宜万铁路别岩槽隧道岩溶及岩溶水治理技术

别岩槽隧道全长3721m,隧道岩溶及岩溶水极其发育,因而,该隧道被列为宜万线8座一级风险隧道之一。在隧道施工过程中,先后遭遇F3断层突发性涌水、富水暗河岩溶大厅、充填黏土性溶洞、F1高压富水断层,以及背斜核部及两翼的岩溶渗流水等不良地质。针对这些不良地质,施工中采取径向注浆、超前帷幕注浆、大管棚超前预支护、迂回导坑、泄水支洞和泄水洞等一系列技术措施,取得较好的治理效果。     

隧道初期支护大变形处理技术

随着科技进步,长大隧道越来越多,而长大隧道不良地质灾害多,造成喷射混凝土开裂、掉块、脱落,钢架扭曲、弯折、下沉等初期支护变形,导致二次衬砌厚度不够或直接侵入隧道净空,须对初期支护变形进行处理。某隧道最大变形668 mm,通过横向钢支撑、径向注浆加固、刻槽拆换变形支护等措施,成功完成隧道初期支护大变形处理。     

宜万铁路隧道变形侵限原因分析与治理

研究目的:宜万铁路全线共有隧道159座,据统计,施工中有14座隧道21次发生了变形侵限,占隧道总数量的8.8%.分析变形侵限原因,提出治理方案. 研究结论:变形侵限与隧道断面和埋深关系不大,不良地质、开挖方法、辅助工法、初期支护及时性和监控量测信息反馈是引起变形侵限的主要原因.研究表明:(1)单线软岩隧道宜采用短台阶法施工,台阶长度控制在10～15 m.双线软岩隧道宜采用CRD法、CD法施工,或采取超前注浆及大管棚支护措施下短台阶法施工;(2)预留变形量适当放当,Ⅳ级围岩单线5～10 cm、双线10～15 cm;Ⅴ级围岩单线10～15 cm、双线15～20 cm;高地应力段30～40 cm;(3)隧道日变形速率v≥5 mm/d,累计变形量U≥13U0时,应对初期支护补强;v≥10 mm/d 、U≥23U0时,应封闭、支撑、径向注浆加固;(4) 软岩高地应力隧道应采取"初支-释放-强化-衬砌"综合技术;(5) 对侵限地段可采取径向注浆加固后逐榀拆换.     

别岩槽隧道注浆加固圈及二次衬砌厚度的确定

文章通过理论分析和数值计算,对隧道注浆加固圈和二次衬砌厚度与作用在隧道衬砌上的水压力的关系进行了分析,并根据数值计算结果和工程实际确定出穿越F1断层处别岩槽隧道的注浆加固圈和二次衬砌的合理厚度.     

暗挖隧道超前导管注浆对地层位移影响规律的研究

以深圳地铁施工资料为基础，利用三维模拟程序对暗挖隧道施工过程及支护结构进行了模拟分析。对于喷射混凝土和格栅钢架组成的隧道初支系统，考虑了喷射混凝土的时间效应及格栅钢架与喷射混凝土的不同刚度。在模拟过程中，研究了不同超前导管注浆范围对围岩变形的影响规律。从分析结果得出，尽管超前小导管对控制隧道围岩的变形有一定的效果，但注浆对地层的加固效果更加明显。     

某隧道断层区段流固耦合分析及涌水处治措施研究

针对泽雅隧道穿越F10断层破碎带区围岩破碎、涌水量大等问题,为保证隧道的正常施工,确保后期运营安全,采用ABAQUS数值分析软件建立是否考虑流固耦合的模型,分析不同工况下衬砌的力学特性,计算显示渗流的存在导致隧道衬砌最大总应力增加52.15%,衬砌最大弯矩增加75.4%。鉴于涌水对隧道力学特性影响较大,进而结合隧道实际情况进行涌水处治措施比选,选取泄水孔结合径向注浆的处治措施,并运用数值分析手段对注浆圈厚度和注浆材料渗透系数进行优化,计算结果显示注浆层厚度为5~7 m时,注浆材料渗透系数为围岩的30~50倍时施工效果较好。该分析结果有效指导了施工,可为类似工程提供参考。     

