近日，同济大学工程风险研究团队黄宏伟教授、张东明教授、华雨杉博士研究生在《Engineering Geology》期刊上发表了题为“Model test study of soil grouting effect on shield tunnel longitudinal structural behavior”的研究论文，报道了地层注浆对盾构隧道纵向结构行为影响的模型试验最新研究成果。

盾构隧道由于其多缝的分段衬砌结构特性及所处地层环境的复杂变化，在长期运营过程中极易发生不均匀沉降，引发接缝错位、衬砌开裂、渗漏水甚至螺栓失效等严重病害，严重威胁隧道的安全运营。一旦隧道沉降超过预定控制值，必须采取有效的加固措施以恢复其结构功能。地层注浆因其能够有效填充土体空隙、加固地基并恢复隧道的既有变形，在国内外隧道工程中得到了广泛应用。 然而，目前注浆参数的选择主要依赖工程经验，缺乏系统化、科学性的理论指导。因此，采用合理的室内试验方法研究注浆对隧道纵向结构性能的影响机制，对于提升注浆的效率和可靠性具有重要的理论价值与实际意义。

本研究自主设计了一套物理模型试验系统（图1和图2），用于系统研究地层注浆对盾构隧道纵向结构性能的影响。该系统包括试验箱、注浆设备、模型隧道及多种测量仪器，能够有效量测注浆前后隧道纵向不均匀沉降以及环缝处的错台和张开变形（图3）。同时，通过对开挖注浆体的观察（图4），能够进一步分析浆液随机扩散特征和其在砂土中的压密、劈裂及渗透扩散机制，为优化注浆参数提供了直观依据。

试验结果表明，减少埋深、提高注浆压力和注浆量，以及采用连续注浆，均可显著提升沉降控制效果。而非连续多次注浆可能因扰动效应导致附加应力的快速增长和显著消散（图5），加剧结构的接缝变形。在本试验中，相同注浆量条件下，采用非连续注浆时，注浆管环处的沉降减少效果仅为连续注浆的57.58%。通过深入分析注浆对土-结构相互作用的影响，研究指出合理的注浆施工策略有助于提高土体稳定性并有效维持隧道的结构完整性，为实际工程提供了设计参考。

图1 模型箱示意图

图2 模型箱、量测仪器及注浆设备

图3 采用激光测距仪量测的注浆前后隧道沉降及环缝变形（Test 1）

图4 隧道底部注浆体特征

图5 非连续多次注浆过程隧道沉降及附加应力变化：（a）沉降减少量；（b）附加应力变化

图6 注浆前后不同试验组沉降减少量与环缝张开、错台变化量对比：(a) 沉降变化；(b) 环缝张开和错台

第一作者

华雨杉 博士研究生

主要从事隧道结构韧性分析、注浆加固研究

邮箱：2011136@tongji.edu.cn

第二作者

张东明教授

主要从事地下工程结构风险控制、地下工程结构计算模型不确定性、地下工程围岩地层不确定性等研究

邮箱：09zhang@tongji.edu.cn

第三作者及通讯作者

黄宏伟教授

主要从事岩土与地下基础设施的安全风险管控理论方法与多识智慧感知技术的研究

邮箱：huanghw@tongji.edu.cn

文献格式：

Yu-shan Hua, Dong-ming Zhang, Hong-wei Huang. Model test study of soil grouting effect on shield tunnel longitudinal structural behavior[J]. Engineering Geology, 2025, 107912.

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2025.107912

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撰稿：华雨杉

编辑：曾诗怡

校对：王森

审核：申轶尧