[發明專利]富水粉細砂層盾尾注漿生成濾餅及充填盾尾間隙施工方法

在審

• 申請號: 202211524338.8
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN115977682A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 宋洋;王宏帥;李昂;徐筱鋒;趙玉銀;梁書海;于英杰;毛鏡涵
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種富水粉細砂層盾尾同步注漿生成濾餅層快速施工方法，其特征在于：考慮漿液在土層中擴散時對土體中地下水驅替作用，建立考慮滲濾效應的漿液擴散方程，基于毛管組理論、質量守恒定律及動量守恒定律推導出富水粉細砂層注漿過程中濾餅生長速率方程：

其中，n₀為地層初始孔隙率，n為地層孔隙率，k為地層初始孔隙半徑，φ為地層孔隙度，γ為土體容重，γ_s為土顆粒容重，w為地層含水率，ε_v⁰為初始漿液顆粒體積分數，p_c為濾餅與地層交界處壓力，p₀為注漿壓力，p_a為量綱參數，τ₀為漿液屈服剪應力，μ₀為漿液初始黏度，B為漿液黏度時效性參數，d₁₀為土層中占比10％對應的土顆粒直徑，d₈₅為水泥顆粒中占比85％對應的顆粒直徑，ρ_c為水泥顆粒密度，w/c為漿液水灰比。

2.如權利要求1所述的一種富水粉細砂層盾尾同步注漿生成濾餅層快速施工方法，其特征在于，富水粉細砂層是典型的多孔介質在該被注介質中進行注漿時極易產生滲濾效應，即漿液顆粒在地層孔隙中擴散會受到地層孔隙的吸附、攔截作用，致使漿液顆粒在孔隙中沉積擁堵漿液在盾尾間隙中先在地層孔隙中進行滲透擴散，受滲濾效應影響，當土層孔隙被漿液顆粒填充封堵后漿液顆粒在土層表面生成濾餅，隨著注漿過程的持續進行，漿液壓力作用在濾餅上并通過濾餅將漿液壓力轉化為有效應力作用于土層，此時漿液進入壓密擴散階段；因此可以將盾尾同步注漿漿液在土層中的擴散模式劃分為滲透擴散及壓密擴散，通過使濾餅在土層表面盡早生成可使濾餅內側漿液能夠迅速填充盾尾間隙，從而確保施工過程安全穩定快速地進行。

3.如權利要求1所述的一種富水粉細砂層盾尾同步注漿生成濾餅層快速施工方法，其特征在于，還包括，通過室內試驗確定粉細砂土顆粒級配、密度、滲透系數及孔隙率，將粉細砂土各物理參數代入至權利要求1所述的濾餅生長速率方程，根據不同物理性質地層的濾餅生長速率方程比較不同水灰比下濾餅生長速率變化規律，對于孔隙率為0.38的粉細砂層，水灰比應控制在0.7～0.8以確保新型施工方法的順利進行，通過室內響應面試驗配制具有抗水分散性新型漿液，其中水膠比為0.72、膠砂比為0.80、粉煤灰摻量為5％、膨潤土摻量為14.94％和羥乙基纖維素摻量為0.9％，以確保新型施工方法的順利進行。

4.如權利要求1所述的一種富水粉細砂層盾尾同步注漿生成濾餅層快速施工方法，其特征在于，將盾尾注漿施工參數注漿壓力代入至權利要求1所述的濾餅生長速率方程比較不同注漿壓力下濾餅生長速率曲線變化規律，對于孔隙率為0.38的粉細砂層水灰比為0.8～0.9的漿液，注漿壓力控制在0.4MPa能夠確保濾餅的快速生成，并自行研發盾尾同步注漿相似模型試驗系統，控制注漿壓力為0.4Mpa、注漿率為180％、盾構機掘進速度為40mm/min～50mm/min、上下注漿孔注漿量比值為1.5:1及上下注漿孔位置關系為θ_上：θ_下＝3π/10：π/5時地表沉降量最小。