宜万铁路堡镇隧道高地应力软岩大变形段施工技术

宜万铁路堡镇隧道穿越地层大部分为砂质页岩和粉砂质页岩,局部为炭质页岩,岩层软弱、节理较发育;隧道埋深大,地应力高,围岩强度低,高地应力软岩大变形区段长,施工过程中发生了严重的大变形。主要介绍高地应力软岩大变形段的施工措施,即:采用小导管注浆超前支护、采用短台阶和双侧壁相结合的开挖方法,初期支护采用喷混凝土+型钢钢架+锚杆+钢筋网的支护措施,控制每环仰拱开挖长度不超过4 m,及时封闭成环,及时施做二次衬砌,对隧道高地应力软岩段的预留变形量为15～30 cm,确保了隧道顺利通过软岩大变形区段。     

宜万铁路别岩槽隧道F1高压富水断层施工技术

研究目的：别岩槽隧道为宜万铁路8座Ⅰ级风险之一，隧道DK404＋101～＋550段发育F1断层，断层位于可溶岩与非可溶岩接触带，断裂带由可溶的灰岩、白云质灰岩钙质胶结而成，现场实测断层带水压力为0．6～1．8MPa,超前探孔单孔涌水量为10～160m^3／h。针对F1高压富水断层，论述采取超前钻探，根据探孔水压力和单孔涌水量如何确定注浆参数和超前支护方案，解决F1断层的施工难题。研究结论：针对F1高压富水断层，采取“超前预报、帷幕注浆、管棚支护、结构加强”的施工方案是可行的。对于主断层，注浆帷幕厚度应为隧道开挖轮廓线外8m，对于断层影响带，当水压力大于1．5MPa、单孔涌水量大于40m^3／h时，帷幕厚度应加强到隧道开挖轮廓线外8m，反之，可优化帷幕厚度。通过优化方案、合理配置机械设备、加强组织管理，实现了F1断层帷幕注浆平均生产能力为1个循环／32d，完成“钻探-注浆-开挖”进度指标为22m/月，可为类似工程的施工提供借鉴作用。     

某隧道DK87＋443处塌方原因分析及治理

某隧道DK87＋443处塌方,主要是由围岩自身承载能力很弱,开挖后没有受到足够支护抗力导致。治理过程中,首先将围岩级别根据实际情况调整为V级,并在治理措施中采用预留核心土法施工工艺,拱部采用双层超前注浆小导管加固围岩,初期支护及二次衬砌均适当加强等措施,有效保证了塌方段围岩的稳定性。     

裂隙岩体注浆技术在长春地铁中的应用

地铁隧道建设中地下岩体裂隙形成的涌水通道致使地下水渗入隧道洞室,危害地铁运营安全。结合长春地铁2号线解放大路站—平阳街站区间隧道渗水情况,采用先深后浅,最后重点部位强化注浆方式综合治理围岩裂隙涌水获得了良好的治理效果,有效地根治了地铁隧道初期支护背后围岩裂隙涌水的问题,以期该技术为地铁隧道初支背后注浆提供借鉴。     

遂渝铁路荆竹岭隧道复杂地质段设计

研究目的：消除荆竹岭隧道发生岩溶突水引起施工灾害事故发生可能,避免过可溶岩段地下水大量漏失破坏水环境引起地表塌陷,解决隧道过巨大溶洞群、地下暗河、岩溶突泥段及石膏层膨胀腐蚀性对隧道结构强度、稳定、耐久性的影响问题。 研究方法：本着治水、环保、安全、运营救援相结合的理念,系统设置辅助坑道、特殊地质段加强超前地质预报、富水地段帷幕注浆堵水与岩溶暗河疏导排水相结合,并运用ANASYS程序数值仿真计算。 研究结果：完成隧道跨越“溶洞、暗河、突泥段”设计、石膏地层段支护结构设计、抗水压衬砌设计。 研究结论：本隧富水段、岩溶暗河段的防排水设计理念及复杂地质段设计措施,确保了隧道结构的施工、运营安全,可很好地指导今后类似复杂地质段工程设计。     

