董志塬富水黄土隧道地表降水开挖与隧底软基加固技术研究——以银西高铁驿马一号隧道为例

为解决富水黄土隧道掘进过程中遇到的掌子面渗涌水、洞周土体软弱剥落、初期支护变形坍塌与隧基软弱等技术难题,以银西高铁驿马一号隧道为例,对高铁富水黄土隧道首次采用地表降水开挖与隧底软基注浆加固开展深入研究,并对该措施的降水疏干与软基加固效果进行分析、验证。研究结果表明:1)在富水黄土隧道地表降水设计时,按经验参数确定的涌水量与实际涌水量常存在较大差异,结合掌子面实际涌水量或参照局部深井疏干试验后的参数进行设计,是确保设计方案与实际吻合的关键。2)实践表明,对穿越深厚富水软塑黄土层隧道开展地表超前降水疏干是可行的,地表降水能提前疏干洞身周边土体,提高围岩稳定性,便于洞内施工作业,较采用单独的洞内排水方式疏干洞身周边土体,更为有效、时间更短。3)在富水软塑黄土隧道中采用钢管桩加固隧基,与隧道掘进交叉作业干扰大,在软塑层中成桩困难,加固、堵水效果差;而采用袖阀管注浆加固隧基,对掘进施工干扰小,堵水和加固软塑土体的效果更佳。     

富水流砂区间隧道注浆加固技术研究

隧道开挖过程中富水流砂层易引发涌水涌砂及围岩失稳等地质灾害,针对青岛地铁区间隧道富水流砂层注浆堵水加固治理难题,结合帷幕注浆第四强度理论及工程爆破施工影响确定注浆加固圈厚度,设计注浆材料、注浆压力、注浆量等注浆参数;分析注浆加固效果及存在问题。研究表明,富水流砂层注浆堵水加固效果明显,围岩稳定性较好,但也存在地面隆起及管线破坏、掌子面跑浆、注浆加固效果不均等问题,根据现场情况及时采取有效措施,实现隧道安全开挖,对类似水害治理设计及施工具有一定借鉴意义。     

富水全强风化花岗岩隧道注浆加固参数研究及其效果评价

全强风化花岗岩强度低、水稳性差,在富水条件下易崩解成流塑体流失,隧道穿越此类地层常面临严重的突水突泥风险,全断面帷幕注浆作为软弱富水地层预加固最为常用的技术方法之一,其注浆参数如注浆量(浆液充填率)、帷幕注浆厚度是决定地层注浆加固效果的关键技术指标。本文以多次发生突水突泥灾害的典型富水风化花岗岩地层隧道为工程依托,采用室内试验、理论分析等研究方法开展帷幕注浆量、注浆厚度研究。室内试验结果表明浆液充填率达到48%以上,注浆加固体强度、渗透性特性改善显著,其中粘聚力较未注浆提高3倍,达到200k Pa以上,内摩擦角提高10倍,达到30°,渗透系数从10~5cm/s量级降至10~8cm/s量级。同时结合理论分析与类似工程,得到注浆加固圈厚度可取5~8m。由此确定隧道帷幕注浆技术方案,并采用检查孔法、P-Q-t曲线法等对其注浆效果进行评价,验证该方案的可行性。     

岩溶富水隧道Ⅴ级围岩段涌水及注浆加固圈研究

吉庆隧道是龙琅(涟源市龙塘镇—新化县琅塘镇)高速公路上的富水岩溶隧道,准确预测隧道涌水量对于采取合理的防排水措施及开挖方法十分重要。文中对该隧道中富水的Ⅴ级围岩段涌水量进行分析和预测,根据涌水量大小、围岩承载能力等确定注浆加固圈厚度,为隧道防排水设计、围岩注浆加固及施工提供技术支持。     

富水含泥粉细砂层隧道水平旋喷加固施工技术

山西省小浪底引黄工程引水干线2#隧道土洞段穿越富水含泥粉细砂地层,传统的管棚注浆等超前支护效果难以保证,通过采取超前水平高压旋喷桩对隧道围岩进行预加固,并结合掌子面注浆等措施防止隧道围岩在开挖过程中发生流塌失稳变形,并对桩体灌浆量、围岩变形监测等方面进行综合分析,最终超前水平旋喷桩加固效果良好。     

