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1、富水砂卵石地层条件下浅埋暗挖法隧道设计与施工对策富水砂层条件下新意法隧道设计与施工对策研究看看北京城建院的中期汇报1新意法ppt研究绪论证实：可以把超前核心土视作一种新的隧道长期和短期稳定的工具；超前核心土的强度及变形特性是隧道变形的真正原因；可以通过对超前核心土进行防护和加固，提高其强度，以达到控制超前核心土变形，并最终控制隧道变形的目的；超前核心土的强度和变形特性对隧道的长期和短期稳定起决定作用。2青岛富水砂层隧道变形机理及其控制对策研究研究了新意法施工的控制技术，并采用抗压强度测试及跟踪监测等手段对新意法施工效果进行了分析，进一步验证了新意法对富水砂层的适用性，指出了地层隆起问题和桩体角

2、度控制是施工控制的关键。在纵向上保护超前核心土，减轻其荷载并提供稳定性； 在横向上形成洞室约束作用，防止地层释压和变形。虽然水平旋喷桩能够防止侧面流沙或土体进入隧道内，但是无法防止掌子面开挖正前方的流水导致流沙，因此需要对掌子面地层进行改良。采用小导管全断面注浆的方式进行土体加固，改良掌子面土体，使其具备硬塑性。小导管每次注浆长度为 6m，开挖 5m，预留 1m作为下一注浆段的止浆岩盘，注浆时要对掌子面挂网喷射 10cmC25 早强混凝土封闭。通过对掌子面注浆效果观察，青岛富水砂层在开挖的过程中，浆液通过剪切劈裂和填充挤压两种方式对地层加固。剪切劈裂方式主要是应用在未扰动的粘土地层中，以脉状扩

3、散方式形成网状加固结构。填充挤压方式主要应用在砂土层中，或者是砂层与粘土交界面处，浆液直接填充空隙，以达到固结目的。3青岛地铁富水砂层段水平旋喷桩技术的应用水平旋喷桩具有增强地基强度!提高地基承载力!止水防渗!减少支挡结构土压力!防止砂土液化和降低土的含水量等多种功效。在软弱!松散!富水地层中修建隧道工程，往往施作大管棚，辅以注浆小导管等，但在富水地层中，该超前支护方法虽然能起到一定的支护作用，却不能抗堵水!防渗，不能解决富水砂层自稳能力差的问题4青岛地铁富水砂层隧道开挖施工风险与变形规律研究过离心模型试验，研究了隧洞内地层位移与支护压力的关系以及砂层稳定与破坏的机理。饱和砂土体变形在空间和时

4、间上的“滞后假象”及突发性特点对工程造成的后果是很严重的。刚性地层的削峰效应与拱效应的存在使得变形的体积与地层损失并不能完全等同。5 新意法在浏阳河隧道参数设计中的应用首先根据新意法的基本理论!对浏阳河隧道进行分类(确定其为短期稳定状态" 然后依据超前核心土的平衡和隧道开挖的影响范围确定超前预支护的基本参数!并通过数值计算#模型试验和现场监测三个方面对其参数进行验证" 分析结果表明$采取的超前支护措施有效地限制了地表沉降#隧道洞周收敛和掌子面挤出变形!有利于隧道的稳定"6新意法(岩土控制变形工法)概述新意法(岩土控制变形工法)是在围岩的压力拱理论和新奥法施工理论的

5、基础上提出来的,该方法是通过对岩体分类来确定超前支护措施和支护参数的设计方法,其核心思想是通过调节超前核心土的强度和刚度来控制岩体的变形。该方法在欧洲一些国家的大型隧道项目设计中被广泛采用。本文主要介绍了新意法的核心思想,新意法的工法步骤及主要的超前支护参数,如锚杆的加固密度、锚杆的加固长度和搭接长度的确定方法。7 新意法在富水砂层的适用性研究青岛地铁一期工程保河区间富水砂层段为典型的!上软下硬"地层#施工中采用了适合中国国情的!新意法"#即!环向水平旋喷桩超前注浆管"对富水砂层进行了 加固$ 文章通过现场取样观测分析#研究了各种砂层中水平旋喷桩成桩效果及存在的问

6、题%并通过现场监测结果针对采用!新意法"施工对工程及周边环境的影响进行了分析$研究结果表明&!新意法"在富水砂层应用中控制沉降效果明显#但施工中也存在桩间咬合不良导致的渗漏水及注浆压力控制不当引起地层隆起等问题% 通过对桩体角度从水平和垂直两个方面进行控制和对注浆施工过程进行跟踪监测等方法#克服了!新意法"在富水砂层施工中存在的问题#施工结果表明!新意法"在富水砂层中具有良好的适用性$富水砂层中暗挖隧道施工沉降控制技术沉降控制应该从设计及施工两个方面来考虑两者同样重要 并且需要根据现场实际情况不断优化设计 只有这样才能将沉降控制在一个安全范围之内

7、 设计主要从以下几个方面来考虑 降水方式 支护形式 超前加固方法 施工主要从以下几个方面来考虑 开挖面与成环仰拱之间的距离 支护的时效性焊接锚喷的质量 初期支护背后注浆的及时性与质量 只有从以上六个方面着手才能真正有效地控制沉降确保周边建构筑物管线的安全以及后续二次衬砌施工的质量.对富水砂层比较有效的方法是洞内全断面注浆加固法高压水平旋喷桩地面井点降水法. 高压水平旋喷桩支护原理与管棚法类似 可起到超前加固支护作用 水泥与土体凝固成一个强度较高的硬拱同时还有封闭地下水的作用.水平旋喷桩具有梁效应和土体改良加强效应 能够起到防流沙抗滑移防渗透等作用可保证隧道掘进安全水平旋喷桩不仅具有梁效应 拱效