乌鞘岭隧道千枚岩地层初期支护参数研究

研究目的:针对乌鞘岭隧道深层地段千枚岩地层,隧道开挖过程中,围岩产生大变形的特点,进行初期支护合理性的研究,提出有效的支护措施。研究方法:结合兰武二线乌鞘岭隧道岭脊地段千枚岩地层的设计施工,采用动态设计方法,根据千枚岩不同含量,确定试验段,布置量测断面,通过现场位移量测,分析总结深埋条件下,千枚岩地层变形特点和初期支护设计方法。研究结果:通过对隧道开挖过程中围岩变形和初期支护的研究,提出了千枚岩地层初期支护参数的建议方案,对同类工程的设计施工有一定的借鉴意义。研究结论:对于以千枚岩为主、围岩变形大的地层,采用长锚杆大刚度型刚支架,结合网喷纲纤维混凝土等初期支护措施,是控制围岩产生大变形的有效方法之一。     

水平后退式注浆技术在高速铁路隧道穿越富水砂砾地层中的应用

为解决宝兰客专石鼓山隧道DK639+612.9处突水、涌水、涌砂、塌方等危害,在富水饱和砂砾地层施工中采用水平深孔后退式二重管注浆工艺,隧道开挖轮廓线外3 m范围内局部布孔注浆,封堵地下水和加固围岩,从注浆后检查孔检查及开挖过程中揭示情况,深孔后退式二重管注浆超前止水及加固围岩效果良好,能确保顺利、安全穿越富水饱和砂砾地层。在确保施工安全和质量的前提下,施工中创造了Ⅵ级围岩地段单月开挖支护40 m的进度指标,为富水饱和含砂砾层地段及类似地段高风险隧道的施工建设积累了重要经验。     

丰沙铁路8号隧道内落石分析及处理措施

丰沙铁路8号隧道由于修建时间较早,部分段落为无衬砌隧道,经过长时间的风化、振动及地下裂隙水等因素影响,无衬砌段发生了围岩脱落,严重威胁行车安全。经过地质勘察,分析围岩脱落的形成原因,通过地质雷达无损探测结合理论分析,确定围岩松动圈的厚度,结合铁路的实际运营、宽度限界条件、施工条件等,通过方案对比,采用TECCO柔性防护网、注浆等方式对无衬砌段进行防护,长短锚杆结合的方式稳定防护网,并通过有限元分析长锚杆注浆对围岩位移、应变的改善作用。通过这些加固措施,最终达到了防止围岩脱落,加固无衬砌隧道的目的。     

五爪观隧道穿越暗河设计处理措施

研究目的:宜万铁路工程地质和水文地质极其复杂,岩溶、岩溶水、暗河极其发育,施工中容易出现突水突泥、坍塌等灾难性事故,严重威胁隧道施工安全,通过对五爪观暗河的处理,探索出一套经济合理、安全可行的措施,确保隧道施工及运营安全,为类似的工程问题积累经验。研究方法:通过工程类比及现场试验。研究结果:在暗河处理过程中,对处理暗河的横洞、底板的施做顺序、导流、注浆工艺、注浆材料及注浆参数、隧道的支护结构、防排水等提出可行的处理措施。研究结论:通过采取一系列的工程措施,五爪观隧道上台阶成功穿越暗河段,实践验证了处理措施是合理可行的。     