地表注浆在浅埋黄土隧道中的应用与效果分析

结合鸳鸯会隧道实例,对地表注浆技术进行研究。通过数值模拟软件计算注浆前后围岩变形和塑性状态,分析隧道塌陷成因及注浆加固效果。注浆结束后,使用地质雷达检测注浆区域,了解注浆管分布及浆液扩散情况,排除注浆后围岩中不密实区域。施作初支后,对比拱顶沉降现场监测、回归分析以及数值计算结果,研究围岩长期变形趋势。结果表明,综合数值分析、雷达检测及现场监测分析,能够有效评价浅埋黄土隧道地表注浆加固效果。     

老龙山黄土隧道支护结构设计浅析

结合在建工程太佳高速公路老龙山隧道施工情况,通过对黄土隧道支护结构的分析,提出了锚杆在黄土隧道中的功效、钢支撑与格栅的用途、超前支护在黄土隧道中的注浆效果、仰拱地表加固对湿陷性黄土隧道的必要性,经济、有效地解决了施工中出现的沉降与变形问题,分析结果为支护系统的优化提供依据。     

砂土覆盖型岩溶地层盾构隧道施工地面注浆加固实例分析

隧道沿线溶洞的加固处理是岩溶地层中盾构隧道施工的关键。以广州地铁某区间盾构隧道施工为背景,论述砂土覆盖型岩溶地层中盾构隧道施工面临的主要工程地质风险;由溶洞处理流程入手,从溶洞处理判断标准、注浆填充方案、注浆材料选择以及注浆加固效果检验等方面详细介绍盾构隧道施工中通过地面注浆加固进行溶洞处理。同时,对监测区间内溶洞注浆加固效果以及隧道掘进引起的地面、房屋沉降情况进行监测分析。研究结果表明： 溶洞注浆加固效果良好,隧道掘进造成的地面房屋沉降变化平稳,地面注浆加固处理在砂土覆盖型岩溶地层盾构隧道施工中具备一定的工程适用性。     

双线铁路隧道穿越不良地质段施工处理技术

以西南岩溶地区某双线铁路隧道出口平导和正洞穿越富水深厚块石土地层为研究对象,采用设置迂回导坑、集水廊道、正洞局部超前预注浆加固、拱部大管棚、隧底袖阀管注浆、拱墙径向注浆等方法,成功通过了该不良地质体,隧道变形沉降得到了有效控制,保证了隧道施工工期和结构安全。     

高压富水区山岭隧道施工注浆堵水技术研究

为了保障高压富水区山岭隧道施工安全,现场经常采用注浆堵水措施,而目前隧道注浆堵水时地下水渗水量和支护结构外水压力变化特性尚有待于进一步研究。依托南大梁高速公路华蓥山隧道工程,基于复合式衬砌山岭隧道"堵水限排"的防排水理念,采用理论分析和数值模拟方法,分析了高压富水区复合式衬砌山岭隧道围岩注浆堵水时地下水渗流场特征,推导了高压富水区山岭隧道采取注浆堵水时隧道渗水量和支护结构外水压力的计算公式,得到了隧道渗水量及支护结构外水压力与注浆圈厚度、围岩和注浆圈渗透系数之比及围岩和初期支护渗透系数之比间的关系。研究结果表明:高压富水区山岭隧道注浆堵水时,隧道渗水量和支护结构外水压力的主要控制因素为:注浆圈厚度、注浆圈及初期支护的渗透系数;隧道渗水量和支护结构外水压力随着注浆圈厚度的增加及其渗透系数的减小而降低,综合考虑注浆堵水效果及施工成本,建议注浆圈厚度为6～8 m、围岩与注浆圈渗透系数之比为100～200时较优;高压富水区山岭隧道防排水系统设计,需要考虑注浆圈和初期支护堵水作用以及横纵向排水管排水效果,即综合防排水设计才可以减小排水量,有效降低支护结构外水压力。研究所得隧道注浆堵水的相关参数成功应用于实际工程,为高压富水区隧道工程注浆堵水设计与施工提供了一定的参考。     

水泥-水玻璃双液注浆在黄土隧道施工中的应用

针对黄土隧道进出口段的黄土层在与基岩交界附近为饱和黄土,围岩强度低,自稳能力差,施工难度大的现状,在室内测定了水泥—水玻璃浆液不同配比和不同温度情况下的胶凝时间及浆液结石体抗压强度的基础上,通过现场注浆试验,对水泥—水玻璃浆液配比、注浆压力、浆液扩散半径等技术参数和注浆工艺进行了研究。结果表明:在黄土隧道施工中,水泥—水玻璃双液注浆参数为:水玻璃模数M=2.8～3.1,水玻璃溶液浓度Be′=35～40,水泥浆水灰比W/C=0.75:1～1.0:1(重量比),水泥浆:水玻璃=1:0.5～1:1.0(体积比),注浆压强为0.6～3.5MPa,浆液扩散半径为0.5～1.3m。工程实践说明:采用水泥—水玻璃双液注浆方法加固黄土隧道进出口段的饱和黄土可以取得较好的效果。     

