海底隧道复合衬砌水压力分布规律及合理注浆加固圈参数研究

 与普通山岭隧道不同,海底隧道深埋于海床之下,地下水的处理是其修建过程中的关键问题,而隧道渗水量控制及衬砌结构水荷载确定又是地下水处理的核心问题。采用“堵水限排”的设计理念,设计海底隧道复合衬砌结构防排水系统,可以实现以较小的排放量明显折减甚至消除作用在支护结构上的外水压力,使海底隧道衬砌结构设计更经济。基于地下水水力学理论,推导海底隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力的计算方法,并结合厦门海底隧道工程实践,采用理论分析和数值模拟方法揭示初期支护、二次衬砌以及注浆加固圈等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力的影响规律。在此基础上,提出海底隧道复合衬砌合理注浆加固圈参数的确定方法,并在厦门翔安海底隧道穿越F4风化深槽的合理注浆加固圈参数设计中取得成功应用。研究结果可为海底隧道或富水区高水头山岭隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。     

青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

 针对青岛胶州湾海底隧道施工过程中存在的断层破碎带涌水,通过理论分析、室内和现场试验及实际应用对普通水泥浆、超细水泥浆、特制硫铝酸盐水泥浆及水泥–水玻璃双液浆4种注浆材料进行研究试验,确定以超细水泥为主进行超前预注浆。并经过实践确定并验证注浆关键参数：浆液扩散半径为1.5～2.0 m,注浆终止压力为3～4 MPa,注浆加固厚度为5～6 m。对分段前进、分段后退及全孔一次性注浆3种注浆方式进行试验比选,确定全孔一次性注浆、分段前进为主的注浆方式。在施工过程中,研究开发以三臂凿岩台车和高速制浆机制浆、高压注浆泵注浆、注浆记录仪自动记录注浆参数的信息化钻孔注浆设备配套系统,通过采取分区钻孔、分区注浆、钻注平行作业,实现超前预注浆的信息化快速施工。注浆效果检查以检查孔出水量(检查孔出水量满足设计每延米不大于0.15 L/min且局部出水量小于3 L/min)、检查孔压水试验为主,辅以TSP物探对比法、钻孔电视分析法、开挖揭示法及P-Q-T曲线分析法。经过31段注浆,证明材料、参数、注浆方式的选择是可靠的。     

全强风化花岗岩地层海底隧道注浆效果检测

针对厦门翔安海底隧道左线F4风化槽中全～强风化软弱地层的水文地质与工程地质情况,采用全断面帷幕注浆技术注浆后进行检测,详细论述注浆效果检测的4种有效方法,为类似地层注浆设计与施工、注浆机理分析、注浆效果监测提供可靠依据。     

厦门翔安海底隧道富水砂层注浆试验

 针对我国第一条海底隧道——厦门翔安海底隧道富水砂层段进行注浆试验，采用钻孔取芯和压水的方法对注浆效果进行检验，摸索该条件下的一些注浆规律，提出注浆量、注浆压力、注浆速度、扩散半径等注浆参数。通过试验研究海水对浆液强度的影响。研究结果表明，海水延长初凝时间、减缓浆液强度上升的速度、稀释浆液并加剧不均匀扩散。结合翔安海底隧道施工注浆的经验可以得出，以上几个问题是在海水注浆中值得深入研究的，其研究结果可为厦门海底隧道注浆的设计、施工提供指导，并可为相关工程提供重要的参考。     

注浆加固堵水技术在海底隧道施工中应用

海底强风化围岩的隧道施工过程中,往往由于围岩的透水能力强且力学性质差,导致开挖中存在坍塌突水等安全隐患,为此需要进行相应的加固堵水措施来保证工程的安全进行.本文以某海底隧道为工程实例,通过对围岩进行注浆加固,从而改善了围岩的透水能力及力学强度,保证了工程安全快速施工.     