8、应和土体改良加强效应还能够起到防流沙抗滑移保证隧道掘进安全的作用当前解决水的问题主要是采取地面降水和洞内止水两种两种方法各有优缺点 洞内止水成本高对周边建筑物影响小不受周边环境限制地面降水费用低对周边建筑物影响大受周边环境制约大效果明显.结合安-侨区间的经验来看在具备地面降水的条件下可以采取地面降水 但如果穿越重要建筑物及房屋时尽量不要采取地面降水 否则失水沉降造成的影响比隧道开挖对建筑物造成的影响还要大.富水砂层中暗挖施工控制沉降是一个系统工程必须做好每一个环节才能有效控制沉降事故的发生采用地面井点降水超前深孔全断面注浆加固及高压水平旋喷桩加固等多种相结合的辅助措施较好地确保了在富水砂质等复

9、杂地层中的施工安全上下台阶法施工中严格执行管超前短进尺强支护早封闭勤量测方针也是隧道施工安全的技术保障加固土 将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土中，生成的硅酸凝胶在潮湿环境下，因吸收土中水分处于膨胀状态，使土固结。劈裂注浆的浆液在注浆压力作用下先克服地层的切应力和抗拉强度,使其垂直于小主应力的平面上发生劈裂,浆液便沿此劈裂面渗入和挤密地层体,并在其中产生化学加固作用和形成作为骨架的浆脉。1992年,Brow和认彼mer指出,注浆体和其周围的土体之间有明显的分界,注入土体中的注浆体可能形成不规财的形状,但在较均匀的土体中,注浆体可以形成近似球体和柱体。在注浆膨胀过程中,周围的土体会产生复杂的径向应

10、力和切线应力。紧邻注浆体表面有一个严重被扰动的区域,该区域内产生了塑性变形。随后距离的增加,注浆体周围L的变形由塑性变形过渡到弹性变形。1997年,国立台湾工业技术学院廖洪钧教授等就粘土层压密注浆引起的地表隆起和再沉降的问题进行了现场试验研究。他们得出两点结论:(l)在粘土层中,压密注浆所产生的地表隆起现象可分为两个阶段,当局部性圆锥状隆起破坏机制尚未发生前,在6.5簇肋成20范围内,地表产生比较均匀的隆起;当注浆量继续增加,使扮r<6.5时,则地表隆起受到圆锥土体上顶的影响,其相对隆起量较大,越接近注浆点,隆起量越大(r为浆泡的半径,h为注浆中心点与测点的距离)。(2)地表经过注浆隆起

11、后,再沉陷量约只有原隆起量的1/4一1/5,注浆完成40天后变形达到稳定。2000年,J.B.Burland等人系统的研究了伦敦地铁Jubilee延长线工程邻近结构物的响应,详细的记录了各个工段补偿注浆的全过程并实测建(构)筑物注浆补偿的效果,为类似工程积累了宝贵经验,同时丰富详尽的实测数据为注浆抬升的研究提供了珍贵资料。2001年,KKomiya等通过现场试验和室内试验研究了软粘土层中进行隧道掘进时注浆对控制地层变形的规律。现场试验是在东京的一个名叫Koto一Ku的地方进行的,试验时在隧道上方一定距离的地方进行注浆,同时对于地表和地下不同深度的土层的沉降进行监洲,试验中进行的注浆不完全是压密

12、注浆,他们发现虽然在注浆初期发生了地表隆起变化,但随着时间的推移,由于土体的固结和浆液本身的收缩,地表发生沉降。在室内试验中,他们探索了影响粘土中注浆的长期效应的控制因素。他们发现,从长期效应来看,超固结粘土中的注浆效果比正常固结土的注浆效果要好些,而且,注浆量越大效果越显著。2001年,hu.is通过室内试验研究了在粘土中进行压密注浆土体中产生的位移和强度的变化。他们还认为影响压密注浆的主要参数有土体的初始应力、土体的强度和土体体积变化特性以及土的刚性指数,2003年,冯旭海从利用的角度对这种效应进行研究,提出了注浆顶升力和顶升效应的概念,论述了其在纠偏工程中的可行性,探讨了注浆作用机理与顶

13、升效应的关系。研究表明,注浆过程中引起的土中附加应力与注浆深度、注浆压力和土体的基本性状有关,且在径向和上部土体中衰减很快。试验还表明,合理的布置注浆孔位置和安排注浆顺序对于更有效的实现顶升效果具有很大的作用。 综上所述，国外对压密注浆抬升的研究应用起步较早，取得了一批重要的研究成果，并积累了丰富的经验。相比而言，国内在施工方法、设计方法、注浆效果预测以及理论研究、试验研究等方面都有待进行深入系统的研究。注浆抬升技术仍有很多不成熟之处，例如:注浆抬升建(构)筑时抬升力大小及影响因素，注浆量多大才能达到抬升的效果，如何在实践中根据实际情况设计有效的注浆方案并对抬升效果进行预测，注浆过程中注浆压力