莲花山1号特长隧道ZK190+640-ZK190+625段破碎带突泥处理施工技术

隧道通过高压富水断层破碎带时极易发生突水、突泥等地质灾害。莲花山1号隧道同时穿越F13和F14两个断裂带,在隧道左洞开挖至ZK190+637处发生了两次突水、突泥地质灾害。为快速恢复正常施工,通过采用直径76mm自进式钢花管超前支护工艺,并结合正洞上台阶注浆加固,克服了在断层破碎带水压高、水量大、传统超前注浆小导管支护难以成孔的困难,顺利对该段进行了注浆堵水和加固处理。实践证明,所采取方法有效合理,不仅保证了施工安全和质量,而且施工过程简单便捷,操作性强、作业空间小、费用少、加固效果好,实现了在高压富水断层泥带的安全快速施工,对类似工程具有一定的参考价值。     

富水砂层合理注浆终压室内试验

在富水砂层注浆加固工程中,浆脉对砂层的挤密作用对加固后的工作面稳定性和稳定时长具有控制性作用,注浆终压是形成挤密作用的关键参数,合理的注浆终压能够使注浆效果达到最佳,同时减少注浆量和地表抬升变形。选取青岛地区含黏性土砂层作为典型地层,采用一维排水固结压缩模拟浆脉挤密砂层过程,设计了一套测定渗透系数和稳定时长的试验装置,研究了渗透系数和稳定时长随固结压力的变化规律;并基于普氏自然平衡拱理论,验证了不同固结压力条件下砂层的稳定性。研究结果表明：当固结压力超过800 kPa时,固结压力的增加对砂层渗透系数及稳定时长的影响变得不显著;对于青岛地区标准单洞地铁隧道断面,当固结压力超过700 kPa时,可保证被挤密砂层的抗剪强度满足开挖自稳要求,因此,综合确定800 kPa为青岛地区该类富水砂层的合理注浆终压。研究成果应用于青岛地铁13号线灵-黄区间暗挖隧道富水砂层加固治理工程中,验证了理论成果的正确性,对浅埋暗挖隧道富水砂层灾害控制理论研究和工程实践具有一定指导意义。     

高压富水隧洞硬岩地层径向注浆堵水施工技术及应用

引汉济渭工程岭南隧洞TBM施工穿越高压富水破碎带等不良地质段,施工过程中隧道断面高压突涌水严重。为解决高压富水破碎带的大量出水问题,本文提出"钻孔分流+表面嵌缝+浅层封堵+深层加固"的裂隙径向注浆堵水处理技术,配合新型注浆材料,实现了对高压富水裂隙出水的有效封堵。结合岭南隧洞工程隧道断面出水情况,给出裂缝宽度、注浆量、注浆压力等计算公式以及注浆过程控制标准。通过对工程现场8个出水段实施径向注浆堵水技术,洞内出水量由原来的46 000 m3/d降至7 800m3/d左右,实践证明该技术方法有效,可为同类高压富水破碎地层径向注浆提供参考。     

联络通道坍塌后地层加固方案探讨

广州地铁某盾构区间联络通道在开挖过程中发生塌方,为尽快把塌方后回填的松散地层及开挖轮廓线外一定范围内的地层进行加固止水,先后选择了地面深孔袖阀管注浆、地面三重管高压旋喷桩、洞内WSS工法注浆3种地层加固方案,并采取了左线盾构隧道两端封堵及向隧道内灌水的措施,最终使加固后的地层强度和渗透系数达到了设计要求,为联络通道开挖提供了条件。     

富水砂卵石地层盾构隧道长距离穿越机场飞行区技术研究

为确保国内首次在富水砂卵石地层长距离下穿机场飞行区，以及成都地区首次采用冻结法实施联络通道的隧道工程顺利实施，通过工程类比、专家论证、优化设计、数值计算与现场监测数据分析相结合等手段，提出长距离隧道整体工程筹划优化设计、盾构配置优化、克泥效工法、陆地声呐法空洞探测、联络通道预注浆与冻结法复合截水等一系列组合技术措施。实践结果表明： 1）采用盾构工法，优化线路平、纵断面设计，增设中间风井以大幅减少盾构单次掘进距离至1 km左右，并辅以严格的沉降控制组合措施等，可以成功解决富水砂卵石地层长距离下穿机场飞行区的重大技术难题； 2）本工程提出的先在洞内使用双液浆注浆预堵水，再采用冻结法加固的复合截水方案，在富水砂卵石地层可以达到良好的截水效果。     

