随着经济的高速发展,人口的分布越来越密集,交通越来越拥挤,地铁无疑成为改善城市交通拥挤问题的最佳方案之一。然而在地铁的修建过程中,不可避免地会遇到各种复杂的地质问题和周围环境问题,当地铁下穿软弱富水层时,土层内含有的大量的水将会影响地铁工程区间隧道的施工,更有甚者将会引起涌砂、涌水等事故的发生,甚至发生隧道坍塌,造成重大的人员伤亡和经济损失。注浆加固地铁围岩的软弱富水地层,是解决此类问题的最快捷的方法之一。但是,地铁隧道软弱围岩富水层的注浆加固作为一项复杂的隐蔽工程,其渗流扩散过程和模式目前尚不清晰,注浆效果得不到有效的保障。鉴于此,本文在分析目前的注浆理论、注浆方法等的基础上,通过理论分析、数值建模和工程应用等方法研究了其扩散机制和模式,确定了注浆参数得选取。主要研究内容及结论有:(1)通过对研究区域内地铁隧道软弱围岩的岩层特性和地质勘察资料的研究,进行室内土工试验,确定岩层的物理力学特性。通过总结浆液在围岩中的渗流扩散分布的影响因素,利用两相达西定律这一物理接口分析浆液在地层中的渗透特性,研究浆液渗流扩散的分布规律,建立静水、动水、不同浆液等工况下浆液的渗流扩散模型;总结数值模拟的结果,并将其应用到实际的注浆工程中,通过注浆效果的检查和对比,确定注浆参数的选取的合理性。(2)青岛的地层是土-岩二元复合的复杂岩层,一系列的室内土工试验结果表明砂层中存在着大量的粘粒,其工程性质要比预想中的好。通过对地下水在地层中的渗流扩散理论进行分析,将浆液看成是具有黏度的水,在达西定律的基础上,总结出浆液在地层中渗流扩散的基本方程,包括运动性方程、连续性方程、状态方程,并且进一步得出了浆液扩散的理论上的数学模型。(3)根据土工试验和勘察报告得出来的结论,结合总结建立的浆液渗流扩散的理论数值模型,建立不同的工况下的浆液渗流扩散的数值模型。并且考虑在不同的工况下,利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics对注浆加固工程进行数值模拟计算,分别得出不同情况下的浆液扩散规律。(4)通过数值模拟计算,得出在单一因素作用下,软弱围岩中注入浆液的渗流扩散分布规律。对富水地层中的浆液的渗流扩散规律进行模拟;对动水条件下浆液的渗流扩散规律进行模拟;在动水的条件下,注浆孔附近出现渗流速度接近于零的区域,注入浆液的扩散距离大约有1.5 m;注入浆液的比重应该控制在1.30~1.32之间,水泥浆的含量为固体含量的30%。(5)利用数值模拟得出的注浆参数等结合相关的地质勘察报告进行注浆,分析了研究区域内注浆加固工程的效果检验与评价方法,并且结合工程实际利用钻探和物探相结合的方法来评价注浆加固效果的准确性。本文研究了青岛地铁隧道软弱围岩富水砂层的注浆工程的浆液渗流扩散规律,并且考虑地下水渗流对浆液扩散的影响,给出了适用于青岛地铁软弱围岩注浆参数的选取范围。