海底隧道注浆材料试验研究及工程应用

研究目的:在海底隧道建设过程中,注浆能否达到加固围岩、防渗止漏的目的,浆液的配方至关重要。注浆材料的强度和耐久性是海底隧道长期正常工作的重要保障。海水环境引起的化学侵蚀、物理侵蚀以及自身因素的影响是注浆材料侵蚀破坏的主要因素。本文针对普通水泥、矿渣硅酸盐水泥和水玻璃组成的注浆材料开展正交试验,通过试验分析了普通硅酸盐水泥-水玻璃和矿渣硅酸盐水泥-水玻璃浆液的基本性能;利用正交试验设计方法,以抗压强度为主要指标,对浆液的配比进行了优化设计。研究结论:通过对两种浆液材料同龄期试块抗压强度的对比发现,矿渣硅酸盐水泥的抗海水腐蚀性能明显好于普通硅酸盐水泥。将优化配比后的浆液用于青岛胶州湾服务隧道地表注浆加固,收到了良好的效果。     

高压动水粉细砂层充填型溶洞注浆材料研究

研究目的:圆梁山隧道2#溶洞为高压动水粉细砂层充填型溶洞,该类溶洞在国内外工程施工中尚未遇 到,无成功的经验可以借鉴。本文通过大量的理论及实践,以研究该类型溶洞的注浆材料,从而解决该溶洞的注 浆施工。 研究方法:在2#溶洞下导坑施工中,采用普通水泥-水玻璃双液浆和超细水泥-水玻璃双液浆注浆,十分艰 难地通过了溶洞。随后,平导又遇到溶洞后,采用双液浆未达到良好的注浆效果,调整注浆材料,引入普通水泥 单液浆和超细水泥单液浆,形成组合式沣浆材料。组合式注浆材料提高了平导的注浆效果,但在地表降雨后,注 浆固结体仍被高压水“击穿”,造成注浆失效。经过认真总结注浆的经验与教训,又引入TGRM浆和HSC浆,形 成6种注浆材料配套体系及选择模式。 研究结果:6种注浆材料配套体系较好地解决了随后圆梁山隧道2#高压动水粉细砂层充填型溶洞平导与 正洞的注浆难题。 研究结论:采用普通水泥单液浆、超细水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆、超细水泥-水玻璃双液浆、 TGRM浆、HSC浆6种注浆材料组合体系,采取合理的工艺模式,能较好地加固高压动水粉细砂层充填型溶洞, 确保工程的安全顺利施工。     

隧道砂卵石围岩超前小导管注浆参数优化研究

隧道砂卵石围岩具有结构松散、级配分布不均匀,透水性强的特点,在进行注浆加固地层时,应合理确定注浆参数。以甘肃省渭武高速白鹤桥隧道为工程依托,结合砂卵石地层的特点,针对单水泥浆浆液易析水、水泥颗粒易沉降、凝结时间难控制、结石体易收缩、注浆压力及小导管间距难确定等问题,通过室内注浆材料试验、改性普通硅酸盐水泥性能试验及注浆模型试验对注浆加固参数进行优化设计,并提出相应的注浆控制标准。研究结果表明,最优注浆参数为:水灰比为1∶1;水玻璃波美度为38Be′,用量为3%;悬浮剂用量为1.4%;注浆压力取0.2 MPa;注浆小导管间距取30 cm。     

强震区穿越软硬交界面铁路隧道结构抗震技术研究

高烈度地震区隧道洞口段穿越软硬交界面易遭受严重破坏,基于成兰铁路隧道工程,对洞口段软硬交界面隧道动力响应规律及其抗震设防措施展开一系列研究,得出双线铁路隧道洞口段穿越软硬交界面铁路隧道结构的动力响应规律;在基覆交界面处对比分析隧道减震层与渐进式注浆加固两种方案,得出在强震作用下隧道围岩渐进式注浆方案对衬砌结构具有良好的抗减震效果,大大减小隧道衬砌变形和应力峰值的结论。而隧道减震层方案对衬砌结构抗震性能提升较小,右线隧道拱腰和左线隧道拱腰受力最大,需加强隧道结构抗震加固措施。     

