隧道工程富水?dāng)鄬悠扑閹ё{加固機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、我國是世界上隧道與地下工程建設(shè)規(guī)模、數(shù)量和難度最大的國家，隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重心逐步移向中西部山區(qū)和巖溶地區(qū)，隧道與地下工程建設(shè)面臨著“構(gòu)造復(fù)雜、地質(zhì)環(huán)境多變、災(zāi)害頻發(fā)”的嚴(yán)峻考驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，交通和水電等地下工程建設(shè)中近80％的重大安全事故由突水（突泥）災(zāi)害及處置不當(dāng)造成，導(dǎo)致重大人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失與工期延誤，甚至迫使隧道停建或改線。此外，突水（突泥）極易誘發(fā)水資源枯竭、地表塌陷等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅社會穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。隧道與地下工程

2、施工中遭遇的突水（突泥）災(zāi)害治理堪稱世界級工程難題。
　　富水?dāng)鄬悠扑閹凰荒嗍撬淼佬藿ㄟ^程中常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，注漿法為有效的治理方法。然而，由于地質(zhì)環(huán)境、不同類型漿液、被注介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)自身及其相互作用關(guān)系極為復(fù)雜，注漿治理理論遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于工程實(shí)踐，亟需深入研究。本文采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的綜合研究方法，研究了斷層破碎帶注漿加固機(jī)理，高承壓水環(huán)境下注漿加固巖體穩(wěn)定性與漸進(jìn)失穩(wěn)規(guī)律，以及斷層突水突泥災(zāi)害復(fù)

3、合控制注漿方法，取得一系列研究成果。
　　(1)通過調(diào)研大量斷層突水突泥案例，深入分析了導(dǎo)致斷層突水突泥的地質(zhì)因素和工程因素;以軟質(zhì)巖-硬質(zhì)巖交互地層區(qū)域發(fā)育的高傾角斷層帶為地質(zhì)背景，建立了超前注漿加固、臨災(zāi)應(yīng)急注漿加固及災(zāi)后搶險(xiǎn)注漿加固三種工程地質(zhì)模型。
　　(2)開展了注漿加固試驗(yàn)。斷層巖注漿加固體力學(xué)特征顯示，注漿壓力是加固體強(qiáng)度主控因素，針對斷層泥和斷層角礫兩類松散巖體，初始干密度和注漿材料分別為其次要控制因素。斷層

4、泥加固體破壞表現(xiàn)為顯著結(jié)構(gòu)效應(yīng)，而斷層角礫加固體破壞特征類似于巖塊。不同注漿材料對斷層巖力學(xué)性能改善具有差異性，水泥單漿液同時提高了加固體漿-巖界面c、ψ值，而速凝類水泥基注漿材料僅提高界面c值。微觀層面上，漿-巖界面是由膠結(jié)面、滲透過渡區(qū)及微劈裂過渡區(qū)組成的三維結(jié)構(gòu)體。
　　(3)揭示了斷層巖注漿加固機(jī)理。斷層泥注漿加固模式為劈裂-壓密型，注漿加固劃分為直接加固和間接加固兩部分。直接加固包括漿脈形成及其與圍巖摩擦、嵌鎖作用，改變

5、了巖體破壞方式，延緩破壞發(fā)生;漿脈對巖土體壓密加固稱為間接加固，間接加固增強(qiáng)了巖土體內(nèi)部結(jié)合力，改變了土體內(nèi)部應(yīng)力場和應(yīng)力傳播途徑，提高整體力學(xué)性能。斷層角礫注漿加固模式主要為滲透型，實(shí)質(zhì)是改變了巖體內(nèi)部的連接方式，即由水膠連接轉(zhuǎn)變?yōu)槟z結(jié)連接。
　　(4)深入研究斷層破碎帶優(yōu)勢通道系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了優(yōu)勢劈裂注漿現(xiàn)象?；诖私我黄桨遄{優(yōu)勢擴(kuò)散模型，構(gòu)建了考慮廣義賓漢體漿液粘度時變性的注漿擴(kuò)散控制方程;理論研究表明，注漿加固范圍主要由

6、注漿壓力p0，注漿速率q，漿液粘度μ三因素聯(lián)合控制。含優(yōu)勢通道的斷層破碎帶注漿加固作用機(jī)理包括薄弱帶劈裂（滲透、充填)、均質(zhì)巖體壓密、漿液-圍巖協(xié)調(diào)耦合及復(fù)合注漿等四個方面。
　　(5)研發(fā)注漿加固三維模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，該試驗(yàn)系統(tǒng)可模擬隧道穿越不良地質(zhì)體地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、演化及其注漿治理過程。注漿模擬試驗(yàn)中，模型巖體內(nèi)部物理場對注漿壓力響應(yīng)強(qiáng)烈，并表現(xiàn)出時空滯后特征，其中滲透壓力對注漿壓力敏感程度最高，響應(yīng)迅速。擾動破壞區(qū)注漿擴(kuò)散具有優(yōu)勢

7、路徑，控制了模型巖土體內(nèi)部物理場時空變化規(guī)律。與圍巖相比，破碎帶注漿加固巖體穩(wěn)定性差，巖體交界滑移部位存在注漿薄弱區(qū);h＜3h0時，注漿加固體內(nèi)部損傷緩慢積累，加固巖體處于基本穩(wěn)定狀態(tài);h＞3h0后，圍巖質(zhì)量急速劣化，迅速形成管道型突涌通道，造成整體失穩(wěn)。
　　(6)提出復(fù)合控制注漿設(shè)計(jì)方法，建立富水?dāng)鄬悠扑閹凰荒嗟刭|(zhì)災(zāi)害復(fù)合控制注漿治理關(guān)鍵技術(shù)體系，研究成果在永蓮隧道F2斷層地質(zhì)災(zāi)害注漿綜合治理工程中進(jìn)行應(yīng)用，取得了良好效果