摘要：隧道施工期管片所受浆液浮力并非恒定,壁后浆液压力的不均匀分布会导致管片变形和隧道环的位错损伤。为减弱或避免因管片上浮造成的结构病害,通过自主设计研发一种考虑千斤顶水平推力、围岩压力以及同步注浆上浮力作用的管片三维加载模型试验系统,对大直径管片最不利上浮状态下的瞬时变形进行分析。试验装置由围压加载装置和非均布上浮力加载装置组成,可实现单点或多点同步加卸载;模型试验采用不同刚度弹簧模拟上浮期隧道与地层之间的相互作用;根据相似理论对管片模型和连接螺栓进行精细化设计和加工;根据实际工程中试验段的围压对模型围压初始值进行换算,并将动、静态上浮力相结合,提出更符合工程实际的盾构隧道横、纵向上浮力分析模型。结果表明:在拱底非均布上浮力的作用下,拱底竖向位移和收敛变形沿纵向均近似呈对数正态分布,其最大值均出现在脱出盾尾后第3环;各环管片的收敛变形与拱底竖向位移近似呈线性关系,斜率介于0.63~1.49之间;模型试验结果与实测数据相吻合。研究成果可为盾构隧道管片抗浮设计和施工提供一定的技术支持。

摘要：为提高泥水盾构泥浆成膜质量,维持开挖面稳定性,在泥浆参数设计时,往往需要准确预测膨润土泥浆的流体动力学特征。针对目前泥水盾构泥浆流动模型求解过程中数值发散及计算参数严重依赖经验取值的问题,开展不同膨润土含量下泥浆流变室内试验;基于试验结果,将Bingham-Papanastasiou(BP)修正流变模型嵌入到计算流体动力学(CFD)框架下,开发一种用于泥浆流动模拟的优化数值方法,并通过开展平板间Bingham流体的泊肃叶流动数值模拟,验证该数值方法的有效性和准确性;之后建立泥浆三维管道流数值模型,探究不同流变参数影响下泥浆的管流特征。结果表明:随着膨润土含量的增加,泥浆的屈服应力与稠度系数等流变参数值呈现上升趋势;而流变参数的提高均会使泥浆在地层渗透时产生更多的能量损耗,随着稠度系数k从0.1 Pa·s增大到0.75 Pa·s,压降提高6.21 kPa,此时可以更好地维持泥浆压力的有效转化,提高泥浆成膜质量。