青岛胶州湾海底隧道涌水断层注浆效果综合检验方法研究

 采用注浆全过程注浆压力–注浆量–注浆时间(P-Q-t)控制法、物探法、检查孔法与数字钻孔摄像法从宏观到细观对青岛胶州湾海底隧道F4–4涌水断层全断面帷幕注浆后的注浆效果进行检验,其中注浆全过程压力–流量–时间控制法将注浆压力限制在3～4 MPa,当注浆速度小于5 L/min超过20 min时,结束该孔注浆;TSP物探法对注浆前后的含水断层探测结果表明,注浆后围岩整体性得到提高,其变形模量提高19.1%,密度提高3.6%,泊松比下降7.1%,纵波波速VP增长0.8%,纵横波比VP/VS减小7.1%;按注浆孔的5%～10%钻探检查孔,当单孔出水量≤0.15 L/min时,达到注浆要求,满足开挖允许出水量标准;数字钻孔摄像法生成三维虚拟岩芯,计算裂隙充填浆脉的充填隙宽及产状,表明注浆后裂隙充填密实。4种检验方法综合判定含水断层注浆后围岩等级由V级提高到IV级,表明注浆效果良好,达到注浆止水加固的目的,综合检验法是检验注浆效果的有效方法,上述方法对类似工程具有一定的借鉴与指导意义。     

注浆煤矸石复合地基在工程中的应用

注浆工艺在工程建设中应用比较广泛，本文论述针对煤矸石回填层进行注浆来加固地基的一个工程实例。     

海底隧道流固耦合模型试验系统的研制及应用

 围岩与水体的流固耦合作用对海底隧道的稳定性具有重要影响,很有必要开展流固耦合模型试验研究。根据流固耦合模型试验的特点,研制可用于模拟准三维平面应力和平面应变的新型流固耦合模型试验系统。该系统的整体尺寸为3.4 m×3.0 m×0.8 m(宽×高×厚),由钢结构架、钢化玻璃试验箱和水压加载装置组成。其中钢结构架由6榀可独立操作的高强度合金铸钢构件通过高强螺栓连接组合而成;钢化玻璃试验箱结构,既能保证试验要求的密封性,又便于可视化观察施工过程中海底隧道围岩渗流、变形特征。同时,采用研制的新型流固耦合模型试验系统和独立研制的新型流固耦合相似材料依托青岛胶州湾海底隧道开展流固耦合模型试验研究,揭示海底隧道施工过程中洞壁压力和围岩位移场、渗流场等的变化规律。研究方法技术及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。     

注浆加固软土的研究及工程实例

本文通过南岭隧道大突泥和广西南宁里彩煤矿大坍塌的治理以及广东鱼肝油制药厂大楼基础加固等注浆实例,探讨了软土加固的原理、影响因素及工程处理方法。     

锁脚锚管和仰拱注浆对控制大断面海底隧道位移的有效性分析

 厦门海底隧道两端陆域软弱地段大断面浅埋暗挖施工中，部分断面拱顶下沉偏大。对量测数据进行分析后发现，隧道发生的整体下沉(包括开挖中的各部整体下沉和初期支护全环封闭后的整体下沉)是构成隧道拱顶下沉量偏大的一个重要因素。为控制隧道结构变形过大这一问题，施工中根据经验采用锁脚锚管和仰拱注浆。为探知两种处理措施的实际效果，首先利用设计文件提供及现场试验获取的支护结构及围岩的物理力学参数，对其进行数值模拟。然后通过对数值模拟结果与现场实测数据进行综合分析，得出以下结论：锁脚锚管在控制开挖中隧道发生的整体下沉方面比较有效，可减小拱顶下沉约17%，减小水平收敛约12%；仰拱注浆比较适于控制初期支护封闭后隧道发生的整体下沉，可减小拱顶下沉约18%；另外这两种措施都能在一定程度上减小洞周围岩塑性区范围，并提高支护结构安全性。     

