砂性地层盾构隧道同步注浆浆液渗透扩散机理研究

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。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2盾构工法简介

1.3盾构壁后注浆工艺

1.4国内外研究现状

1.5研究内容与方法

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

2.1概述

2.2毛管组模型（广义达西定律）

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

2.4不考虑时效性的宾汉姆流体渗透扩散模型

2.5本章小结

第三章 砂型地层盾构隧道同步注浆浆液时效性修正

3.1概述

3.2粘度时变性

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

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

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

3.6盾构隧道同步注浆双液浆（C-S浆液）渗透扩散模型

3.7本章小结

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

4.1概述

4.2宾汉姆浆液渗透扩散模型理论推导

4.3试验验证

4.4结论

第五章 浆液渗透扩散的微观机理分析

5.1概述

5.2单浆液可注性理论

5.3浆液渗透扩散的微观机理分析

5.4基于微观机理浆液渗透扩散的理论推导

5.5本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