注浆圈对高水位山岭隧道衬砌的结构影响分析

为了探究高水位山岭隧道建设中地下水渗流对隧道衬砌的结构影响,运用有限元计算软件MIDAS GTS NX对某隧道工程进行建模计算,分析了不同注浆圈厚度(0m,3m,6m,9m)和注浆圈渗透系数(2.5×10-8 m/s,2.5×10-7 m/s,2.5×10-6 m/s,2.5×10-5 m/s)对衬砌结构竖向位移、大主应力和隧道涌水量的影响规律.结果 表明:注浆圈厚度的增加,可以减小衬砌结构的大主应力、竖向位移和隧道涌水量,不过减小幅度在厚度大于3m之后有明显的降低;随着注浆圈渗透系数的降低,衬砌结构的竖向位移和隧道涌水量都呈现出先急后缓的减小趋势,衬砌结构的大主应力与注浆圈渗透系数大致呈正相关关系.     

岩溶富水区深埋水沟排水隧道注浆圈参数研究

为合理确定深埋水沟排水方式下隧道注浆圈特征参数,以某岩溶富水区隧道工程为依托,采用FLAC3D软件建立流固耦合计算模型,针对其注浆圈参数进行合理探讨,研究注浆圈厚度、注浆圈渗透性对隧道涌水量、衬砌水压力、结构安全性的影响规律。研究结果表明： 增加注浆圈厚度或降低注浆圈渗透性可降低衬砌水压、控制涌水量、保障结构安全,但并不代表实际工程中注浆参数需要追求最值,而应兼顾安全性和经济性,选取相对合理的注浆参数;结合模拟计算结果与同类工程案例,建议依托工程注浆圈厚度以5～6 m、渗透性比值以注浆前的1/50（渗透系数为2×10-6 cm/s）为宜,并应结合实际进行技术经济对比,合理确定现场注浆参数。     

春天门隧道地下水保护设计研究

针对复杂水文地质条件下隧道开挖可能加剧地下水疏干,引发居民生产生活地表用水困难的问题,系统地总结了隧道地下水保护设计经验和存在的不足,改变传统山岭公路隧道"以排为主"的设计理念,在春天门隧道设计中首次完全按"以堵为主"的有压隧道进行设计,通过多形式注浆堵水、根据水压分类设置抗水压衬砌、地表水体防渗和引水回灌等综合措施,地下水保护取得了较好的成效,为山岭公路隧道地下水保护设计提供了示范。     

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。     

涌水隧道高聚物帷幕注浆技术研究

为解决隧道涌水病害，通过高聚物注浆材料的研发、高聚物注浆材料性能的评价、公路隧道帷幕注浆方案的设计、高聚物帷幕注浆的施工及高聚物帷幕注浆的作用机理研究，提出了涌水公路隧道病害的处治方法及高聚物帷幕注浆质量检测与评价方法。结果表明：涌水公路隧道要求高聚物注浆材料密度为0.25～0.43 g/cm³,抗压强度至少为5.89～7.68 MPa,渗透系数少于2×10^-7 m/s;高聚物帷幕注浆可以有效封堵隧道涌水，及时解决隧道涌水病害。     

隧道工程富水破碎带注浆加固效果综合评定技术

注浆技术已成为地下工程中重要的辅助工法,它对于破碎带加固、断层注浆堵水、沉降控制等工程有着极好效果,而注浆效果检验评定技术对于注浆效果质量的优劣具有重要意义。以山西某隧道为试验隧道,采用物探法、开挖取样法、渗透系数测试法、数字钻孔电视法对隧道工程注浆效果进行评定。研究结果表明:注浆后黑色条纹已经变淡或者消失,注浆材料已充填破碎围岩,注浆后隧道岩层整体性得到提高;注浆后地层的渗透系数为1.57×10-5~1.64×10-5cm/s之间;注浆后裂隙数量减少20条且裂隙宽度明显降低;隧道开挖过程中围岩稳定且无漏水现象,实现了安全开挖。     