富水砂卵石地层中超近距离盾构下穿既有运营隧道加固方案研究

以长沙地铁4号线溁湾镇站-湖南师大站区间在富水砂卵石地层中超近距离盾构下穿既有运营2号线区间为工程背景,采用Midas/GTS岩土有限元分析软件,对比分析了地层不加固、超前管棚加固、地表注浆加固、运营隧道内加内箍支撑及MJS工法加固等多种方案对既有运营隧道的影响。由于水文地质条件的复杂性、施工过程的不确定性、砂卵石层容易受到扰动、既有运营隧道对变形要求极高等特点,综合比选后采用盾构施工前MJS工法加固措施,确保盾构施工及运营线路安全。研究结果及现场施工表明,在富水砂卵石地层中超近距离盾构下穿既有运营隧道,采用MJS工法加固措施是极为必要且合理可行的。     

前进式水平注浆加固在天津软土中的应用

在天津软土富水地层中,盾构始发和接收加固是盾构施工的重大风险点,如何确保盾构始发和接收安全是盾构施工的关键,而做好盾构端头井加固是确保盾构始发、接收安全的关键。阐述在软土中施工盾构隧道采用水平注浆法加固盾构井的施工工艺。通过对天津海河共同沟盾构始发、接收加固的过程控制,加固效果抽芯取样试验,证明前进式水平注浆加固在天津软土地区能够使用。     

基于浆液扩散的软弱围岩隧道注浆加固效果研究

注浆加固措施作为提高软弱围岩力学性能、保障隧道施工安全的主要措施之一,其对围岩的加固机理以及加固效果是隧道工作者长期以来的研究热点。基于浆液扩散理论,利用多场耦合软件Comsol建立同时考虑隧道开挖和浆液扩散形态的开挖-注浆耦合分析模型,并对软件进行二次开发,实现注浆范围内土体力学参数的动态变化,通过研究隧道开挖过程中注浆浆液扩散时空变化规律,并在浆液真实扩散形态和隧道开挖耦合作用下围岩的塑性区、隧道衬砌的力学状态等方面研究软弱围岩隧道的注浆加固效果。研究结果表明:(1)围岩塑性区随注浆时间的增加大致可分为两个阶段,第一阶段塑性区发生空间转移,塑性区面积整体上有减小的趋势,第二阶段塑性区范围和面积基本稳定;(2)在注浆加固范围达到最大之前,增加注浆时间可减小衬砌结构受力,之后持续增加注浆时间对改善结构受力没有明显效果;(3)在注浆加固圈完全形成之后,继续增加注浆时间并不能明显改善围岩以及衬砌结构的受力状态,盲目增加注浆时间只会造成经济上的损失。     

高压富水岩溶隧道底鼓变形演化机制及防控对策研究

当隧道穿越高压富水岩溶地层时，易发生衬砌开裂、底鼓及渗水等灾害。为探索隧道底鼓变形演化机理，建立高压富水岩溶隧道底鼓变形控制体系，采用现场测试、室内实验、数值模拟相结合的方法，分析了贵州省德江隧道高压富水段底鼓病害成因及孕育过程。研究发现：围岩中大型隐伏溶腔通过地层中复杂的岩溶管道网络与上伏暗河水源连通，导致隧道结构承受高达2.1 MPa外水压力；隧底基岩在水岩作用下劣化严重，饱和状态下基岩抗压强度仅为27.7 MPa,且其强度随浸泡时长增加而显著降低。数值计算揭示了高水压力是诱发隧道底鼓破坏的主要因素；基岩软化对隧底变形存在一定影响，但与高水压叠加效应不明显。基于此，总结提出以“限排、泄压”为主，“主动加固”为辅的高压富水岩溶隧道底鼓防控基本思路，具体为“预留控制砼室+集水管引排+注浆加固基底围岩”的联合控制程序。实现深部溶腔岩溶水的可控排放，消解隧底水压力，辅以注浆重塑隧底基岩，从而改善隧道结构应力环境。长期监测结果表明：隧道衬砌背后水压力较处治前减少了97%,隧道结构稳固。研究结果可为类似岩溶隧道底鼓病害控制提供参考。