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基于Herschel-Bulkley模型的盾构隧道壁后注浆效果分析OA

Backfill Grouting Effectiveness Analysis of Shield Tunnel Based on Herschel-Bulkley Model

中文摘要英文摘要

为探究浆液流变性对壁后注浆过程的影响,首先,采用旋转黏度计测试不同配比下水泥基浆液的流变行为,分析不同配比对流变参数的影响;然后,结合Herschel-Bulkley模型和流体模拟软件,建立壁后注浆数值模型;最后,探究注浆孔位置和数量、注浆压力、浆液配比等因素影响下的注浆过程和注浆效果.结果表明:屈服应力和稠度系数主要受水胶比影响,但水胶比超过0.85后影响减弱;流变指数受水胶比、膨水比和灰粉比影响均较为明显,但规律性较差;浆液填充过程中只有顶部区域经历4阶段演化,其余区域均为2阶段;拱顶附近布设注浆孔可提高顶部区域填充效果,增加注浆孔数量可加快浆液填充速度,但会降低快速增长阶段的浆液总体积;增大水胶比或减小膨水比均可减小屈服应力,从而提高填充速度与填充量;增大浆液密度会延缓前期填充,但有利于增大后期浆液总体积;中部注浆孔压力较大会抑制后期填充速度与填充量,为实现较好的填充效果,应做到上部注浆孔压力最大、中部注浆孔压力最小.

To explore the influence of grout rheological properties on the backfill grouting process,a rotational viscometer was first employed to measure the rheological behavior of cement-based grouts with different ratios,analyzing the effects of various ratios on rheological parameters.Subsequently,combined with Herschel-Bulkley model and fluid simulation software,a numerical model for backfill grouting was established.Finally,the grouting process and effectiveness under the influence of factors such as location and number of grouting holes,grouting pressure,and grout ratios were investigated.The results indicate that yield stress and consistency coefficient are primarily affected by the water-binder ratio,but this influence diminishes when the water-binder ratio exceeds 0.85.The rheological index is noticeably influenced by the water-binder ratio,bentonite-water ratio,and cement-fly ash ratio,yet exhibits poor regularity.During grout filling,the top region undergoes 4 stages of evolution,whereas other regions experience only 2 stages.Positioning grouting holes near the vault can improve the filling effectiveness in the top region,and increasing the number of grouting holes accelerates the filling rate but reduces the total grout volume during the rapid growth stage.Increasing the water-binder ratio or decreasing the bentonite-water ratio reduces yield stress,thereby enhancing filling speed and volume.Increasing grout density delays early-stage filling but benefits the accumulation of total grout volume in later stages.Since excessive pressure at middle grouting holes suppresses later-stage filling speed and volume,achieving optimal filling performance requires the maximum pressure at upper grouting holes and minimum pressure at middle grouting holes.

梁晓明;何川;封坤;张景轩;窦和潮;孙伟亮;吴自力;杨晓亮

西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031||西南交通大学 极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室,四川 成都 610031西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031||西南交通大学 极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室,四川 成都 610031西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031||西南交通大学 极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室,四川 成都 610031西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031||西南交通大学 极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室,四川 成都 610031中铁十四局集团第四工程有限公司,山东 济南 250002中铁十四局集团第四工程有限公司,山东 济南 250002中国水利水电第七工程局有限公司,四川 成都 610213中国水利水电第七工程局有限公司,四川 成都 610213

交通工程

盾构隧道壁后注浆水泥基浆液浆液配比Herschel-Bulkley模型注浆效果

Shield tunnelBackfill groutingCement-based groutGrout ratioHerschel-Bulkley modelGrouting effectiveness

《中国铁道科学》 2026 (2)

120-133,14

国家自然科学基金资助项目(52378418)国家自然科学基金联合基金资助项目(U2468216)

10.3969/j.issn.1001-4632.2026.02.11

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