泥水平衡全断面掘进机注浆过程的仿真研究

论文摘要

近年来,随着全世界城市化进程的发展,许多城市出现了不同程度的交通拥堵问题。相当一部分大城市开始建立立体化的快速轨道交通,逐步形成了目前以地下铁道为主体多种轨道交通类型并存的现代城市轨道交通新格局。隧道工程的修建方法主要有明挖法、浅埋暗挖法、钻爆法、掘进机法及盾构法。盾构法以其地质条件适应性强、施工速度快、不影响地面交通等优点成为目前隧道掘进工程中最主要的施工方法,并在欧美、日本等国家得到了广泛的应用。当今世界三大海底隧道工程：英吉利海峡隧道（Channel Tunnel）、丹麦海峡隧道（Great Belt Tunnel）和东京海底隧道均采用了盾构掘进技术。我国自50年代开始用盾构法修建隧道以来,已经修建成数十条直径2-15米的隧道,如北京地铁四号线、天津地铁一号线、沈阳地铁一号线。可以预测,盾构法施工在我国必将得到更为广泛的应用。而随着城市规模的扩大,越来越多的地铁隧道需要穿越大量的建筑物；地下管线,穿越各类复杂地层,尤其是含水量高的粘土层,液化程度高的沙层,裂隙水丰富的风化岩层,使得盾构施工面临巨大的挑战,而同步注浆技术是盾构工法中必不可少的关键性辅助工法,是控制地面沉降的关键。如果注浆过程中发生漏浆,地面的沉降必定增大,从而会引起地面的沉降,隧道扭曲,隧道超限。所以尾盾的同步注浆在盾构掘进中是重要任务和关键技术,而注浆过程中各主要参数的影响是保证同步注浆顺利进行的前提。本文打算根据这几位专家提出的设想,如Yukinori等进行了大量盾构隧道壁后注浆的物理模型试验,其研究表明：土的密实度和注浆压力能够显著影响土压力的分布和大小；Ezzeldine用有限元程序PISA模拟了盾构推进、拼装衬砌及壁后注浆对地基变形的影响；国际隧道协会工作报告中推荐的在管片结构计算时考虑的注浆压力分布模式为三角形分布等所述进行建立泥水平衡全断面掘进机的注浆模型,对于实际的生产情况进行优化,建立出基本符合实际情况的模型,采用Gambit建立其数学模型,并采用fluent软件进行数值和仿真分析,使其的注浆参数优化,确定注浆系统的注浆参数的最优值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 盾构法概述
• 1.2.1 盾构法基本原理和特点
• 1.2.2 盾构法隧道优点
• 1.2.3 盾构法隧道缺点
• 1.3 国外文献综述
• 1.3.1 注浆法的基本原理
• 1.3.2 注浆技术国内外的发展
• 1.4 研究主要内容和技术路线
• 1.4.1 研究现状以及存在的问题
• 1.4.2 注浆系统的研究意义
• 1.4.3 主要研究内容
• 第2章 盾构机注浆参数的分析
• 2.1 注浆的目的
• 2.2 盾尾注浆系统分类
• 2.3 注浆材料
• 2.3.1 注浆材料的分类
• 2.3.2 各种浆液的优缺点以及浆液种类的选择
• 2.4 盾构机的同步注浆结构
• 2.5 同步注浆的工艺参数
• 2.5.1 注浆压力
• 2.5.2 注浆量
• 2.5.3 注浆速度
• 2.6 本章小结
• 第3章 泥水平衡全断面掘进机同步注浆机理
• 3.1 填充机理分析
• 3.1.1 横断面填充
• 3.1.2 纵向界面的填充
• 3.2 渗透机理的研究
• 3.3 计算分析
• 3.3.1 不同注浆压力对扩散半径等的的影响
• 3.3.2 不同注浆时间
• 3.3.3 不同流变参数对注浆压力差△p的影响
• 3.3.4 注浆压力的分布形式
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于注浆系统不同施工参数的仿真分析及其优化
• 4.1 Gambit软件介绍
• 4.2 Fluent软件的介绍
• 4.3 注浆模型的建立
• 4.3.1 同步注浆系统计算模型的建立
• 4.3.2 数值网格的划分
• 4.3.3 求解器以及边界条件的确定
• 4.4 不同注浆压力的有限元仿真
• 4.5 不同浆液粘度的有限元仿真
• 4.6 基于不同的注浆时间的有限元仿真
• 4.6.1 注浆压力为0.2Mpa时的有限元仿真
• 4.6.2 注浆压力为0.3Mpa时的有限元仿真
• 4.7 小结
• 第5章 基于注浆系统不同的结构参数的仿真分析及其优化
• 5.1 不同注浆管直径的有限元仿真
• 5.1.1 注浆时间相同的有限元仿真
• 5.1.2 注浆量相同的有限元仿真
• 5.1.3 结果分析
• 5.2 不同注浆管数的有限元仿真
• 5.2.1 注浆时间相同的有限元仿真
• 5.2.2 注浆量相同的有限元仿真
• 5.2.3 结果分析
• 5.3 小结
• 第6章 注浆系统的渗透过程的仿真分析
• 6.1 ABAQUS软件的介绍
• 6.2 盾构机渗透过程的仿真分析及其优化
• 6.2.1 渗透模型的建立
• 6.2.2 渗透过程的仿真
• 6.3 小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