14、在土层中的传递和分布如何，注浆结束之后压力的衰减又是如何，孔隙水压消散对注浆抬升效果的影响等。 注浆技术正日益广泛的应用在许多工程领域，关于注浆抬升的工程实践也在逐渐增多。特别是城市隧道建设引起的周围建筑物、道路、管线、既有线的不均匀沉降危害十分严重，注浆抬升技术正在被广泛采用。但仅仅凭经验进行注浆抬升的施工已不能满足工程发展的需要，急需形成一套合理的设计原则，有效的预测方法，对注浆设计进行优化，以确保注浆抬升工程的经济、有效，预评估注浆抬升对周围环境的影响。本文正是基于这种情况提出了本课题，着重对注浆的方法、方式和效果进行研究。本论文的研究成果可广泛应用于隧道开挖过程中，上方建筑物减沉、纠偏

15、和城市隧道施工补偿注浆，对于提高注浆效果，减小并控制建筑物的沉降，防止注浆抬升引起的建(构)筑物破坏以及降低注浆成本有着重要的意义，也必将产生巨大的经济效益、社会效益和环境效益。假设:(l)土体为理想的弹塑性材料,满足岩土弹塑性力学的计算条件;(2)浆液区内的压力在各个方向上都是相同的,即几;(3)所取的计算平面距离地面为h。此时,浆液尚未在土层中形成浆脉,其作用方式主要是水平方向的膨胀挤压。因此问题可以简化为轴对称的平面应变问题,可以说是圆孔扩张理论在注浆中的应用31一5。经过对各种房屋保护方案的可靠性和可操作性等方面进行综合考虑，施工中采取地表跟踪注浆施工方法对房屋进行保护，对房屋保护施工

16、方案、施工工艺、注浆材料、注浆参数以及安全控制性标准等进行确定15-16，并根据抬升效果对试验阶段抬升注浆方案、工艺、参数等进行优化和总结。压密注浆作用机理与顶升效应关系的研究压密注浆造成的地面抬升通常被认为是工程施工中需要避免的负面影响,但是这种效应对于建(构)筑物纠偏、沉陷地面治理却是有益的。结合每个阶段的特点,进行注浆机理阐述,建立注浆模型,探讨了注浆过程中上层中压力分布规律和顶升力大小的计算方法,分析了土体抬升的破坏模式以及注浆的加固效果、顶升效果和注浆量之间的关系。压密注浆过程中产生的上抬力和地表隆起效应也一直是被认为此种工法的不利方面,工程技术人员在进行注浆设计和施工时都是力图消除

17、或者减少这种影响, 压密注浆的上抬力的正面效应才逐渐被人们所重视,. 机理分析和理论计算是论文的主要内容之一。要研究注浆顶升，首先就要对压密注浆力学机理进行全面的研究。注浆所涉及的知识较多，包括流体力学、土力学、弹塑性力学等，这一部分就是综合运用这些知识，阐述注浆的原理，建立基土的持力层的加固，对侧向土体的挤压，对上部土体的挤密抬升隧道穿越建筑物过程中的注浆抬升技术 随着中国经济的高速发展，中国的城市化水平也在迅速加快。而在城市化进程中，各种问题日益显现，其中，“交通拥堵”既是一个急需解决的问题。地铁及城市隧道的建设与利用无疑从很大程度上缓解了地面交通的巨大压力，对解决城市“交通拥堵”起到了重

18、要的作用。因此，地铁及城市隧道的建设将是我国21世 然而作为城市交通的一个重要部分，地铁及城市隧道大多修建在城市繁华地带和人流量较大的地方，在进行整体规划设计时，线路经常不可避免的从既有建筑物附近甚至是正下方的地层中穿过，由于地质条件和施工工艺的限制，隧道开挖施工不可避免的会对周围环境产生扰动，由于地层损失、周围孔隙水压变化及衬砌变形等，地层原始应力将重新分布，原有的土体平衡状态遭到破坏，导致地表发生下沉变形、倾斜变形、曲率变形、水平移动变形及非连续变形等。地表产生的移动和变形较大时，往往又会引起地上或地下临近已有建筑物、构筑物的开裂、沉降、倾斜，从而引起一系列环境效应问题4-5。如上海市合流

19、污水治理工程管线等不会受到损害，生态环境不至恶化。而越来越多的工程实践表明:注浆是加固地层，减小地层沉降，抬升地表和既有结构的有效措施之一。 (2)地铁及隧道的注浆加固:在修建地铁及隧道时，常用注浆法加固隧道周围松散软弱围岩，以便减少在施工过程中发生的地表位移，限制地下水的流动，以控制施工现场岩土体位移、塌方等。 (1)我们通常所说的灌浆法就是指静压注浆，它按注浆理论可分为渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆和电动化学注浆。 渗透注浆是指在压力作用下浆液渗入岩土的孔隙和裂隙，而基本上不改变原状土的结构和体积，所用灌浆压力相对较小。这类灌浆一般只适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石。浆液在土中的扩散形式

20、取决于注浆方式:当由钻杆端孔注浆时，若注浆孔较深，这时就相当于点源，浆液呈球形扩散;当采用花管式分段注浆时，浆液呈柱形渗透(见图2-I)o 劈裂灌浆是指在灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土体结构的破坏和扰动，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，或形成新的裂隙或孔隙，从而使透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。这种灌浆法所用的灌浆压力相对较高(见图2-2)0 根据美国土木工程学会(ASCE)注浆专业委员会1992年给出的定义，压密注浆就是用特制的高压泵将极稠的低流动性浆液注入到预定的土层的注浆方法，注入过程中浆液不是进入土体的孔隙，而是形成一个各向同性的整体，能够产生可控的