隧道下穿暗河施工技术

研究目的：通过对五爪观暗河的处理，总结出一套经济合理、安全可行的隧道下穿暗河的施工方法，确保隧道施工及运营安全，为类似工程积累经验。研究方法：工程类比和现场试验。研究结果：通过采用上游注浆截流堵水使地下暗流走行于隧道之上、岩堆体内深孔注浆堵水加固相结合治理暗河方案，以及洞外堆积体内动水注浆、洞内小导管注浆、台阶法开挖、强支护，隧底钢管桩注浆加固等一系列工程措施，五爪观隧道成功下穿暗河。研究结论：在岩堆体敞开式边界条件及高富流动水状态下，根据暗河工程地质和水文地质条件，采用“分区分序、多泵联合、多浆组合、快凝早强”等关键技术，可有效解决注浆截流、抬高地下水位、隧道下穿暗河堆积体开挖支护的施工难题。     

深埋岩溶隧道水压力的预测与防治

研究目的:为保护洞顶水资源和环境,深埋岩溶隧道“以排为主”的设计原则巳不适应环保要求,开始尝试 “以堵为主”的防排水原则。封堵地下水会使隧道衬砌承受巨大水压灯,“以堵为主”的关键问题是预测和防治隧 道水压力。 研究方法:隧道水压力受地下水水头损失和地下水与衬砌接触面积的双重影响,据此在调整岩溶隧道水头 折减系数的基础上,分析隧道水压力模式。 研究结果:给出了用渗流水量确定隧道水压力的公式,继而讨论了基于水环境平衡的适度排水和围岩注浆 的防治原则,并给出了注浆圈和其内衬砌的水压力的计算公式。 研究结论:引用锦屏二级水电站探洞和渝怀铁路圆梁山隧道的实测资料对上述水压力公式进行检验,其计 算的隧道水压力较符合实际。     

隧道穿越大型充填溶洞超前支护方案研究

岩溶隧道在穿越高压富水溶腔时频发突水涌泥灾害,给施工安全和周围环境造成严重威胁。根据渝怀铁路某隧道穿越溶洞实际情况,分别对“超前小导管+帷幕注浆支护”和“管棚+帷幕注浆”2种超前支护方案进行数值模拟分析,对围岩变形特征和塑性区进行对比分析,结果表明:(1)管棚超前支护对控制拱顶围岩沉降、拱底围岩隆起以及周边收敛变形更有利;采用管棚超前支护比超前小导管支护围岩变形明显降低。(2)采用管棚超前支护比超前小导管支护的塑性区发展深度有效降低,更能保护围岩的稳定性。采用管棚超前支护成功通过了该隧道大型充填溶洞的高风险段,可为类似工程提供借鉴。     

饱和软黄土隧道围岩注浆加固参数研究

研究目的:饱和软黄土地层隧道围岩具有强度低、承载力差、抗变形能力弱等特性,因此对饱和软黄土地层隧道围岩注浆加固参数展开研究具有重要意义。依托西安地铁4号线火车站站暗挖西安火车站工程,进行室内黄土力学性能和现场注浆试验,研究含水率对黄土强度特性的影响,分析黄土劈裂注浆浆液扩散的基本规律及劈裂机理,并总结现场隧道围岩注浆加固参数。研究结论:(1)饱和软黄土的含水率降低,其强度呈线性增长,因此注浆后降低了原位土体的渗透性能以及提升土体的黏聚力,整体上提升土体的抗剪强度;(2)黄土劈裂注浆浆液扩散的基本规律及劈裂机理:浆脉夹角近似120°,且高度不一致,长度有差别,在注浆压力逐渐增大的情况下,浆液在黄土体内会先后三次劈裂土体,形成劈裂缝并在其中进行扩散、填充,最终形成黄土劈裂注浆的"Y"型浆脉;(3)加固后的开挖面土体无侧限抗压强度达到0.6 MPa,周边土体加固区达到1.2 MPa,渗透系数≤10-6cm/s,含水率由原先的约30%下降至10%;(4)得出了在饱和软黄土地层中下穿火车站暗挖隧道WSS注浆所使用的配合比、注浆压力控制值、黄土地层下填充系数等参数,可为饱和软黄土地层隧道围岩注浆加固参数的精细化设计提供必要的参考依据。