富水断层隧道突水突泥注浆治理关键技术研究

突水突泥是隧道富水断层地段施工常发生的地质灾害,注浆是灾害治理的重要技术方法。注浆工程隐蔽性强,控制浆液在加固区范围内有效扩散是灾害治理的关键。依托永莲隧道断层突水突泥治理实例,提出了注浆治理关键技术体系,包含整体、细部结合,精细化探测地质信息;采用引排泄压、注浆材料复合使用、注浆压力梯度控制和隐伏高压泥水腔体定域注浆等进行控制性注浆;综合应用注浆参数分析、检查孔分析、钻孔雷达探测技术和数值计算,全面地检查评估注浆效果。开挖和监测结果表明,注浆治理关键技术体系实现了隧道断层突水突泥的有效治理,有一定的工程参考借鉴意义。     

富水风化花岗岩隧道帷幕注浆技术研究

富水风化花岗岩具有强度低、水稳性差,隧道在此类地层施工经常面临突水突泥灾害风险,迫切需提出有效的防治技术。以广西均昌隧道为工程案例,在详细调查隧道地质条件基础上,分析历次隧道突水突泥发生过程,在认清强风化花岗岩突水突泥致灾机理的基础上,提出采用全断面帷幕注浆技术方案对富水风化花岗岩进行治理,并结合数值计算确定帷幕注浆厚度及注浆方案,提出了帷幕厚度取5m是较为可行的方案。施工期采用瞬变电磁法、检查孔法、P-Q-t曲线法等对注浆效果进行检查,确保了工程安全顺利贯通。     

岩溶隧道灾害案例统计分析研究

针对岩溶隧道施工过程中存在各种地质灾害,通过收集160个岩溶隧道的工程地质条件、灾害类型、灾害后果与灾害发生原因等内容,建立了岩溶隧道灾害案例数据库。根据案例数据的统计分析获得了岩溶隧道发生突水突泥、塌方、大变形等灾害的频次统计结果,并对发生原因进行了总结分析。分析了突水突泥灾害发生频次与地层岩性、地形地貌、岩层产状等工程地质因素以及自然环境因素与人为诱发因素与突水突泥灾害发生的统计关系,探讨了各因素的影响规律;进而建立处岩溶隧道突水突泥致灾因素的层次关系,其可为岩溶隧道施工前风险评估与施工过程中的风险管理提供指导。     

隧道突水突泥致灾构造及其多尺度精细观测技术

隧道突水突泥致灾构造作为灾害发生的控制因素,具有复杂的多尺度特性,而深长隧道山高洞长、传统野外地质踏勘面临艰难险阻且不能满足精度要求。通过百余例隧道突水突泥案例的统计分析与现场调研,识别概化了2类5种隧道突水突泥致灾构造,即富水夹泥断裂带（富水断裂破碎带及夹泥断裂带）与充水充泥岩溶体（深部充水岩溶、表层裂隙岩溶带及充填岩溶洞穴）,总结分析了不同突水突泥致灾构造的典型地质特征,提出了不同突水突泥致灾构造的判别理论方法。其中,气候湿热的碳酸盐岩地区表层裂隙岩溶带也可能诱发隧道突水突泥灾害。针对突水突泥致灾构造的复杂和多尺度特性,从大尺度到小尺度整体剖分地质结构,结合无人机高空航测、数字摄影测量、钻孔电视等先进技术手段,探索了隧道突水突泥致灾构造的多尺度精细观测技术,提出了一套空中（Air）-地表（Outcrop）-孔中（Borehole）-隧道（Tunnel）的地质行迹与致灾构造观测方法（AOBT）,并在多个隧道工程中进行应用。结果表明：空-地-孔-隧（AOBT）地质行迹与致灾构造观测技术可实现不同尺度结构面的高精度、快速测取,改进了传统地质调查方式。研究成果可为隧道突水突泥灾害防控提供参考。     

高陡倾岩溶裂隙构造中隧道突水突泥机理及防控方法研究

依托重庆石柱至黔江高速公路七曜山隧道工程,结合施工过程中的突水突泥灾害统计,阐述高陡倾岩溶裂隙构造中隧道突水突泥的发生机理及有效防控措施,对其致灾构造形态、突泥物源、灾变机制、防控措施等内容进行研究.研究结果表明:高陡倾充填型岩溶裂隙是一种致灾性极强的突水突泥致灾构造;七曜山隧道突水突泥的主因是动态河水流入落水洞,通过...     