21、位移量以置换并挤密周围松散或软弱的土层(见图2-3) 其主要应用方面有:(1)控制城市地下软土层中隧道掘进过程中引起的沉降;(2)抬高已沉降的建筑物和纠偏已倾斜的建成物;(3)挤密和加固松软的土体控制基础沉降;(4)在土体中形成柱状注浆体(桩体)与周围土体形成复合地基，提高地基基便具有了良好的加固和截水效果。这种工法被定名为CCP工法(ChemiealChurningPile)，我国称单管法。此后，70年代中期又开发了同时喷射高压浆液和压缩空气的二重管法(JumbospecialPile)以及同时喷射高压清水、压缩空气和低压浆液灌注的三重管法(ColumnJetPile)。这些方法经过不断改进

22、已经成为适用 注浆材料是注浆技术中不可缺少的一个组成部分，注浆之所以能够起到堵水加固作用，主要是由于注浆材料在注浆过程中发生由液相到固相转变的结果。注理想的注浆材料应该满足以下要求t91. (1)浆液稳定性好，常温、常压下较长时间内存放不改变基本性质，无强烈化学反应;粘度低，可注性好;(2)浆液的凝胶时间可调且能准确控制; (3)浆液无毒无臭，不污染环境，对人体无害，属非易燃易爆物品，对设备管路等无腐蚀性，易清洗; (4)浆液结石率高，结石体性能指标好;固化时无收缩现象，固化后与岩土体、混凝土等有一定的粘结性; (5)浆液材料来源丰富，成本低廉，配制方便，操作简单。止合个注浆工艺流程。注浆设备

23、包括注浆泵、搅拌机、输浆管路、接头、混和器、浆塞和注浆参数监测仪表等。不同的注浆方法和注浆目的对设备的要求不同，了在颗粒材料中注浆的简化理论。该理论假设浆液在均匀、各向同性介质中流动时按球形扩散，从而使注浆压力、流量、扩散半径、浆液的粘度、地层的孔隙性及渗透性等因素联系起来。随后出现了柱状渗透理论，注浆工艺也在不断革新。在渗透注浆中，球面扩散公式和柱形扩散公式是两种典型的扩散理论，适用于浆液为牛顿流体、被注介质为均质各向同性的无粘性土，并且是在点源注浆的情况下。实际注浆时，浆液并非全是牛顿体，被注介质也并非是均质土，因此，球形扩散理论有它的局限性。 劈裂注浆是目前应用最广泛的一种注浆方法。劈裂

24、注浆的浆液在注浆压力作用下先克服地层的切应力和抗拉强度，使其垂直于小主应力的平面上发生劈裂，浆液便沿此劈裂面渗入和挤密地层体，并在其中产生化学加固作用和形成作为骨架的浆脉。在均质软弱地层中，劈裂注浆首先主要产生竖向(径向)裂隙;在层状软岩中则首先主要产生水平裂隙。这种注浆方法一般在渗透系数小、颗粒很小的中、细、粉砂岩土或淤泥中使用。我国在劈裂注浆理论方面的研究工作较多，研究成 .抬升注浆的设计多为压密注浆。土体压密注浆应用较早，但是理论研究相对滞后，土体压密注浆起源于美国，二十世纪50年代早期用于工程，但没有对其原 1981年，Baker等人采用压密注浆有效控制了软弱地层中因隧道掘进施工所产生

25、的土体沉降变形。 1992年，Brow和Warner指出，注浆体和其周围的土体之间有明显的分界，注入土体中的注浆体可能形成不规财的形状，但在较均匀的土体中，注浆体可以形成近似球体和柱体。在注浆膨胀过程中，周围的土体会产生复杂的径向应力和切线应力。紧邻注浆体表面有一个严重被扰动的区域，该区域内产生了塑性变形。随后距离的增加，注浆体周围L的变形由塑性变形过渡到弹性变形。（重点） Graf指出，注浆浆液在连续的压力作用下被注入到土体中，当注浆体周围的土体被挤密到最大程度时，注浆体中的压力会使浆泡上方的土体发生一个圆锥型破坏模式的剪切破坏。因此，挤密效果是由注浆浆泡上方的圆锥型土体的重量以及土体的剪切

26、强度控制的。Graf还观察到，在大多数情况下，浆泡在水平截面上成圆形，其直径为浆泡中心点在土体中的深度和土体剪切强度的函数。另外，在大多数级配良好的填土中的剪切角大致为30-400。 1997年，国立台湾工业技术学院廖洪钧教授等就粘土层压密注浆引起的地表隆起和再沉降的问题进行了现场试验研究。他们得出两点结论:(1)在粘土层中，压密注浆所产生的地表隆起现象可分为两个阶段，当局部性圆锥状隆起破坏机制尚未发生前，在6.5小于等于h/r小于等于20范围内，地表产生比较均匀的隆起;当注浆量继续增加，使h/r<6.5时，则地表隆起受到圆锥土体上顶的影响，其相对隆起量较大，越接近注浆点，隆起量越大(r

27、为浆泡的半径，h为注浆中心点与测点的距离)。(2)地表经过注浆隆起后，再沉陷量约只有原隆起量的i/4-115，注浆完成40天后变形达到稳宁。 1999年，苏世丰、廖洪钧等通过室内试验对压密注浆后粘土的归一化不排水剪切强度进行了研究。他们认为，对粘土进行压密注浆的目的不仅仅在于顶起结构物或抑制地表沉降，当注浆过程中引起的超孔隙水压完全消散，则压密注浆可以用来有效地改良软粘土的力学性质。得出以下结论:(1)土的有效静摩擦角于注浆前后无明显影响;(2)粘土在破坏时孔隙水压参数Ar明显受到注浆的影响，越靠近注浆体其破坏孔隙水压力参数Ar减小越明显，在距离注浆孔2倍于注浆体半径位置处的粘土Ar比注浆前减

