• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV
  • [1] 张凤祥, 朱合华, 傅德明. 盾构隧道[M]. 北京: 人民交通出版社, 2004.
    [2] GUGLIELMETTI V, GRASSO P, MAHTAB A, etal. Mechanized tunnelling in urban areas[M]. London: CRC Press, 2008
    [3] 《岩土注浆理论与工程实例》协作组. 岩土注浆理论与工程实例[M]. 北京: 科学出版社, 2001.
    [4] 李志明,廖少明,戴志仁. 盾构同步注浆填充机理及压力分布研究[J]. 岩土工程学报,2010,32(11): 1752-1757.

    LI Zhiming, LIAO Shaoming, DAI Zhiren. Theoretical study on synchronous grouting filling patterns and pressure distribution of EPB shield tunnels[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2010, 32(11): 1752-1757.
    [5] 白云,戴志仁,张莎莎,等. 盾构隧道同步注浆浆液压力扩散模式研究[J]. 中国铁道科学,2011,32(4): 38-45.

    BAI Yun, DAI Zhiren, ZHANG Shasha, etal. Study on the grout pressure dissipation model in simultaneous backfill grouting during shield tunneling[J]. China Railway Science, 2011, 32(4): 38-45.
    [6] 张莎莎,戴志仁,白云. 盾构隧道同步注浆浆液压力消散规律研究[J]. 中国铁道科学,2012,33(3): 40-48. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2012.03.07

    ZHANG Shasha, DAI Zhiren, BAI Yun. Research on the dissipation law of grout pressure during the simultaneous grouting of shield tunnel[J]. China Railway Science, 2012, 33(3): 40-48. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2012.03.07
    [7] 叶飞,朱合华,何川. 盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析[J]. 岩土力学,2009,30(5): 1307-1312. doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2009.05.020

    YE Fei, ZHU Hehua, HE Chuan. Back-filled grouts diffusion model and its pressure to segments of shield tunnel[J]. Rock and Soil Mechanics, 2009, 30(5): 1307-1312. doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2009.05.020
    [8] 叶飞,陈治,贾涛,等. 盾构隧道管片注浆幂律流型浆液渗透扩散模型[J]. 岩土工程学报,2016,38(5): 890-897. doi: 10.11779/CJGE201605014

    YE Fei, CHEN Zhi, JIA Tao, etal. Penetration diffusion model of exponential fluid for backfill grouting through segments of shield tunnel[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2016, 38(5): 890-897. doi: 10.11779/CJGE201605014
    [9] 袁小会,韩月旺,钟小春. 盾构隧道壁后注浆压力分布模型[J]. 西南交通大学学报,2011,46(1): 18-23. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2011.01.003

    YUAN Xiaohui, HAN Yuewang, ZHONG Xiaochun. Pressure distribution model of simultaneous backfill grouting of shield tunnel[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2011, 46(1): 18-23. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2011.01.003
    [10] 王明年,黄海斌,汤渊,等. 盾构施工对盾尾浆液压力波动变化的影响[J]. 西南交通大学学报,2019,54(3): 461-467,586. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170199

    WANG Mingnian, HUANG Haibin, TANG Yuan, et al. Influence of shield construction on pressure fluctuation of segment grout[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(3): 461-467,586. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170199
    [11] 宋天田,周顺华,徐润泽. 盾构隧道盾尾同步注浆机理与注浆参数的确定[J]. 地下空间与工程学报,2008,4(1): 130-133.

    SONG Tiantian, ZHOU Shunhua, XU Runze. Mechanism and determination of parameters of synchronous grouting in shield tunneling[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2008, 4(1): 130-133.
    [12] 张凤祥, 傅德明, 杨国祥, 等. 盾构隧道施工手册[M]. 北京: 人民交通出版社, 2005.
    [13] 陈湘生, 李兴高. 复杂环境下盾构下穿运营隧道综合技术[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2011.
    [14] 王江涛, 陈建军, 吴庆红, 等. 南水北调中线穿黄工程泥水盾构施工技术[M]. 郑州: 黄河水利出版社, 2010.
    [15] YE F, QIN N, HAN X, etal. Displacement infiltration diffusion model of power-law grout as backfill grouting of a shield tunnel[J]. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 2020, 24(1): 1-14. doi: 10.1080/19648189.2017.1363664
    [16] 阮文军. 注浆扩散与浆液若干基本性能研究[J]. 岩土工程学报,2005,27(1): 69-73. doi: 10.3321/j.issn:1000-4548.2005.01.011

    RUAN Wenjun. Research on diffusion of grouting and basic properties of grouts[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2005, 27(1): 69-73. doi: 10.3321/j.issn:1000-4548.2005.01.011
  • 加载中
图(8) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  303
  • HTML全文浏览量:  152
  • PDF下载量:  11
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回