高黏性浆液在富水破碎带隧道涌水治理中的应用

doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.050

上海大学学报(自然科学版) ›› 2014, Vol. 20 ›› Issue (6): 791-801.doi: 10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.050

高黏性浆液在富水破碎带隧道涌水治理中的应用

程鹏达1, 付钢2, 刘保林2, 费敏锐1, 王道增3

1. 上海大学机电工程与自动化学院, 上海200072;2. 中国中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司, 重庆400023;3. 上海大学上海市应用数学和力学研究所, 上海200072

收稿日期:2013-10-22 出版日期:2014-12-23 发布日期:2014-12-23
通讯作者: 王道增(1944—), 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为工程与环境流体力学.E-mail: dzwang@staff.shu.edu.cn
作者简介:王道增(1944—), 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为工程与环境流体力学.E-mail: dzwang@staff.shu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(10972134, 11032007); 上海市力学在能源工程中的应用重点实验室资助项目; 上海市高校创新团队资助项目

Application of High Viscosity Grout on Water-Control in Tunnel

CHENG Peng-da1, FU Gang2, LIU Bao-lin2, FEI Min-rui1, WANG Dao-zeng3

1. School of Mechatronics Engineering and Automation, Shanghai University,Shanghai 200072, China;2. China Railway Eryuan Engineering Group Co. Ltd., Chongqing 400023, China;3. Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics,Shanghai University, Shanghai 200072, China

Received:2013-10-22 Online:2014-12-23 Published:2014-12-23

摘要/Abstract

摘要： 富水破碎带隧道的涌水常常会引起一系列地质灾害, 其中高黏性浆液作为一种治水材料, 在富水破碎带的治水过程中发挥了积极的作用. 实验测量得到了常用水泥浆液和高黏性浆液黏性随时间变化的规律, 并分析黏度变化对注浆治水的影响. 引入孔隙率、渗透率动态模型,建立了适用于富水破碎带注浆治水的流固耦合数学模型, 分析了高黏性浆液注浆过程中压力梯度、应变率和孔隙率变化, 确定高黏性浆液流动半径. 结合浅层填充挤压、深层高压挤密的注浆思路设置了排水减压孔, 参考计算结果设计试验方案. 通过监测隧道涌水量和检测钻孔取芯, 验证了数学模型和试验方案的合理性. 试验结果表明, 隧道涌水量下降了97%, 达到了封堵涌水的目的; 现场芯样充填饱满密实, 抗压强度较原始地层提高了2~4 倍, 围岩整体防渗性能和稳定性得到大幅提升. 该结果不仅验证了数学模型的合理性, 还为类似地层治水处理提供了新的思路.

关键词: 孔隙率, 黏性, 耦合, 压力梯度, 注浆

Abstract: Gushing water causes many geological disasters in tunnel. High viscosity grout plays a positive role in water controlling under complex geological conditions. In this paper, time-varying viscosity of common cement grout and high viscosity grout are measured and analyzed with experiments. The principle of effective stress for porous medium is applied to analysis the fluid-structure coupling in grouting. Considering coupling physical variables, dynamic models of porosity and permeability are contained. The diffusion radius of grout thus can be defined by porosity and pressure gradient. By filling the shallow rock and compacting deep rock, holes are designed in the grout experiment to reduce static water pressure. The distance between grout holes is arranged referring to the calculation results. Then, rationality of the mathematical model and grout scheme is verified by water monitoring and strength testing. According to the results, gushing water reduces by 97%, and strength of rock increases by 200% to 400%, indicating that gushing water is stopped and the tunnel foundation enhanced.

Key words: coupling, grouting, porosity, pressure gradient, viscosity

中图分类号:

U 457

程鹏达1, 付钢2, 刘保林2, 费敏锐1, 王道增3. 高黏性浆液在富水破碎带隧道涌水治理中的应用[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2014, 20(6): 791-801.

CHENG Peng-Da-1, FU Gang-2, LIU Bao-Lin-2, FEI Min-Rui-1, WANG Dao-Zeng-3. Application of High Viscosity Grout on Water-Control in Tunnel[J]. Journal of Shanghai University（Natural Science Edition）, 2014, 20(6): 791-801.

[1]	韩知勇, 施解龙, 兰自轩, 陈玺. 量子绝热捷径技术在三波导耦合器设计中的应用[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(1): 69-75.
[2]	梁成功, 张云波. 自旋轨道耦合二维费米气体的热力学性质[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2019, 25(6): 914-923.
[3]	赵登科, 玄伟东, 刘利俊, 兰健, 任忠鸣. 硅酸锆含量对硅基陶瓷型芯性能的影响[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2019, 25(4): 453-461.
[4]	李齐柱, 伏霞, 张子旸, 王旭, 陈红梅, 侯春彩, 黄源清, 郭春扬, 闵嘉华. 1.3 $\mu $m InAs/GaAs 量子点侧向耦合浅刻蚀分布反馈激光器[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2019, 25(4): 472-483.
[5]	秦爱芳, 贾旭. 初始孔隙率对高放射性废物处置库缓冲材料性状的影响[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2019, 25(4): 516-525.
[6]	金山, 靳锡联, 焦正, 孟醒. Ca$_{\textbf{0.5}}$Ba$_{\textbf{0.5}}$MnO$_{\textbf{3}}$多铁性的第一性原理[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2019, 25(4): 590-596.
[7]	李倩1,2, 夏铁成1. Dirac 孤子族的三可积耦合及其双Hamiltonian 结构[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2017, 23(2): 257-266.
[8]	姜逸飞1,2, 孟令琴1,2, 杨广立1. 新型三阶SIR高阻带抑制双通带滤波器[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2017, 23(1): 147-154.
[9]	薛允1, 侯雪玲1, 韩宁2, 卢倩倩1, 徐晖1. 非晶晶化过程中Nd₂Fe₁₄B 相和α-Fe 相的析出与长大及其磁性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2016, 22(6): 710-718.
[10]	朱卫平, 周楚健, 狄勤丰. 外加横向激励对固-铰支承管道流固耦合振动的影响[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2016, 22(5): 597-605.
[11]	浦珺慧, 施解龙, 吴仁华, 陈玺. 基于量子绝热捷径技术的光波导分束器设计[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2016, 22(5): 545-551.
[12]	刘银龙, 夏铁成, 刘泽宇. 非线性分数阶演化方程的新解[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2016, 22(4): 469-476.
[13]	王宝利, 刘丛强, 汪福顺, 刘小龙, 彭希, 赵颜创. 乌江梯级水库碳氮耦合的生物地球化学循环[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2015, 21(03): 294-300.
[14]	任龙1,2, 孟令琴1,2, 祝君豪1, 周景超1, 刘洁1. 直角耦合结构的宽阻带SIW 滤波器[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2014, 20(4): 466-471.
[15]	程孝奇, 李国辉, 鉴浩, 彭太维. 多传输零点基片集成波导双通带滤波器[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2014, 20(3): 330-336.

高黏性浆液在富水破碎带隧道涌水治理中的应用

Application of High Viscosity Grout on Water-Control in Tunnel

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