28、少30%.距离注浆孔中心6倍于注浆体半径以上时，注浆后的Ar影响比较小;(3)注浆后的粘土归一化不排水剪切强度越靠近注浆体其所受影响越明显，在距离注浆孔2倍于注浆体半径处的归一化不排水抗剪强度比注浆前增加了27%，但增加的趋势随着距离而减小，当距离达到大于6倍注浆体半径时，注浆后土样的归一化不排水剪切强度的变化很小。 2000年，J.B.Burland等人系统的研究了伦敦地铁Jubilee延长线工程邻近结构物的响应，详细的记录了各个工段补偿注浆的全过程并实测建(构)筑物注浆补偿的效果，为类似工程积累了宝贵经验，同时丰富详尽的实测数据为注浆抬升的研究提供了珍贵资料。 2001年，K.Komiya

29、等通过现场试验和室内试验研究了软粘土层中进行隧道掘进时注浆对控制地层变形的规律。现场试验是在东京的一个名叫Koto-Ku的地方进行的，试验时在隧道上方一定距离的地方进行注浆，同时对于地表和地下不同深度的土层的沉降进行监洲，试验中进行的注浆不完全是压密注浆，他们发现虽然在注浆初期发生了地表隆起变化，但随着时间的推移，由于土体的固结和浆液本身的收缩，地表发生沉降。在室内试验中，他们探索了影响粘土中注浆的长期效应的控制因素。他们发现，从长期效应来看，超固结粘土中的注浆效果比正常固结土的注浆效果要好些，而且，注浆量越大效果越显著。贯入试验，击数平均提高150-200% 0 2001年，AdelM.El

30、-Kelesh等根据Brown,Warner和Graf等人所观察到的注浆过程中土体的变形现象，在穴扩张理论以及注浆泡上方上体的锥体剪切破环理论的基础之上提出了一种描述压密注浆过程机理的理论模型。以这个理论模型为基础，提出了压密注浆设计方法，包括极限注浆压力的确定，注浆浆泡的计算、塑性区的计算、以及注浆孔间距和注浆量计算等。他们还认为影响压密注浆的主要参数有土体的初始应力、土体的强度和土体体积变化特性以及土的刚性指数，这个刚性指数定义为土的剪切模量与土的初始剪切强度的比值。El-Kelesh等人的研究成果的确有助于对压密注浆机理的理解，但他的提出的设计方法有待注浆实践的检验。 2003年，冯旭海

31、从利用的角度对这种效应进行研究，提出了注浆顶升力和顶升效应的概念，论述了其在纠偏工程中的可行性，探讨了注浆作用机理与顶升效应的关系。注浆顶升是一个复杂的动态过程，论文根据浆液对土体的作用方式和注浆目的的不同，将这一过程进行了静态化阶段划分。结合每个阶段的特点，进行注浆机理阐述，建立注浆模型，探讨了注浆过程中土层中压力分布规律和顶升力大小的计算方法，分析了土体抬升的破坏模式以及注浆的加固效果、顶升效果和注浆压力之间的关系。研究表明，注浆过程中引起的土中附加应力与注浆深度、注浆压力和土体的基本性状有关，且在径向和上部土体中衰减很快。按照理论计算的思路进行室外现场试验，取得了良好的效果，试验的压力、

32、位移数据表明，压力分布与位移效果基本上与理论研究相一致。试验还表明，合理的布置注浆孔位置和安排注浆顺序对于更有效的实现顶升效果具有很大的作用。 2006年，唐智伟建立了注浆量、土体体积应变增量和土体位移大小三者之间的联系。并用在“注浆单元”上施加“虚拟”内力使单元体积膨胀模拟注浆抬升的数值方法，用该数值方法模拟单孔注浆抬升地层的效果，分析了注浆抬升的规律。究成果，并积累了丰富的经验。相比而言，国内在施工方法、设计方法、注浆效果预测以及理论研究、试验研究等方面都有待进行深入系统的研究。注浆抬升技术仍有很多不成熟之处，注浆抬升建(构)筑时抬升力大小及影响因素，注浆量多大才能达到抬升的效果，如何在实

33、践中根据实际情况设计有效的注浆方案并对抬升效果进行预测，注浆过程中注浆压力在土层中的传递和分布如何，注浆结束之后压力的衰减又是如何，孔隙水压消散对注浆抬升效果的影响等。匀沉降危害十分严重，注浆抬升技术正在被广泛采用。但仅仅凭经验进行注浆抬升的施工已不能满足工程发展的需要，急需形成一套合理的设计原则，有效的预测方法，对注浆设计进行优化，以确保注浆抬升工程的经济、有效，预评估注浆抬升对周围环境的影响。本文正是基于这种情况提出了本课题，着重对注浆的方法、方式和效果进行研究。本论文的研究成果可广泛应用于隧道开挖过程中，上方建筑物减沉、纠偏和城市隧道施工补偿注浆，对于提高注浆效果，减小并控制建筑物的沉降