高压富水岩溶隧道注浆帷幕技术应用研究

帷幕注浆技术是岩溶隧道止水的有效方法,以宜万铁路马鹿箐隧道为依托,建立了隧道帷幕注浆数值模型,计算分析了不同帷幕注浆加固圈厚度、止浆岩盘厚度等参数对隧道围岩的位移、应力影响规律,确定了安全、经济、合理的帷幕注浆方案。结合工程实践,对注浆方式、注浆材料及参数、注浆结束标准及效果检查评定等设计要点以及帷幕注浆施工工艺进行了研究。该研究成果对高压富水岩溶隧道建设具有借鉴意义。     

隧道地表坍陷深层注浆理论研究与工程实践

我国既有公路隧道,在复杂地质条件等作用下,部分出现开裂、渗水等现象,影响交通安全,地表注浆是对此类病害隧道进行加固、防渗治理的主要技术措施。以某隧道地表注浆工程为研究对象,利用探地雷达检测隧道围岩密实情况,建立三维有限元模型,分析地表注浆前后隧道二次衬砌的应力应变特性。结果表明:先对不密实、脱空严重区域注浆,可以有效提高加固效果和避免隧道偏压受力;采用合理的注浆压力可以提高注浆填充效果,保证隧道结构安全;同时对比隧道变形预测值和实际监测结果,验证了有限元方法模拟地表注浆加固既有隧道过程的正确性和有效性。在分析注浆加固既有隧道的主要影响因素上,提供了一些规律性认识,可为类似工程的施工和设计提供指导。     

厦门翔安海底隧道土石交界软弱地层全断面注浆试验研究

研究目的:厦门东通道(翔安隧道)设计要穿越F1、F2、F3、F4 4个风化深槽(囊),为了保证海底隧道顺利通过风化深槽(囊),在服务隧道土石交界不良地质段,进行了全断面超前预注浆试验,为顺利通过海底风化深槽(囊)打下基础,并为其它类似工程提供参考.研究结论:全断面超前预注浆处理全强风化软弱地层效果好,但注浆过程中要严格控制注浆工艺和注浆参数.注浆工艺以前进式分段注浆为主,可结合后退式注浆;海底风化槽注浆纵向加固长度不宜超过25 m,径向加固范围服务隧道建议为轮廓线外4 m,行车隧道建议为轮廓线外5 m;注浆材料宜采用超细水泥.     

聚氨酯复合注浆材料浆液扩散特性及应用研究

山岭隧道所处地层大多节理裂隙发育，水系丰富，由此引发的突涌水灾害普遍具有突发性高、危害性大和破坏性强等特点，直接威胁隧道施工安全。基于化学改性和无机-高分子杂化技术，以聚氨酯材料与普通硅酸盐水泥为基础，结合复合功能助剂，制备得到聚氨酯复合注浆材料。通过对该复合注浆材料的SEM观测，分析浆材固结体的防渗性能。通过水槽注浆模拟试验，研究注浆材料的浆液扩散和抗冲刷特性。利用Galerkin有限元法建立连续模型方程，数值模拟浆液的流动过程，分析注浆过程中的流场特征。通过现场工程应用，验证该复合注浆材料对山岭隧道突涌水的注浆封堵效果。研究结果表明，有机/无机杂化的空间互穿网络凝胶结构，提高了结石体的力学性能和防渗性能。浆液在动水环境下的富水砂砾地层留存率高，扩散程度好，注浆封堵效果明显。数值模拟结果与现场试验基本相符，对复合注浆材料浆液流场特征进行分析，有助于实现地下突涌水注浆治理全过程的优化控制。山岭隧道突涌水的现场应用表明，使用复合注浆材料对富水地层注浆后无渗水现象，后期经过长时间观测，封堵效果和耐久性优异。     

