• ISSN 0258-2724
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基于驱替效应的盾构壁后注浆微观模型分析

叶飞 秦楠 梁兴 韩兴博 韩鑫

叶飞, 秦楠, 梁兴, 韩兴博, 韩鑫. 基于驱替效应的盾构壁后注浆微观模型分析[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(2): 339-345. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200344
引用本文: 叶飞, 秦楠, 梁兴, 韩兴博, 韩鑫. 基于驱替效应的盾构壁后注浆微观模型分析[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(2): 339-345. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200344
YE Fei, QIN Nan, LIANG Xing, HAN Xingbo, HAN Xin. Microscopic Model Analysis of Shield Tunnel Backfill Grouting Based on Displacement Effect[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(2): 339-345. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200344
Citation: YE Fei, QIN Nan, LIANG Xing, HAN Xingbo, HAN Xin. Microscopic Model Analysis of Shield Tunnel Backfill Grouting Based on Displacement Effect[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(2): 339-345. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200344

基于驱替效应的盾构壁后注浆微观模型分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200344
基金项目: 国家自然科学基金(51678062,51878060)
详细信息
    作者简介:

    叶飞(1977—),男,教授,博士,研究方向为隧道及地下工程,E-mail:xianyefei@126.com

  • 中图分类号: U25

Microscopic Model Analysis of Shield Tunnel Backfill Grouting Based on Displacement Effect

  • 摘要:

    当盾构隧道位于水位线以下时,为了分析壁后注浆浆液驱动地下水体过程,基于毛细管组渗透理论,将浆液的渗流路径概化为毛细管,考虑牛顿流体浆液驱动地下水(牛顿流体)进行扩散,推导了半球形及柱形模型浆液渗流扩散半径计算式,并讨论了注浆压力、浆液水灰比、地层渗透系数的影响. 研究结果表明:浆液扩散半径主要与注浆压力、渗透率、注浆时间、孔隙率、浆液和地下水黏度等因素有关,浆液水灰比对于浆液扩散半径影响最为显著,浆液的黏度由0.004 7 Pa•s降至0.001 9 Pa•s时,浆液扩散半径在注浆时间为1 h时降低幅度为46.7%,相同注浆条件下可增大水灰比来增大浆液扩散半径;浆液扩散半径随渗透系数的增大而增大,地层的渗透系数大小一定程度上反映了浆液扩散的难易程度;在计算出浆液扩散半径(浆液加固范围)的基础上提出了注浆压力下限值计算方法,用以指导盾构隧道壁后注浆工程施工.

     

  • 图 1  毛细管中牛顿流体受力示意

    Figure 1.  Force schematic of Newtonian fluid in capillary

    图 2  毛细管中浆液流动示意

    Figure 2.  Schematic of grout flow in capillary

    图 3  不同水灰比下浆液扩散半径变化规律

    Figure 3.  Variation law of grout diffusion radius with different water cement ratios

    图 4  不同注浆压力下浆液扩散半径变化规律

    Figure 4.  Variation law of radius with different grout pressures

    图 5  不同渗透系数下浆液扩散半径变化扩散规律

    Figure 5.  Variation law of grout diffusion radius with different infiltration coefficients

    图 6  模型对比

    Figure 6.  Model comparison

    图 7  盾尾注浆示意

    Figure 7.  Schematic of shield tail grouting

    图 8  管片示意

    Figure 8.  Schematic of segment

    表  1  不同水灰比浆液对应的流变方程[16]

    Table  1.   Rheological equations for different water-cement ratios[16]

    水灰比流变方程浆液黏度/(Pa•s)
    2$\tau {\text{ = } }0.037\;2{\text{ + } }0.004\;7\gamma$0.00470
    5$\tau {\text{ = } }0.088\;0{\text{ + } }0.002\;7\gamma$0.00270
    10$\tau {\text{ = } }0.045\;4{\text{ + } }0.001\;9\gamma$0.00190
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    表  2  注浆压力

    Table  2.   Values of grouting pressure

    渗透系数/(cm•s−1 t/min P0/MPa
    盾尾注浆 管片注浆
    0.02 30 0.147 0.115
    0.02 60 0.104 0.089
    0.03 30 0.118 0.097
    0.03 60 0.089 0.078
    0.04 30 0.104 0.087
    0.04 60 0.082 0.074
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-02
  • 录用日期:  2021-12-02
  • 修回日期:  2020-09-04
  • 刊出日期:  2020-10-20

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