34、，防止注浆抬升引起的建(构)筑物破坏以及降低注浆成本有着重要的意义，也必将产生巨大的经济效益、社会效益和环境效益。研究内容：总结注浆抬升的机理，对劈裂注浆的过程进行分析，明确土体的抬升破坏形式及抬升力的大小。 (2)进行室内试验，对注浆材料进行物理力学性能试验，比选出适合机场路地层注浆的浆材，并通过现场注浆试验选定合适的注浆工艺，为后期的建筑物注浆抬升提供依据。(3)对试验房屋在现场的注浆抬升过程、结果进行分析总结。在其他条件不变的情况下，通过分别改变地层弹性模量、注浆压力、注浆深度等因素，对不同情况下的注浆效果进行对比分析，得出各因素对注浆抬升效果的影响。(4)根据注浆抬升的机理，提出在“注

35、浆单元”上施加垂直于浆液延伸面的压力来模拟劈裂注浆抬升的数值方法，用该数值方法模拟注浆抬升地层的效果。并对不同的抬升影响因素(地层弹性模量、注浆压力、注浆孔的深度、多次少量反复抬升等)进行对比，初步分析注浆抬升的规律。 <5)根据厦门市机场路注浆抬升的设计方法和基本原则，并结合前面的研究内容，对34号楼及39号楼的注浆抬升过程进行了全程监测，并对监测数据进行了对比分析，在实际工程中进一步检验理论预测方法的正确性，并研究注浆抬升规律总结归纳该工程注浆抬升的工法，对注浆抬升方案进行了进一步的优化设计，为以后类似工程的分析提供经验。注浆的机理 注浆抬升就是往土体中注入浆液，加固软弱松散地基，改

36、良土体，并借助材料膨胀产生的压力使被抬物上移，从而达到对既有建筑物的沉降进行控制和恢复的目的。当浆液达到一定量时，防渗帷幕内土体被浆液填充密实，此时继续以一定的压力进行注浆，在土体中产生了一定的抬升作用力，该作用力作用在既有结构上，当该作用力达到一定程度时既有结构将被抬升。建筑物注浆抬升的核心在于通过注浆对既有建筑物进行过程控制和工后恢复来减小既有建筑物的不均匀沉降，从而保证结构安全。 软弱地层加固，是注浆的基本目标，并有先例可循。一般而言，对软弱地层，浆液进入地层己经包含了渗透、挤密、填充和劈裂等方式，是一种综合的体现。 浆液在进入土层过程中并不与土体混合，而是两者相互独立存在。对于加固软土

37、地基而言，可以同时产生充填效应、挤压效应、扩散效应、防渗效应、骨架效应和离子交换效应等29几种加固效应。 (1)充填效应 浆液在压力作用下进入土体后首先充填土体中的空隙，如果土体中局部有空穴，则浆液就会充填固结起到加固作用。 (2)挤密效应 由于浆液的充填，在压力作用下浆液扩散对周围的土体必然产生一定的挤密作用，使孔隙比有所减小。 (3)扩散效应 扩散效应是一个综合的含义，其中包括浆液在压力作用下产生的劈裂以及在主脉理上产生的支脉，劈裂过程中在各条脉理上也会发生局部的渗透。 (5)骨架效应 浆液在土体中并不是与土颗粒均匀地混合，两者呈两相状态各自存在，所以从土的微观结构分析，除受到部分的挤密作

38、用，孔隙比和含水量稍有变化外，其他物理力学性能的变化是不明显的，所以加固效果应从宏观上来分析，即应考虑土体的骨架效应。由于浆液的凝固体与土体构成两相体，形成了复合结构，所以其弹性模量高于原来土体的弹性模量。 在具有蜂窝状空隙的地层中注浆，若只依靠浆液在孔隙中作“渗透”扩散，浆液只能顺利进入通畅的大空隙，并可达到较远的距离。当这些大空隙被填充满以后，或根本不存在大空隙时，要想使均匀分布的小空隙也得到注浆弥合，就得施加足够的压力，造成“劈缝”使浆液得以进入，同时给周围的土层以挤密。这一过程中，浆液在土层中形成嵌入的片状楔形体，有不同的注浆孔段，不同方向嵌入的楔形体互相交割，将土砂穿插包围起来，并促

39、使排水固结，从而使的地层力学强度和阻水性能都得到提高。抬升抬升效应是随着注浆过程中浆液对上体作用方式的改变逐渐表现出来的，并且其效果的大小还与注浆压力的大小、注浆孔的深度、注浆孔位的布置、止浆墙刚度等有关。目前抬升注浆的设计多为压密注浆，但在实际应用中注浆抬升是一个复杂的动态过程，其抬升效果可能是渗透、压密和劈裂综合作用的。单孔注浆间或者时间的叠加。故本文以单孔注浆进行注浆抬升规律研究，以劈裂注浆抬升为例，阐述注浆机理，来探讨其中的规律。从浆液对土体的作用方式和注浆效果来看，注浆抬升可以分为四个阶段:(1)持力层形成阶段;<2)径向压密加固阶段;<3)劈裂流动阶段;(4)被动土压力

40、阶段。(1)持力层形成阶段;载力的持力层。浆液选用单液浆或者胶凝时间长的双液浆，力求大范围的加固土体。从注浆类型上来分，这一阶段的注浆属于渗透、压密和劈裂综合作用方式的注浆。 在底部基土形成具有足够承载能力的持力层后，对土体进行径向挤密加固是这一阶段的目标。刚开始注浆，浆液所具备的能量不大，不能劈裂地层，浆液聚集在注浆管孔附近，并在土层中形成球状或者圆柱状的浆体，这一过程就是浆液在土中扩张，并使土体发生径向弹塑性变形的过程。这一阶段是典型压密注浆，浆液的作用方式是以浆液体对土体的径向挤密为主。假设注浆孔周围的土体只发生弹塑性变形，满足传统的岩土力学和弹塑性力学的计算条件。 假设: (1)土体为

