隧道工程某断层破碎区注浆加强原理和应用探讨

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论文字数:162709 论文编号:sb2014122911105511472 日期:2014-12-29 来源:硕博论文网

第一章绪论


大量突水突泥灾害案例和工程实践表明,富水断层破碎带是險道安全修建旳关键控制因素。断层形成过程中的多期次构造运动导致其内部结构与空间分布具有强烈各向异性,其构造发育特征、充填状况、水文地质条件十分复杂。目前險道地质灾害的研究主要集中在断层破碎带的力学机制、工程地质特征、地下水的运动规律、灾害发生机理以及断层破碎带超前勘察钻探、物探等方面,而对断层破碎带灾害注装治理理论和技术研究不足。主要表现在灾后注架治理方案设计、注衆加固技术以及施工方法等方面缺乏理论支撑,难以制定相关规范与标准;灾害治理工作往往釆取过于保守对策,抑或过于盲目手段,造成工期、成本及施工安全难以控制。因此,如何对断层破碎带地质灾害区域进行行之有效的注浆加固成为险道修建的关键难题之一,也是一个具有挑战性旳研究课题。因此,隧道灾后注楽治理课题的研究具有重要的理论价值和工程应用价值,有助于进一步完善注浆加固理论,提高注浆工艺水平。

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第二章断层突水突泥灾变特征及工程地质模型


2.1引言
不同类型的断层主导灾害类型不同。正断层区域地应力以重力为主,隧道开挖过程中,围岩稳定性受结构面控制。硬岩区正断层发生局部掉块、整体将塌以及顺层滑移等类型的塌方⑴软岩区或软硬岩互层区域正断层常发生塌方及突涌水泥。平移断层区域存在较大剪应力,断层面处发育软弱夹层,常引发岩体错动或变形为特征的地质灾害如两盘岩体错位造成开挖断面变形,或岩层向洞内挤压破坏支护。逆断层区域内存在强烈的构造压应力,硬岩区逆断层常发生岩爆软岩区逆断层上盘岩体因强烈挤压形成宽大破碎带,引发持续塌方涌水乃至突水突泥。综上分析,断层突涌水灾害及其并发的涌泥突泥事故是隧道建设过程中最为严重的地质灾害类型之一。尤其是软岩区或软硬互层区域断层,强烈的地质构造和地下水长期物理化学作用形成一定宽度的富泥破碎带,岩体自稳能力及强度抗剪强度、抗渗性极差,若存在地表水或地下含水层组的丰沛补给,突涌水泥)灾害强度和规模将难以估量。


2.2睡道突涌水灾害
复杂的工程地质环境及水文地质环境是險道灾害发生的主要原因;如何查明地质环境是地下工程建设面临的巨大挑战。险道突涌水泥实质是地下水运移网络或储存条件受外界干扰发生的动力失稳现象。因此,含导水构造发展和演化是影响隧道地质灾害的关键环节,多数事故正是导水通道认识不清所致。对含导水构造的正确认识和类型合理划分是突涌水成灾机理及治理技术研究的前提和基础。本节从隊道地质灾害处治角度出发,综合考虑地下工程修建过程中涌出物特征及含导水构造空间形态特征,重新厘定含导水构造类型,深入研究典型地下水害特征,提出注浆处治关键技术。


第三章断层松散破碎岩体注浆加固机理研究...........39
3.1引言............39
3.2松散破碎岩体注菜加固试验装置及试验设计注浆加固试验装置.........39
第四章含优势通道的富水断层破碎带注浆加固机理研究....77
4.1引言...........77
4.2断层破碎带优势研究..........77
4.3优势劈裂注浆加固理论研究.......81
第五章富水断层破碎带注浆加固模拟试验及围岩稳定性研究......98
5.1引言....98
5.2三维模拟试验系统......98
5.3试验设计.....100


第六章复合控制注浆加固技术现场应用研究

 

6.1引言
富水断层破碎带地质灾害处治是山岭险道修建的关键难题之一准确的超前地质探测及预报,科学的处治方案及施工方法是灾害成功治理的重要保障。工程因素、地质环境及气象条件等多因素的交互作用,导致险道地质灾害治理工作极端复杂,表现为灾变区工程地质环境及水文地质环境各向异性显著,不同区域适用的的注衆参数注装材料、注装工艺及注楽方式差异性大;同时灾害注浆处治必须兼顾工程成本及工期,亟需针对不同的围岩介质条件找到合理的注浆参数。本章综合应用多种注衆方法、注浓材料以及工艺,以控制加固范围,保障加固质量为目的,提出复合控制加固方法及技术;将该技术应用在江西省吉莲高速公路永莲隧道富水断层破碎带突水突泥处治工程中,取得了较理想效果。


6.2复合控制注浆加固原理
三复合即三个层面的复合,一是注奖材料的合理选配及调配使用,如利用山东大学自主研发的材料及水泥材料在灾害扰动区复合使用,可保障加固质量,并对加固范围的限制起兼顾作用。二是注架方式复合,可实现松散破碎区岩土体充填注装和注装,利于控制加固范围;普通水泥单液装可在孔隙岩体内渗透,进一步增强断层岩加固及防渗效果。三是工艺复合,如断层破碎带突水突泥扰动区及严重破碎区采用分段前进式工艺,对岩土体由浅而深分序分段逐步加固,提高地层整体性能;深部地层或承压水腔体部位,应采用深部定域工艺,着重改善局部薄弱区岩体性能;自稳能力较强,具有风化岩层的区段,可使用全孔注衆工艺,缩短时间。
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第七章结论与展望


本文针对复杂地质条件下隧道修建过程中常见的断层破碎带地质灾害问题,采用理论分析、室内试验、模拟试验和现场试验相结合的手段,研究了断层破碎带岩体注楽加固机理与灾害处治复合控制注浆方法。重点探讨了断层岩加固强度增长规律、加固体微观形貌特征及破坏模式,揭示了断层岩加固机理。在理论研究基础上,提出含优势通道的断层带岩扩散模型,变本构关系构建了优势勞裂注衆扩散控制方程,揭示内在裂隙控制的断层破碎带加固机理。通过加固三维模拟试验,探讨了荷载传递时空效应,获得了破碎岩体加固体开挖稳定特征及渐近失稳规律。最后提出断层破碎带突水突泥灾害复合控制治理技术体系,并依托江西省吉莲高速公路永莲隧道断层突水突泥注衆治理工程开展了大量的现场试验,验证了该体系的实用性和高效性,取得了一些有益结论。

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参考文献(略)


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