中天山隧道超高水压富水破碎带施工方法研究

为解决南疆吐库二线中天山隧道出口钻爆法反坡施工中突遇的超高压涌水施工难题,采取超前地质预报和隧道涌水量、水压及连通性测试,预测前方地质情况以及涌水变化规律。针对掌子面前方超高水压富水破碎围岩,结合现场施工情况,对超前注浆堵水、涌水掌子面直接排水、隧道进口施工降压泄水洞等方案进行比选,最终确定了超前注浆堵水施工方案,成功突破了中天山隧道6.3 MPa超高压富水破碎段施工,确保了隧道的施工安全。     

漫谈矿山法隧道技术第十四讲——隧道涌水及其控制方法

分析制定隧道控制地下水对策的基本观点:既要考虑隧道施工对地下水的影响,也要考虑地下水对隧道施工的影响。指出控制地下水的对策必须符合3个条件:1)确保施工作业安全、顺利地开展;2)不对周边环境产生有害的影响;3)以合理的工费和工期来实现。隧道涌水视其发生位置、涌水量、发生时期、涌水量的历时变化等是各种各样的,应对隧道涌水进行合理分类,以便有的放矢地采取相应的对策。介绍了日本统计的地质构造和涌水现象的分类。涌水处理应达到3个基本目标:1)确保隧道施工在无水的条件下进行,或者是在可以接受的渗漏水条件下进行,或者是在对周边环境"可接受干扰"的条件下进行;2)二次衬砌原则上不承受水压作用,不得已时把水压控制在二次衬砌容许的范围内;3)运营中的隧道洞内不能成为地下水流经的通道,隧道衬砌背后必须形成一个纵横交错的、不易堵塞的、通畅的排水系统。达到上述目标的基本方法是:充分利用和提高围岩的隔水性能,合理地处理好"排"与"堵"的关系。针对涌水处理的3个基本目标,分别介绍了国内外相应的经验和措施。1)一些国家的指南、标准对隧道的涌水量进行了分级,认为涌水量≤2.5 L/(min·m)时基本上可以认为是在无水条件下施工;一般的线状流水、经常涌水可以用自然排水法排水;而针对突发大量涌水,则需要采取特殊的地下水对策予以解决。2)按照二次衬砌是否承受水压,隧道可分为3种情况:1衬砌不承受水压,即所谓的完全排水型隧道;2衬砌承受全部水压,即所谓的非排水型(防水型)隧道;3衬砌背后设置注浆域,分担衬砌承受的水压,衬砌只承受部分容许的水压。从目前的隧道设计实际来看,在山岭隧道中多数采用方案1,在城市隧道中多数采用方案2,在高水压和突发大量涌水的极端情况下采用方案3。介绍了日本、美国的设计经验。3)我国铁路隧道采用把地下水引入隧道,再从洞内两侧边墙附近设置的排水沟排出地下水的做法是值得商榷的;特别是在可能发生冻害的地区,更不可取。在国外,日本、德国、法国等国家的铁路、公路隧道基本上是把中央排水管设置在仰拱内或仰拱下方,而在隧道两侧只留有用于排出流入隧道内的雨水或隧道清洗水的排水沟;因此,建议立项研究取消洞内排水沟,设置中央或两侧脚部排水管的问题。最后指出,实现涌水处理的3个基本目标我们尚需努力,特别是"目标"的定位问题,尚需进行基础性的研究才能解决。在隧道施工中,涌水是不可避免的、客观存在的现象,我们积累的经验非常丰富,但缺乏系统的、认真的总结和归纳。     

富水黄土隧道地下水处治技术研究

为解决富水黄土隧道在施工过程中出现的各种病害,基于穿越富水黄土地层的乔原隧道工程,通过理论计算和分析,得出了衬砌水压力与围岩渗透系数之间的关系,在此基础上提出了利用二重管无收缩双液注浆法和防股流涌水型防排水结构形式结合的处治方法,在现场得以应用并取得了良好的效果。研究结果表明,利用"荷载-结构物模型"把渗透力的作用问题等效为孔隙水压力表面力的作用问题,从而可通过建立关于水压力的等式,得出水压力的折减系数;通过控制注浆圈渗透系数,可将衬砌水压力控制在合理的范围内;采用二重管无收缩双液注浆法和防股流涌水型防排水结构形式,既可减小地下水排泄量、保护地下水环境,又避免了过大水压力对隧道衬砌结构的危害。     