41、理想的弹塑性材料，满足岩土弹塑性力学的计算条件; (2)浆液区内的压力在各个方向上都是相同的，即Pg ; (3)所取的计算平面距离地面为h。 此时，浆液尚未在土层中形成浆脉，其作用方式主要是水平方向的膨胀挤压。因此问题可以简化为轴对称的平面应变问题，可以说是圆孔扩张理论在注浆中的应用31-35。屈服条件为什么是这样由以上的分析知，压密注浆的机理可以理解为浆液在压力的作用下使注浆管周围的土体被挤密，发生弹塑性变形，同时，此变形的空间亦被浆液体代替，从而加固了土体，这也就是前述的挤密和置换作用。劈裂流动阶段者Henkel孔隙水压力公式)，距离浆液体越近，压力的上升越高，因此在塑性变形区和浆柱体的交

42、界处，实际土的有效压力要比浆液内压小。被动压力阶段 劈裂流动阶段的基本特征是，压力值先是很快降低，维持在一低压值左右摆动，但是由于浆液在劈裂面上形成的压力推动裂缝迅速张开，而在裂缝的最前端出现应力集中，所以这时压力虽低，却能使裂缝迅速发展。 裂缝发展到一定程度，注浆压力又重新上升，地层中大小主应力方向发生变化，水平向主应力转化为被动土压力状态(即水平主应力为最大主应力)，这时需要有更大的注浆压力才能使土中裂缝加宽或产生新的裂缝，出现第二个压力峰值，由于此时水平向应力大于垂直向应力，地层出现水平向裂缝(即二次劈裂)，如图2-4所示:注浆引起的土中应力 从经济角度看，房屋抬升需要尽量小的注浆压力(

43、Pg)和注浆量(v9 '从抬升力的大小看，需要较大的压力和流量，较小的注浆深度;从施工的可控性、均匀抬升上看，需要较大的注浆体半径，较大的抬升深度，太浅封孔困难，容易跑浆、漏浆、鼓包、房屋局部抬升破坏等。所以(pg. H,;)都有必要优选。 被抬升的土体只是在注浆停止之后的一段时间内，由注浆过程中产生的孔隙水压力的消散而形成少量的回落。因此，注浆过程中产生的顶升效应，其能量来源是注浆泵通过浆液传过来的注浆压力，其宏观效果是土体变形和浆液置换填充的综合反应，因而从物质的方面来看，注浆区上部土体的抬升量、注浆量、土体物理性质的变化之间就存在一定的关系。(1)注浆加固地层与抬升并不是简单的渗

44、透、压密或劈裂注浆，而是一个复杂的动态过程，其抬升效果是渗透、压密和劈裂综合作用的。现场注浆试验 注浆结束标准按注浆压力和注浆量相结合的方式进行控制，注浆压力为0. 6-1. 5MPa，注浆量为200-300L/m，当注浆压力达到设计压力范围或注浆量达到设计注浆量时均可结束注浆施工。注浆材料采用水泥一水玻璃双液浆，浆液配比如下: 补偿注浆和抬升注浆是施工中的重点，也是达到控制房屋沉降，减小房屋差异沉降的主要环节。两者均通过预先设置好的注浆袖阀管，实施后退式分段注浆方式进行抬升施工。 针对房屋注浆抬升而言，第一个层次的抬升是防止、减少沉降量、沉降速率，亦称之为止沉(实质是一种相对性的抬升)。相应

45、的注浆措施是动态跟踪注浆。一旦隧道开挖扰动、地下水流失等，都会导致地层体积损失，地层松散、松动、甚至离层、空洞等。，如果能及时的通过浆液将该松动空隙填充，地层沉降、地表及地表房屋沉降都将会极大的减小，从而有利于建筑物的安全。这个层次的注浆以渗透、填充、挤密为主，从注浆技术上讲，最重要的是实现动态跟踪，即要求能及时掌握地层松散变形的位置，并能及时的进行补偿注浆，限制松动变形的扩散传递，即可将隧道开挖扰动等影响显著地降低。 补偿注浆初期，根据房屋沉降量大小，以注浆量为主要控制标准(控制标准为200L/m)，按照少量多次的原则进行注浆施工，逐渐对地层进行劈裂挤密加固，控制房屋沉降。后期随隧道开挖施工

46、进入房屋基础下方，沉降速率加大，增加注浆量，并依压力做为结束标准(1. 0-1. 5MPa )，房屋沉降得到有效控制，出现明显的抬升。 房屋注浆抬升，是通过地层压密、固结、抬升实现的。但房屋抬升并非简单的地表抬升。从现场抬升实测结果中也清晰的反应了这一点:地表抬升往往是局部的、不均匀的，局部测点甚至抬升了100mm。如图3-11所示:实测房屋抬升变形是波动的、暂时的、不稳定的，整体上房屋仍是沉降趋势 为了确定对房屋抬升压力和单次最大抬升值，为34#楼抬升提供比较符合实际的注浆参数，抬升注浆试验期间采用一台注浆泵对单个抬升孔实施后退式注浆，并在和注浆孔相对应的房屋主体结构上布设测点D2，在D2两