高速铁路路基复合注浆材料试验研究

高速铁路路基受施工质量、气候环境、列车荷载等因素影响,易出现冻胀、不均匀沉降等病害。铁路路基病害常采用注浆技术进行处理。为增强铁路路基注浆修复材料的工作性能,通过室内试验对复合注浆材料的力学及耐久性能进行研究,得出性能最佳的复合注浆材料种类及含量。结果表明:含量10%的粉砂使粉煤灰-水泥基注浆材料的28 d抗压强度、抗折强度达到最优值36.6 MPa、14.4 MPa,冻融前后的抗压强度差值最小;含量6%的硅灰使粉煤灰-水泥基注浆材料的28 d抗压强度、抗折强度达到最大值43.6 MPa、17.8 MPa,冻融前后的抗压强度差值最小;含量4.5%的膨胀剂使粉煤灰-水泥基注浆材料的28 d抗压强度、抗折强度达到最大值41.2 MPa、17.6 MPa,冻融前后的抗压强度差值最小。硅灰对复合注浆材料的增强效果最佳,膨胀剂次之,粉砂最差。     

水底矿山法隧道浅埋大跨段软弱地层加固试验研究

长沙市某水底隧道为双向四车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由大跨隧道、小净距隧道、分离式隧道和明挖隧道组成。其中大跨段隧道覆土浅,围岩整体性差。对该段全断面注浆加固围岩的设计施工进行全面分析,研究成果表明：全强风化软弱地层最初注浆以普通水泥单液浆,随后采用超细水泥浆注浆效果更好;采用全断面超前预注浆处理全强风化软弱地层的注浆长度不宜超过23～24 m;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩,对控制隧道透水性及掌子面稳定性取得较好的效果,为长沙地区水底隧道工程提供了典型参考案例。     

铁路隧道大型溶腔注浆加固施工技术

某铁路隧道在进口段有一个大型溶腔,施工中多次发生了涌水、涌泥等工程灾害,给工程的安全施工造成了危害。针对该溶腔的特点,研究出了由普通水泥单液浆、普通水泥—水玻璃双液浆、TGRM单液浆组成的注浆材料配套体系,采用108 mm的大管棚注浆超前预加固,开挖后采用网锚喷临时支护,达到了预期的处理效果。该工程可为类似工程提供借鉴。     

地铁隧道拱顶富水砂层加固技术

地铁区间隧道建设工程中,富水砂层极易导致涌水涌砂、塌方、地表沉陷等地质灾害,对区间隧道安全开挖造成严重威胁。文章结合水文地质及工程地质情况和砂土层的物理力学性质,采用合理的注浆加固方案和注浆工艺及注浆参数对富水砂土层进行加固,并同时进行地表及洞内监测,开挖结果表明,注浆加固效果良好。     

劈裂注浆法在软流塑地层中的应用

南京地铁2号线上海路—新街口站区间市区施工采用暗挖法施工,该地区的软流塑淤泥质地层必须采用注浆法对地层进行加固,才能保证暗挖施工开挖过程中隧道本身和地面建筑物和管线的安全。在施工实践中采用水泥-水玻璃双液浆全断面劈裂注浆的工艺进行地基预加固,取得良好的效果。     

地表注浆对隧道邻近建筑物变形控制规律分析

为了分析地表注浆对隧道邻近建筑物变形控制规律,采用有限元数值模拟方法,从不同层高、与隧道中心线成不同角度、离隧道不同距离等3方面探讨地表注浆加固对建筑物的变形控制规律。研究结果表明：注浆加固对距离隧道中线1～1．5倍开挖跨度范围内地表的沉降控制起到了显著的作用。建筑物与隧道间距离是影响地表注浆加固控制建筑物变形效果的主要因素。建筑物层高越高,距离隧道越远,注浆对周围建筑物作用效果越不明显;随着建筑物与隧道所成角度的增大,作用效果反而越明显。     

广义宾汉流体水泥基浆液动水注浆及质量检测研究

裂隙突水灾害严重威胁隧道施工安全,注浆是解决裂隙突水灾害的有效手段之一。通过分析广义宾汉流体的水泥基浆液流型,建立平板单一裂隙动水条件下注浆扩散模型,构建应力只和变形速率有关、与时间无关的纯粘性流体本构方程;基于注浆扩散模型得出水泥基浆液断面的平均流速;由注浆孔边界和扩散边界条件,结合注浆孔压力和静水压力,推导出在逆水条件和顺水条件下浆液的扩散距离公式。根据依托工程实际制定裂隙注浆控制方案,并结合隧道检测手段对注浆效果进行验证。     

