆孔距和排距
3.4 注浆压力
3.5 小结
第四章 封闭管幕冷冻圈内地层注浆数值模拟研究
4.1 单孔注浆模拟
4.1.1 计算原理
4.1.2 数值模型
4.1.3 边界条件
4.1.4 结果分析
4.2 封闭管幕冷冻圈内地层注浆模拟
4.2.1 数值模型
4.2.2 边界条件
4.2.3 结果分析
4.3 注浆效果检验与评价
4.4 小结
第五章 封闭管幕冷冻圈内地层注浆施工工艺
5.1 注浆参数
5.1.1 注浆参数及浆液配合比设计
5.1.2 一次注浆深度及注浆孔布置
5.1.3 注浆压力
5.2 注浆工艺
5.2.1 钻孔
5.2.2 注浆
5.2.2.1 注浆纵向分段
5.2.2.2 注浆横向分层
5.3 监控量测方案
5.3.1 监测项目概述
5.3.2 管幕位移监测
5.3.3 冻结圈温度监测
5.4 小结
第六章 结论与展望
6.1 封闭管幕冷冻圈的形成和冻胀控制研究成果
6.2 注浆机理和数值模拟研究成果
6.3 注浆工艺研究成果
6.4 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文、专利
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于渗滤效应的沙层劈裂注浆扩散规律分析及其ALE算法[J]. 朱光轩,张庆松,刘人太,李术才,王洪波,郑卓,郭焱旭. 岩石力学与工程学报. 2017(S2)
[2]侧向辐射注浆技术处治现役高速公路沉降分析[J]. 李建斌,刘汉龙,孔纲强,肖杨,CHU Jian. 岩土力学. 2017(S1)
[3]速凝浆液裂隙动水注浆扩散数值模拟与试验验证[J]. 刘人太,张连震,张庆松,杨磊,李志鹏,孙子正,张世杰,朱光轩. 岩石力学与工程学报. 2017(S1)
[4]考虑浆液黏度时空变化的速凝浆液渗透注浆扩散机制研究[J]. 张连震,张庆松,刘人太,李术才,王洪波,李卫,张世杰,朱光轩. 岩土力学. 2017(02)
[5]全强风化花岗岩隧道突水灾害机制与协同治理技术研究[J]. 袁敬强,陈卫忠,黄世武,周小生,周曾辉,刘金泉. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[6]土遗址裂隙注浆用SH-（C+F+CaO）浆液耐久性试验研究[J]. 谌文武,刘建,龚书亚,杨光,王东阳,林高潮. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[7]基于土体非线性压密效应的劈裂注浆机制分析[J]. 张连震,李志鹏,张庆松,刘人太,张霄,俞文生. 岩石力学与工程学报. 2016(07)
[8]基于“浆–土”界面应力耦合效应的劈裂注浆理论研究[J]. 张庆松,张连震,刘人太,俞文生,郑卓,王洪波,朱光轩. 岩土工程学报. 2016(02)
[9]劈裂注浆复合土体平面等效弹性模型理论研究[J]. 郭炎伟,贺少辉,管晓明,刘夏冰. 岩土力学. 2015(08)
[10]流变参数时变性幂律型水泥浆液的柱形渗透注浆机制研究[J]. 杨志全,牛向东,侯克鹏,周宗红,梁维,郭延辉,芦涌峰,杨八九,程涌. 岩石力学与工程学报. 2015(07)
博士论文
[1]地铁穿越砂层注浆扩散与加固机理及工程应用[D]. 张连震.山东大学 2017
[2]海底隧道不良地质段围岩稳定性分析及其控制[D]. 潘建立.北京交通大学 2016
[3]煤系岩溶含水层注浆改造参数优化与效果评价[D]. 周盛全.安徽理工大学 2015
[4]隧道泥质充填断层破碎带劈裂注浆扩散机理及工程应用[D]. 俞文生.长沙理工大学 2015
[5]桩端后注浆浆液扩散机理及残余应力研究[D]. 邹健.浙江大学 2010
硕士论文
[1]小开度裂隙注浆封堵扩散规律及控制参数研究[D]. 徐程.山东大学 2016
[2]单一裂隙注浆扩散及封堵机理的数值模拟研究[D]. 朱明听.山东大学 2013
[3]海底透水通道发育带隧道施工注浆技术研究[D]. 杨红春.北京交通大学 2010
[4]冻融条件下隧道工程防水注浆机理和施工技术的研究[D]. 李传富.铁道部科学研究院 2005
本文编号：3719528
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