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地铁突水抢险中粗骨料注浆快速封堵数值模拟研究
| 论文题名： | 地铁突水抢险中粗骨料注浆快速封堵数值模拟研究 |
| 关键词： | 地铁施工;地下水突涌;粗骨料注浆;封堵机理 |
| 摘要： | 地铁施工过程中由于地下水突涌引起的水害事故频发，注浆堵水技术是治理水害一种重要途径。传统的注浆手段在涌水量大的情况下，浆液容易被水流冲走而导致注浆材料固化效果差封堵不及时，造成浆液的浪费、增加抢险施工所需时间。本文通过数值模拟试验和理论相结合的方式，对动水流管道粗骨料注浆快速封堵机理进行研究，建立了地铁联络通道突涌管道模型，对骨料注浆各个阶段管道内的水压变化、骨料颗粒运动轨迹、达到稳态后骨料堆积体两侧水压变化、浆液压力变化、浆液扩散路径等进行分析来研究骨料注浆的封堵机理。主要研究内容和成果如下： （1）通过在地铁联络通道涌水事故抢险现场收集的资料，按照实际工程中的参数建立了动水流管道模型，查阅相关文献确立了骨料灌注和注浆封堵两个阶段的数值模拟试验中骨料颗粒运动控制方程、骨料颗粒沉降堆积形成有效阻水段的边界条件方程，以及浆液动水流管道中扩散的力学模型、浆液在多孔介质（骨料堆积体内颗粒间的孔隙）中的两相流渗透扩散方程，为后续数值模拟试验提供计算依据。 （2）进行骨料灌注阶段的数值模拟试验，对骨料颗粒的运动轨迹和速度变化、管道内水压变化进行分析，得出骨料颗粒在重力和水力搬运力的共同作用下发生运移沉降并最终堆积形成有效阻水段；骨料堆积体封顶形成有效阻水段后，骨料堆积体两侧呈现出明显的水压差，有利于后续注浆阶段中浆液在骨料颗粒间进行渗透扩散过程的进行。 （3）在骨料颗粒堆积封顶并形成有效阻水段后，对骨料堆积体进行注浆封堵数值模拟试验。对浆液扩散路径轨迹、浆液压力变化、注浆前后通过骨料堆积体内部孔隙的水流量变化、浆液在孔隙内固结封堵候孔隙率的变化等参数进行研究分析，得出了注浆封堵主要有浆液与水的两相流相互渗透、在浆液自身固结作用下将孔隙内的水排出并封堵孔隙这两个过程。以及注浆压力是影响封堵效果的重要因素。 （4）结合实际工程，对比实际地铁联络通道涌水事故抢险处理过程中采用化学注浆堵水技术，骨料注浆堵水技术在材料成本、抢险施工准备、封堵效果等方面有着天然的优势。提出了注浆前后骨料堆积体孔隙率的变化对注浆效果进行评判的标准。 （5）针对骨料注浆封堵技术在治理动水流水害的优势并结合实际工程，对骨料注浆堵水技术在可能发生动水水害的区域能否进行提前堵水加固进行探讨。 |
| 作者： | 李军 |
| 专业： | 地质工程 |
| 导师： | 王档良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2021 |
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