基于流固耦合的高水压隧道支护结构研究

高水压是山岭隧道建设的重要难题之一,抗水压衬砌是隧道穿越这些区段的常用措施,其衬砌结构断面厚度远大于标准断面。衬砌厚度过大施工相对不便,施工质量不能保证,且不能及时分担水压。针对广西某隧道高水压段,采用双层初期支护和二次衬砌组成的支护结构承受高水压,减小二次衬砌厚度。为了分析双层初期支护的效果与获得基于双层初期支护的支护结构参数,利用有限差分法研究了不同防渗等级的单层与双层初期支护、不同注浆范围及不同二次衬砌厚度对围岩的变形影响和对支护结构的力学状态影响。结果表明:在相同支护体系中,喷射混凝土的不同防渗等级对围岩变形、支护应力影响不大;初期支护的防渗等级相同时,相比于单层初期支护,双层初期支护体系使围岩变形、喷射混凝土应力、二次衬砌的轴力与弯矩均减小40%以上;当拱顶以上水头为90 m且采用防渗等级为P8的双层初期支护时,径向注浆能够有效减小支护应力。当径向注浆范围超过4 m后,注浆对减小支护结构受力的效果不明显;采用双层初期支护体系,注浆范围为4 m时,二次衬砌的厚度设计为40 cm就能保障支护结构处于安全状态;径向注浆条件下,采用双层初期支护+二次衬砌的支护体系能够有效保障隧道高水压段的安全。     

中梁山隧道涌水综合治理技术

针对中梁山隧道K27+227~+248区段侧壁围岩破碎出现较大涌水问题,通过水文地质分析,采用瞬变电磁和探地雷达相结合的物探方法,深入分析涌水区段的涌水水源及补给通道,提出深部引流、浅层加固和深部帷幕封堵的综合治理方法。针对不同治理阶段特点,选定合适的注浆材料,取得了较好的治理效果。通过围岩变形实时监测及数值模拟分析,确定了注浆工程中围岩变形规律及其主控因素,避免了水压升高和注浆压力对围岩造成破坏,保证了注浆过程中围岩具有良好的稳定性,并成功封堵了隧道涌水。     

某隧道底板大规模突水原因分析与处治技术

某隧道在穿越破碎盐溶角砾岩与完整石膏夹层接触带时,由于充足的地表水源和良好的补给通道,引发隧道底部3 800 m3/h的大规模突水,给周边环境和施工安全造成严重破坏和威胁。如何有效的处治隧道底部如此大的突水,控制施工风险和保证隧道结构稳定成为最关键的技术问题。经过多种方案对比研究,通过“先引后堵、先径向加固再底板封堵、先易后难局部集中处理”的总体步骤,实现了隧道底部突水由快速流动状态到相对静止状态的转变,为隧道底部注浆堵水提供施作条件,再通过径向注浆和深孔底板注浆降低围岩的渗透系数和提高隧道结构稳定性,控制地下水流失,不给通车运营留下质量和安全隐患。     

晴隆隧道涌水治理方法

分析了镇胜高速公路晴隆隧道左线出口施工发生涌水的原因，通过加强初期支护与二次衬砌的防排水措施，并采用双液浆注浆堵水工艺快速堵水，避免破坏地下水正常循环，确保了隧道围岩的稳定。     

注浆加固对深埋富水围岩隧道开挖变形影响研究分析

注浆加固作为一种提高围岩力学性质的手段,具有堵水防渗和加固的作用,主要用在IV~V级围岩地段。文中分析了注浆对于围岩参数的影响和注浆加固后隧道孔隙水压力分布情况。依托某隧道工程,采用数值模拟的方法,从注浆圈厚度和渗透系数2个方面探讨注浆加固对围岩开挖变形的影响。结果表明:注浆加固会减小渗流影响下围岩开挖变形速度及变形量,在开挖边界一定范围内注浆加固效果比较明显,注浆圈渗透系数的大小主要影响隧道整体的固结沉降。     