西山隧道竖井富水软弱破碎及采空区瓦斯综合治理研究

富水软弱破碎是地下工程建设中经常遇到的工程灾害,瓦斯采空区对工程带来严重威胁。针对西山隧道竖井穿经富水软弱破碎区及瓦斯采空区,分析该地区工程地质与水文地质特征,总结该类型工程的特点及治理重难点;通过对采空区瓦斯进行系统抽排,对注浆材料、注浆工艺、注浆方法的研究,确定了适用于西山隧道竖井的钻孔布置方法及注浆参数。该研究成果成功应用于西山隧道竖井注浆治理工程中,取得良好的治理效果,希望对类似工程提供一定借鉴。     

基于盾构隧道施工力学特性的注浆加固方案比较分析

为了研究隧道注浆加固对盾构施工力学特性的影响,以昆明轨道交通5号线软弱地层盾构隧道下穿采莲河施工为例,运用Abaqus软件建立隧道施工三维计算模型,通过改变注浆范围及注浆压力等参数,提出6种注浆加固方案并对这6种加固方案下地表沉降和管片内力变形进行对比分析.研究结果表明:在该工程地质条件和施工因素下,选择上、下半断面分别局部注浆,并控制注浆压力0.1 ～0.2 MPa时注浆补偿效果最佳,此时地表沉降较未注浆时减小54.3％～66.9％,同时管片拉应力及内侧上浮量均满足控制要求;考虑注浆加固效果对地层弹性模量的直接影响,对其进行了敏感性分析,当注浆圈弹性模量由80MPa增至100MPa时,地表沉降减小了14.78％.故施工中应严格控制注浆质量,保证注浆加固范围及注浆压力在要求范围内,提高施工安全.     

砂层压密加固效应室内试验研究

研究目的:在隧道工程砂层劈裂注浆或压密注浆工程中都伴随着砂层的压密现象,被压密砂层性能的提升幅度对于注浆加固体的整体性能具有显著影响。基于此,以黏聚力、内摩擦角、渗透系数作为表征砂层压密加固效应的性能指标,以青岛地区含黏性土砂层为典型砂层介质,测试不同黏性土含量条件下砂层性能随压密程度的增长情况,获得砂层各项性能指标与所受压力的定量关系,在此基础上分析黏性土含量对被压密砂层性能提升幅度的影响,提出以临界黏性土含量为指标的砂层压密加固有效性评价标准。研究结论:(1)注浆压密作用可显著提升砂层的各项性能指标,在室内试验条件下,砂层黏聚力增长了30. 8～87. 6 kPa,内摩擦角提高了13°～15°,渗透系数降低了2～5个数量级;(2)被压密砂层性能提升幅度与黏性土含量正相关,当砂层黏性土含量小于临界黏性土含量时,砂层无法通过压密手段进行有效加固;(3)该研究结果可应用于隧道工程穿越砂层注浆加固领域,对注浆设计有一定借鉴作用。     

城际铁路暗挖隧道下穿高压输电钢管杆施工技术研究

长株潭城际铁路湘江隧道滨江新城—市政府区间下穿110 kV高压输电钢管杆,地层软硬不均,施工风险高。本文针对工程具体条件,提出了地层超前帷幕注浆加固和掌子面玻璃纤维锚杆预加固措施,采用液压破碎锤开挖方式,通过施工过程的有效控制,将隧道施工引起的地表沉降和高压输电钢管杆沉降与倾斜控制在容许范围内,施工效果良好,可为类似下穿高敏感结构物施工提供参考。     

注浆加固块石堆积体在野三关隧道中的应用

以宜万铁路野三关隧道DK124+602大型富水溶腔的注浆加固为例,从注浆加固的方案制定到注浆材料的选择、配合比的选定、注浆压力的选择及注浆效果评定等方面详细介绍了溶腔体的注浆原理和过程,为类似工程的施工提供了宝贵的经验。