考虑质量迁移的全风化花岗岩隧道突水突泥试验

为研究全风化花岗岩隧道突水突泥变质量渗流特征及灾害演化机理,自行设计了一套可考虑质量迁移及三向应力状态的大型室内突水突泥试验系统。该试验系统主要由加载系统、渗流系统、泥水回收系统组成,具备模拟地层三向应力状态的特点,且设计的渗流系统能较好地模拟颗粒迁移特性。利用该装置系统开展不同水压力及围压下的突水突泥演化试验。结果表明：①全风化花岗岩隧道突水突泥灾害演化是渗流-侵蚀强耦合过程,岩体颗粒在水力作用下发生侵蚀流失,致使岩体孔隙、渗透率增长,进而再次加快颗粒迁移,促使涌水量不断增长;同时,随颗粒物不断迁移,水流流态可能由线性流向非线性流发生突变,最终诱发突水突泥灾害。即,颗粒迁移是突水突泥演化的内因,水流流态的转换是灾变的关键;②突水突泥灾变风险随水压力增加而增加,特别是当水压力达到0.6 MPa时,颗粒流失量达到总质量的11%,涌水量更达到395.84 mL·min^-1,是低压力（0.4 MPa）条件下的4.3倍,且水流流态也由线性流向非线性流转变,表明存在临界水压力促使灾害发生;③突水突泥灾害演化随围压加大而逐步加快,尤其是对灾害演化的初始阶段,表征围压的增长显著加快灾害的初始演化速率并缩减灾害预防时间,因此在高围压环境下须重点监测初期的渗流侵蚀特性。     

白云隧道突水、突泥段施工技术

白云隧道地质情况极为复杂,同时穿越F1,F2及F3 3个断层。在开挖至D3K334+733时发生了突水、突泥,为了消除其给施工安全和施工进度带来的极大影响,通过迂回导坑对隧道突水、突泥地段进行横向注浆及设置横向管棚,并结合正洞内全断面帷幕预注浆和大管棚,对该段进行了注浆堵水和加固处理。实践证明,所采用方法合理有效,拱顶沉降控制在合理范围,最终安全地通过了隧道突水、突泥段。     

充填型岩溶突水突泥灾害源的核磁共振表征与泥水识别方法

隧道穿越富水岩溶地层时,为预报可能遭遇的突水突泥灾害类型、水量以及突出物信息,需提前探明掌子面前方地层含水量、渗透系数、导水系数等水文地质参数,从而对灾害源进行泥水识别。核磁共振探测（Magnetic Resonance Sounding,MRS）是一种能够直接探明地层水文地质特征的物探方法,基于MRS方法的这一优势,提出一种针对充填型岩溶突水突泥灾害源的核磁共振表征与泥水识别的方法,以期对突水突泥灾害进行预报并加以区分。通过引入Log-Gauss分布函数构建MRS弛豫时间的时空分布函数,用以表征不同灾害所对应的充填物特征;并对掌子面前方电阻率、含水量以及MRS弛豫时间分布进行三维离散,实现了对充填型岩溶突水突泥灾害源的核磁共振表征与建模。在此基础上,正演模拟了不同类型突水突泥灾害源的MRS响应信号,并分析了其响应特征与影响因素。基于灾害源的MRS响应信号特征,利用充填物含水量和MRS弛豫时间的时空分布函数建立了以充填型岩溶突水突泥灾害源的泥水识别因子作为对灾害源进行泥水识别的判据。     

深孔和大管棚注浆在隧道突泥突水治理中的应用

在各类工程中注浆技术的应用十分广泛，其技术本身也日臻完善，本文以广东乳源京珠高速公路洋碰隧道道右线出口突泥突水段治理为工程实例，重点针对深孔和大管棚注浆在隧道突泥突水段治理中的应用及其有关机械、材料，注浆工艺等综合配套技术进行探讨。     

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。     

单护盾TBM在突泥涌砂地质段施工探讨

以甘肃省引洮供水一期工程7#隧洞为例,针对国内首台单护盾TBM在通过含水疏松砂岩地质地段发生突泥涌水、突泥涌砂等施工问题进行研究。通过在突泥涌砂地质段采用超前地质预报,管片背部注浆作业,超前固结灌浆,稀释后排水、排砂等处理措施,成功治理了突泥涌砂现象,为确保TBM正常施工创造了条件。     

