[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

本發明公開了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，內容主要包括：基于毛管組理論及質量守恒定律建立濾餅生長速率方程；通過計算得出，孔隙率為0.38的粉細砂層中，漿液水灰比控制在0.7～0.8可使濾餅迅速生成；配制具有抗水分散性新型漿液，水膠比0.72、膠砂比0.80、粉煤灰摻量5％、膨潤土摻量14.94％和羥乙基纖維素摻量0.9％；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、位置關系為θsubgt;上/subgt;：θsubgt;下/subgt;＝3π/10：π/5時地表沉降量較小。本發明針對富水粉細砂層同步注漿漿液被地下水沖蝕的問題，通過使漿液在土體表面生成濾餅層并形成一道止水屏障，確保濾餅層內側漿液受到較小的地下水沖刷力，迅速將盾尾間隙填充。

技術領域

本發明涉及隧道工程領域，具體涉及一種盾尾同步注漿施工及確定漿液比方法。

背景技術

隨著我國地下工程領域的不斷發展，我國隧道建設正處于高速發展時期，盾構施工也面臨著各種各樣的復雜地層，這一過程中涉及大量盾尾同步注漿問題。盾構穿越富水地層時，漿液在地下水沖刷力作用下會發生潰散，導致漿液填充盾尾間隙不均勻，地表產生較大沉降，危害施工安全，對于自穩性較差的圓礫或粉細砂地層，盾構開挖后很難形成規則的環形盾尾間隙，地層很快向盾尾間隙垮塌，若漿液不能及時填充盾尾間隙并承擔地層卸荷壓力，會造成地表產生較大沉降，對隧道穩定性及地表建筑物產生較大影響，引發一系列安全問題。

長期以來，為解決盾尾同步注漿時面臨的上述問題，大量學者開展了的試驗及理論研究，試驗方面，針對不同地層選取不同種類外加劑，配制適用于地層的漿液配比，通過自主研發注漿設備，對盾構注漿進行模擬，主要包括對漿液速度及注漿過程中地層含水率和密度等變化的研究；對于數值模擬方面，基于comsol等有限元軟件，研究不同施工參數下，盾構注漿漿液擴散規律及其對地表沉降的影響；理論研究方面，對于漿液填充擴散，基于裂隙注漿理論，建立牛頓流體、賓漢姆流體、冪流型流體在盾尾間隙中的擴散方程，分別將漿液時效性引入公式，增強公式合理性，對于漿液滲透擴散階段，部分學者基于達西定律及線性滲透定律建立考慮滲濾效應的漿液滲透擴散方程，對于漿液壓密擴散階段，基于柱孔或球孔擴張理論建立漿液壓密擴散階段對涂層的擾動范圍理論公式。

目前，大多數學者將漿液擴散階段默認為單獨的一個階段，且對于考慮漿液滲濾效應的擴散方程還有待研究，實際上受地層滲濾效應的影響，漿液會在地層表面生成濾餅，即漿液會先進行滲透擴散再進行壓密擴散。漿液在盾尾間隙中發揮的作用為填充盾尾間隙，支撐受卸荷作用垮塌的地層，及時使漿液在盾尾間隙中封閉成環即可確保地層的穩定性，實際工程中，若能夠確保濾餅在盾尾間隙中盡早生成，則能夠有效封堵地下水，確保濾餅內側的漿液能夠迅速充填盾尾間隙，因此研究漿液在滲濾效應下濾餅生成的速度是極其必要的。

發明內容

針對現有發明技術的不足，本發明目的是提供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，基于毛管組理論、質量守恒定律及動量守恒定律建立適用于盾尾同步注漿的濾餅生長速率方程，通過比較不同因素下濾餅生成速率大小，以快速生成濾餅為最終目的，進而針對不同孔隙比地層研發具有適配性的漿液水灰比，通過室內試驗配制具有抗水分散性的新型漿液，并采用盾尾注漿相似模型試驗系統確定盾尾注漿施工參數，提出適用于富水粉細砂層中盾尾注漿施工方案，為實現本發明的上述目的及優越點，提供了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，包括：

步驟1：漿液在粉細砂層中滲透擴散時，受粉細砂土的滲濾效應影響，漿液顆粒會在土層孔隙中沉積并逐漸擁堵土層孔隙最終形成濾餅，富水粉細砂層蘊含豐富的地下水，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，并進一步推導出濾餅生長速率方程；

建立濾餅生長速率方程包括：

優選的，基于毛管組理論及質量守恒定律，建立漿液在富水粉細砂層中滲透擴散形成濾餅生長速率方程，考慮漿液黏度時效性，公式參數包括注漿壓力、土層顆粒級配及漿液水灰比，如下所示：