砂性地层盾构隧道同步注浆浆液渗透扩散机理研究

发布时间：2017-08-05 07:30

  本文关键词：砂性地层盾构隧道同步注浆浆液渗透扩散机理研究

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【摘要】：盾构工法以其施工速度快、对环境干扰小、施工安全等优点而广泛用于城市地铁隧道和市政管道(排水、电力、通信等)施工中。壁后注浆——作为盾构工法的三大工序之一,尤其是同步注浆,对控制地表沉降、防止隧道渗漏等方面起着决定作用。随着城市地铁的快速建设,盾构隧道同步注浆浆液渗透扩散理论研究相对滞后于工程实践。在砂性地层中,盾构壁后注浆以渗透扩散为主。因此,有必要对盾构隧道同步注浆浆液渗透扩散理论进行系统研究。本文针对前人的研究基础,结合盾构隧道同步注浆的施工特性,采用文献调查和理论研究的方法,对砂性地层渗透注浆浆液扩散机理系统的展开研究:针对不同的注浆材料(单液浆和双液浆)及不同的浆液流变性(宾汉姆流体、牛顿流体、幂律型流体),基于广义达西定律(毛细管组理论),并考虑同步注浆的注浆位置,分别建立了各自的浆液渗透扩散模型,并结合模型计算式,探讨了各模型的适用范围及参数取值的确定方法。依据已有文献的注浆参数取值,结合算例分析,探讨了施工参数(注浆压力、注浆时间、注入率)、浆液特性参数(流变指数、水灰比、浆液黏度时变性、浆液自重应力),及地层参数(地下水压力和地层渗透系数)对浆液扩散半径及浆液对管片产生的总压力的影响,并结合已有的试验成果对理论进行了验证。将浆液当作悬浮液,总结了单液浆的可注性理论;并依据颗粒沉积理论,从微观机理分析了同步注浆浆液渗透扩散过程,推导了考虑颗粒沉积(即所谓的“滤过效应”)浆液渗透扩散的动力学方程、连续性方程及颗粒沉积方程。
【关键词】：盾构隧道 同步注浆 渗透扩散 微观机理
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-29
• 1.1 引言10-11
• 1.2 盾构工法简介11-12
• 1.3 盾构壁后注浆工艺12-21
• 1.3.1 壁后注浆目的12-14
• 1.3.2 壁后注浆材料14-17
• 1.3.3 注浆方式分类17-19
• 1.3.4 各种类型浆液及注浆孔位的选择19-20
• 1.3.5 壁后注浆施工流程20
• 1.3.6 壁后注浆存在的问题20-21
• 1.4 国内外研究现状21-27
• 1.4.1 渗透注浆理论研究21-23
• 1.4.2 渗透注浆试验研究23-24
• 1.4.3 渗透注浆数值模拟研究24-25
• 1.4.4 盾构隧道壁后注浆浆液渗透扩散研究25-27
• 1.5 研究内容与方法27-29
• 第二章 不考虑时效性砂性地层盾构隧道同步注浆渗透扩散模型29-68
• 2.1 概述29-31
• 2.1.1 盾尾间隙29
• 2.1.2 管片注浆与盾尾注浆29-31
• 2.2 毛管组模型（广义达西定律）31-33
• 2.2.1 均匀毛管组模型31-32
• 2.2.2 非均匀毛管组模型32-33
• 2.3 不考虑时效性的幂律型流体（含牛顿流体）渗透扩散模型33-55
• 2.3.1 管片注浆33-55
• 2.3.2 盾尾注浆55
• 2.4 不考虑时效性的宾汉姆流体渗透扩散模型55-66
• 2.4.1 管片注浆55-65
• 2.4.2 盾尾注浆65-66
• 2.5 本章小结66-68
• 第三章 砂型地层盾构隧道同步注浆浆液时效性修正68-95
• 3.1 概述68-69
• 3.2 粘度时变性69-71
• 3.2.1 浆液的流变方程69
• 3.2.2 粘度时变性试验69-70
• 3.2.3 单液浆与双液浆注浆时的粘度时变性区别70-71
• 3.3 考虑粘度时变性盾构隧道同步注浆幂律型浆液渗透扩散模型修正71-75
• 3.3.1 管片注浆71-74
• 3.3.2 盾尾注浆74-75
• 3.4 考虑粘度时变性盾构隧道同步注浆宾汉姆浆液渗透扩散模型修正75-87
• 3.4.1 管片注浆75-86
• 3.4.2 盾尾注浆86-87
• 3.5 考虑粘度时变性盾构隧道同步注浆牛顿流体渗透扩散模型修正87-89
• 3.5.1 管片注浆87-89
• 3.5.2 盾尾注浆89
• 3.6 盾构隧道同步注浆双液浆（C-S浆液）渗透扩散模型89-94
• 3.6.1 双液浆（C-S浆液）的固化机理89-90
• 3.6.2 双液浆（C-S浆液）的性质与本构关系90-92
• 3.6.3 盾构隧道同步注浆双液浆渗透扩散模型92-94
• 3.7 本章小结94-95
• 第四章 考虑浆液自重的盾构隧道管片注浆浆液渗透扩散模型95-106
• 4.1 概述95
• 4.2 宾汉姆浆液渗透扩散模型理论推导95-105
• 4.2.1 基本假设95-96
• 4.2.2 宾汉姆浆液渗流分析96-97
• 4.2.3 上（下）部注浆孔理论推导97-99
• 4.2.4 任意位置注浆孔理论推导99-100
• 4.2.5 算例分析100-103
• 4.2.6 浆液对管片产生的压力103-105
• 4.3 试验验证105
• 4.4 结论105-106
• 第五章 浆液渗透扩散的微观机理分析106-114
• 5.1 概述106
• 5.2 单浆液可注性理论106-110
• 5.2.1 水泥浆成分分析106-107
• 5.2.2 渗流颗粒迁移与吸附机理分析107-109
• 5.2.3 浆液的可注入性标准109-110
• 5.3 浆液渗透扩散的微观机理分析110-111
• 5.4 基于微观机理浆液渗透扩散的理论推导111-113
• 5.4.1 连续性方程推导111-113
• 5.4.2 运动方程推导113
• 5.5 本章小结113-114
• 结论与展望114-116
• 参考文献116-122
• 攻读学位期间取得的研究成果122-124
• 致谢124-125

【参考文献】

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本文编号：623693