山岭隧道"控制排水"原则下的围岩注浆

通过对山岭隧道新的排水原则的理解,指出了要在隧道开挖前进行预注浆堵水,从而达到“控制排水”原则的目的;提出了在围岩注浆情况下隧道的两种外水荷载的概念;并分别对加固圈和衬砌结构的外水荷载进行了受力分析,分析结果表明,在现有的技术条件下,单纯的围岩注浆,虽然可以达到堵水的目的,但并不能保证衬砌结构的安全,还必须采取“小排”的方式,排除衬砌背后多余的水,以消除衬砌背后的外水压力。     

金门隧道岩溶涌水处治技术

金门隧道是G78汕昆高速公路龙怀段的控制性工程之一,是广东省目前最长的高速公路隧道,下穿滑水山自然保护区。该隧址区水文地质复杂、富水、岩溶发育。在施工过程中,揭露多处溶洞、数次遭遇岩溶大量涌水,严重影响施工安全及周边环境。在涌水处治过程中,探查涌水源及涌水特性,采取"超前帷幕注浆""径向后注浆""抗水压衬砌"等多种处治措施。工程实践表明,项目所采用的岩溶涌水处治技术切实有效,对粤北山区富水岩溶涌水条件下的隧道建设具有一定的借鉴意义。     

隧道高压涌水超前帷幕注浆施工技术及应用

某隧道穿越F4-5、F2-6宽张断层破碎带,右洞长6350 m,左洞长6336 m,超前探孔最大涌水量为1650 m^3/h,静水压力右洞为4.3 MPa,左洞为4.8 MPa,围岩为Ⅲ级安山玢岩。为解决隧道施工中遇到的高压涌水问题,施工采用全断面超前帷幕预注浆技术,纵向加固范围为41 m,径向加固范围为轮廓线以外8 m,注浆终压为水压的2~3倍,浆液扩散半径为2 m。通过对注浆材料的灵活运用、注浆顺序的优化等措施,总结并提高了目前帷幕注浆施工工艺和技术,加快了扫孔、注浆的效率,加快了施工进度,达到了最佳的注浆效果和工效,确保了该隧道顺利通过高压富水宽张破碎带,供类似全断面超前帷幕注浆参考。     

局部破碎带下海底岩体隧道稳定性分析

以局部破碎带的某海底岩体隧道为例,采用有限元极限分析法分析了海底隧道岩体注浆加固前后的稳定性.计算表明,对于整体较为安全的隧道,当存在局部破碎带时,安全度降低,破碎带越宽,注浆堵水圈厚度越小,安全系数越小.与完整围岩破裂面位于两侧相比,含倾角45°破碎带围岩的堵水部分最先失稳.因此,必须做好破碎带的超前注浆堵水,以减少其渗水量,并对破碎带进行局部加固,此种情况下,隧道衬砌原则上可按无水压设计,衬砌厚度与采用全水头设计相比可以大大降低.     

安平隧道衬砌水压力分析

湖南龙琅(涟源市龙塘镇—新化县琅塘镇)高速公路安平隧道地质构造复杂,施工中屡次出现岩溶突水。为保障隧道的安全,文中对该隧道衬砌水压力分布进行分析。结果表明,隧道衬砌结构承受的水荷载和静水压力荷载的作用机制不同;隧道渗流场与围岩和衬砌材料的渗透系数相关,同时受围岩加固圈及加固体渗透系数的影响;荷载大小因渗透系数的改变而改变,渗流场的分布与水压头有关。     

大断面软弱围岩隧道突泥涌水风险评估及控制措施

为评估大断面软弱围岩隧道突泥涌水风险,结合广东省江门至罗定高速公路王北凹隧道实例,建立了基于可拓法的隧道突泥涌水风险评估模型。通过计算分析表明,隧道左、右线LK100+354~LK99+988.5与RK100+385~RK99+978段突泥涌水风险等级极高,同时隧道开挖结果也进一步验证了风险评估结果。经研究分析,采取了"引、堵、排"结合的隧道突泥涌水控制原则,加强隧道超前地质预报,初期支护采用V级围岩的支护参数(I20b工字钢纵向间距75 cm;φ8@20 cm×20 cm双层钢筋网;26 cm厚C20喷射混凝土)。此外,超前支护采用双层注浆小导管,并采取帷幕注浆对掌子面进行封闭加固。实践表明,采取的风险控制措施合理可靠,能有效地控制隧道突泥涌水灾害。