47、侧间隔5m布设计测点D1, D3，并在注浆过程中对测点进行连续监测，根据试验过程绘制房屋抬升值和注浆压力历时曲线图，本次试验共完成5组，选择其中典型两组如下: 1)当注浆压力达到0. 7-v 1. OMPa时，房屋开始出现明显抬升，可以注浆压力为主要的控制标准。 2)根据现场施工情况当注浆压力达到2. OMPa时，房屋抬升即达到最大单次抬升值，再继续注浆，压力降低，房屋基础附近的地表开始出现隆起或裂缝。 3)每次房屋抬升注浆施工中，单次最大抬升值在2. 23. lmm之间。 4)注浆施工过程中，当注浆压力突然降低，应注意观察注浆区域地表和室内地板变化，防止引起局部地表隆起。 5)房屋抬升过程是

48、反复对地层劈裂充填再劈裂充填的过程。渗透的可能，应以材料自身的浸润性、流动性、凝胶时间的可控可调性、适当的早期强度和稳定的后期强度作为主要考虑因素，并综合工程的经济性、可靠性， (4)地表抬升与房屋抬升存在较大的不一致性。通常只有均匀、较大面积、稳定的地表抬升，才能形成安全有效的房屋抬升。单次房屋抬升量控制在23mm是比较合适的。 (5)当注浆压力达到0. 7-1. OMPa时，房屋开始出现明显抬升，可以注浆压力为主要的控制标准城市隧道下穿时，地表房屋抬升量的预测是一项很有意义的研究课题。获得超前深孔注浆时地层抬升量的预测ADECO-RS施工中超前深孔注浆在青岛地铁软弱围岩加固中的实用性数值模

49、拟屋总体沉降量或不均匀沉降超限以后，相应的房屋抬升目标就明确了:(1)预期的房屋抬升量应大于超限部分变形量;(2)抬升范围应接近房屋基础沉降的超限区域。只要房屋抬升量、抬升目标区域被确定，就可以对抬升注浆工艺、注浆参扮讲行i计。 研究表明，可以施加各向同性的膨胀压力用于模拟压密注浆，也可以施加各向异性的膨胀压力来模拟压密注浆或者劈裂注浆，甚至可以施加垂直于浆液延伸_二_二，._.、._._二42-457_._二._二_面的压力来模拟劈裂注浆-一“(如图4-1)。当浆泡为球形或近似球形时，施加各向同性的压力模拟效果较好;当浆泡挤密成椭球形或劈裂面成碟形时，施加各向异性的膨胀力模拟效果较好:当土为

50、超固结粘土或水平成层土时可以施加垂直考虑地层弹性模量、注浆压力 注浆压力的选取对抬升效果有着重要的影响，抬升压力过小，地表土体无法得到有效的抬升，达不到预期的抬升效果，注浆压力过大，地表土体容易发生剪切破坏，浆液溢出，同样不利于抬升，严重的甚至会使建筑物裂缝加速发展甚至产生新的裂缝，所以注浆压力的选取对抬升效果意义重大。考虑到地层注浆加固 从图4-10可知，在注浆压力小于0. 5Mpa的情况下，注浆抬升效果不明显，抬升量尚不足lmm，未能达到有效的抬升，随着注浆压力的怎么增大，抬升量也随之加大，地表建筑物得到较明显的抬升，但抬升压力并不是越大越好的，当注浆压力超过一定的范围，地表土地产生塑性破

51、坏，就会导致地表浆液冒出，同样制约着注浆的效果。 当压力超过1. 6Mpa的时候，地表土体发生塑性变形，当压力增大到2Mpa时，注浆区域与地表的塑性区完全联通，很容易造成冒浆现象的发生。对比现场试验，房屋抬升压力在1. 5-2. OMpa时，地层劈裂明显，抬升过于激烈，试验楼大起大果与现场监测数据分析可以认为，抬升压力控制在0. 7 1. 5Mpa之间是较为合适工程应用 动态跟踪注浆采用袖阀管双液注浆的施工方法。注浆顺序按“自沉降最大处开始，至较小处结束;沉降量大的地方多注浆，沉降量小的地方少注浆;多次反复进行，控制流量、压力和抬升速度;采用多台设备对称施工”的原则进行。在着很大的影响:洞内注

52、浆管数量少，且方向单一，难以准确控制抬升位置，建筑物最大沉降仍达到了178mm左右，且由于没有止浆帷幕，浆液扩散范围较大，39#楼没有被有效的抬升，而其周围的建筑物有被抬升的现象。洞内抬升由于注浆条件的局限性，效果明显不如地表注浆抬升:注浆效果。止浆帷幕在注浆抬升工程中主要有以下两方面作用:(a)降低土的渗透系数，形成防渗帷幕，防止浆液渗漏;(b)侧向土加固，限制侧向膨胀。它既提高了地层抬升的位移量，又改善了注浆抬升的质量，使得地层抬升更均匀。泉李区间的注浆施工10.D.PEILA. A theoretical study of reinforcement influence on the s

53、tability of a tunnel face月. Geotechnical and Geological Engineering, 1994(12):145-168. 1 I .Hirohisa Kamata, Hideto Mashimo. Centrifuge model test of tunnel face reinforcement by boltingJ. Tunnelling and Underground Space Technology. 2003(18):205-212.12.Chungsik Yoo, Hyun-Kang Shin. Deformation behaviour of tunnel face reinforced with longitudinal pipes laboratory and numerical investigationJ. Tunnelling