跨海峡隧道风化槽围岩衬砌防排水技术研究

 采用钻爆法修建海底隧道必须采取有效措施预防塌方、涌水、突泥等地质灾害,海底隧道钻爆法施工时如何安全穿越断层破碎带是工程设计与施工的技术难点。结合厦门跨海峡隧道围岩的特点,研究钻爆法穿越断层破碎带的注浆加固、防排水技术,提出不同围岩条件下的隧道防排水和注浆设计方案。并根据实验室三轴试验结果得到强风化花岗岩渗透系数以及反演的围岩力学参数,分析风化槽隧道衬砌的外水压力分布特点和量值。研究成果为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的衬砌防排水和衬砌支护技术设计提供可靠指导。     

水下隧道渗流场解析解及其应用

 以复变函数和地下水水力学理论为基础,推导由围岩、注浆圈、衬砌混凝土组成的水下隧道渗流场解析解。以厦门海底隧道F4风化囊地段为工程背景,研究影响围岩、注浆圈、衬砌的渗流参数对衬砌外水压力和渗流量的影响。研究结果表明,注浆圈和初期支护施工效果对衬砌后水压力和渗流量的影响很大,应重视注浆圈和初期支护的施工。当排水系统堵塞,渗流量减小时,初期支护和二次衬砌的外水压力会重新分配。结合理论计算和现场实测水压力结果,提出在堵水限排情况下,初期支护水压力可降至静水压力的1/3。     

海底隧道衬砌结构选型及参数优化研究

海底隧道不同于陆上隧道,海水位变化相对隧道埋深较小,隧道两端出口比海底部分要高,不能采用自然排水。深埋海底隧道二次衬砌承受较大的外水压力。调查了国内外海底隧道衬砌结构型状及支护参数,针对海底隧道的特殊性,归纳了海底隧道设计理念和设计方法。针对某公路海底隧道特定地质条件和工程设计要求,分别采用马蹄形、椭圆形、圆形3种衬砌结构型式,并用有限元软件对这3种衬砌结构二次衬砌在不同荷载作用下进行强度验算。对计算结果优化比选,选出一种技术可行、经济合理的衬砌结构,得出一些有意义的结论。     

厦门海底隧道强风化花岗岩力学特性研究

 厦门海底隧道海域隧道地段存在多处风化深槽,岩体主要为全、强风化花岗岩。由于该类岩石强度低,压缩性高,自稳和自承能力差,在隧道衬砌结构的设计和施工工艺的选择方面会遇到一系列特殊的问题。主要通过对天然和重塑强风化花岗岩岩样进行一系列的室内试验,在掌握其基本物理力学特性的基础上,重点对其流固耦合作用下的力学特性进行研究,并建立该类强风化花岗岩的力学模型,通过反演分析对力学模型进行验证。研究成果对风化花岗岩类工程的力学参数取值有重要借鉴意义,对该类岩体中隧道的设计施工具有指导作用。     

隧道施工下穿建筑物注浆抬升机制及预测研究

 在分析建筑物沉降恢复特点的基础上研究注浆抬升机制,提出地层充填密实、止浆围护形成、抬升力形成及建筑物结构抬升的四阶段作用模式,并相应总结建筑物稳定抬升的施工技术要点。采用数值模拟方法对厦门市成功大道工程隧道穿越104#,105#试验楼注浆抬升进行预测分析,得到建筑物单次抬升量为2.1～3.7 mm,且不同抬升力和围护刚度对抬升效果具有显著影响,适当增大抬升力和围护刚度对抬升有利,但其作用有限。工程现场试验结果表明,注浆抬升是反复对地层劈裂–充填–再劈裂的过程,当注浆压力达到0.7～1.0 MPa时楼房即开始出现明显抬升,且单次最大抬升量为2.2～3.1 mm,这与数值分析预测结果基本吻合。所得结论有助于科学认识城市隧道及地下工程安全性控制的内涵,并可为类似工程提供一定的参考和借鉴。