长大隧道施工过程中突水突泥灾害预测预报技术研究

在岩溶地区深埋长大隧道的施工过程中,由于深层岩溶发育的复杂性,造成施工过程中突水突泥灾害频繁发生,对工程造成很大影响,所以进行施工地质预测预报是必要的,这项工作主要包括预测和预报两个阶段。预测主要是根据岩溶水文地质与工程地质的基础理论,对岩溶洞穴管道集中发育地段进行判定,确定突水突泥灾害的危险地段,预报工作是在危险地段应用地质探测方法对施工掌子面前方的岩溶洞穴管道分布状况进行探测,在这方面主要方法有水平钻探和物探手段,探地雷达作为近年来发展起来的一种物探方法,由于其探测过程的连续性和定向性,在中短距离的探测预报中具有突出的优势。文章探讨了岩溶形成条件综合判识、水平钻探与探地雷达相结合进行岩溶隧道突水突泥灾害超前预测预报的方法。     

隧道断层突水突泥前兆信息演化规律数值模拟研究

为研究隧道穿越断层突水突泥灾害发生机制，在分析渗流诱发断层突水突泥机制的基础上，依托江西永莲隧道断层破碎带突水突泥灾害工程实例，采用数值模拟方法，建立可模拟隧道动态开挖穿越断层带过程的有限元计算模型，分析隧道开挖过程中渗流场、应力场、隧道涌水量、塑性区分布等灾害前兆信息的演化规律。研究结果表明，当掌子面接近断层时，应力场、位移场、渗流场、塑性区分布等前兆信息均发生了突变。主要表现在： 1）应力集中现象达到最大，增幅接近1倍，高应力集中极易导致隧道施工至断层附近区域围岩失稳； 2）隧道围岩位移包括拱顶沉降与拱底隆起急剧性、突变性增大； 3）渗流速度急剧增大，地下水更容易向洞内渗透，地下水对围岩的蚀溃破坏作用加大； 4）围岩塑性区范围覆盖了整个洞周范围并且屈服深度有所增加； 5）隧道开挖接近断层时极易造成突水突泥灾害，施工中应积极采取有效的防控措施。     

奉恩公路(S201)石乳关隧道突泥涌水处治设计

本文分析了奉恩公路(S201)石乳关隧道突水突泥原因,介绍了注浆堵水、泄水洞排水的堵、排相结合的综合处治措施,供类似工程问题提供借鉴。     

超前水平钻探在岩溶隧道地质预报中的应用研究

如何精准确定岩溶区隧道施工掌子面前方是否存在岩溶破碎带、溶腔、赋存水状态,并据此判断是否可能造成瞬间突水、涌泥及冒顶塌方的灾害,成为岩溶地区山岭隧道施工中亟待解决的关键问题。传统地质预报方法因预报距离短、受主观影响大使得预报准确率偏低。该文以在建岩溶区某隧道突泥涌泥事故为工程依托,采用超前水平钻探技术对里程桩号ZK451+810～ZK873段范围内的围岩地质情况进行预报,详细阐述超前水平钻探地质预报的实施流程,并根据预报结果提出相应的处治措施,保障处治施工时的安全,同时避免了更大规模的突水突泥事故。     

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。     

高速公路隧道涌水突泥灾变处治

结合岑溪至水汶高速公路均昌隧道涌水突泥的情况,对灾害成因、施工技术难点进行分析,应用新型可控速凝注浆材料对突涌水进行封堵,并对注浆效果进行检验。结果表明:帷幕注浆后隧道涌水得到良好的控制,加固后的围岩自稳性显著提高且浆脉清晰,土层密实,含水量少,初期支护施作完毕后围岩渗水较少;该方案处治特大型涌水突泥灾变效果良好,可为今后类似工程提供借鉴。     

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。     

平阳隧道突泥涌水灾害处治设计与施工

结合平阳隧道施工过程中出现的突泥涌水灾害特征,在补充地质勘查、物探勘测、水文观察的基础上,按照“以堵为主,控制排放”的原则,综合溶洞裂隙回填、注浆堵水、控制排放、加强支护、水压结构监测多种措施,对突泥涌水段进行灾害处治,为后继富水承压隧道设计施工提供借鉴.     

帷幕注浆在齐岳山隧道的设计与应用

为安全通过齐岳山隧道DK366＋295-DK365＋775段碎屑岩高压裂隙涌水地段,克服潜在发生突水、突泥的风险,设计中采用了帷幕注浆技术。对帷幕注浆设计中段落范围、止浆墙计算、注浆孔布置及注浆方式、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进行探讨与实例介绍。该工程段顺利通过积累的设计经验,可供类似地质条件工程参考。