海底隧道風(fēng)化槽復(fù)合注漿堵水關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、廈門翔安海底隧道穿越海底F1、F2、F3、F4四個(gè)風(fēng)化深槽(囊),風(fēng)化深槽(囊)為全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層,該地層透水性強(qiáng)、出水量大、水壓高、海水補(bǔ)給無(wú)限,突水、涌泥的風(fēng)險(xiǎn)很大。安全穿越不良地質(zhì)體及地層結(jié)構(gòu)界面是海底隧道修建的關(guān)鍵問題,對(duì)其準(zhǔn)確地探測(cè)、預(yù)報(bào)并采取可靠的注漿加固方案及施工方法是海底隧道安全順利施工的重要保證。海底隧道復(fù)雜的地質(zhì)條件和特殊的水邊界,使單一的注漿方式或注漿材料往往不能達(dá)到目的,因而就提出了復(fù)合注漿。
　　

2、本論文在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,針對(duì)廈門海底隧道風(fēng)化槽的工程特點(diǎn),利用顆粒流軟件對(duì)風(fēng)化槽突水過(guò)程進(jìn)行仿真模擬,分析風(fēng)化槽突水機(jī)理,提出防止隧道突水的控制措施和注漿加固的必要性,通過(guò)風(fēng)化槽注漿圈的滲流計(jì)算和流固耦合模擬分析確定其合理參數(shù)。同時(shí),對(duì)復(fù)合注漿技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究,包括全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層復(fù)合注漿的工藝研究、設(shè)備及效果評(píng)價(jià)、注漿材料選擇的試驗(yàn)研究等。在以上研究成果的基礎(chǔ)上,提出復(fù)合注漿工法的設(shè)計(jì)方法、加固模式和突水

3、防治措施,通過(guò)工程實(shí)例形成海底隧道穿越風(fēng)花槽復(fù)合注漿關(guān)鍵技術(shù)體系。主要研究成果如下:
　　 (1)海底隧道隔水巖層突水通道形成過(guò)程的顆粒流數(shù)值仿真分析表明,對(duì)于不同地質(zhì)模式,隧道突水的關(guān)鍵位置可能不同,但其形成機(jī)制都是在隧道開挖卸載和風(fēng)化槽水壓驅(qū)動(dòng)下,巖層裂紋萌生、擴(kuò)展、水壓跟蹤傳遞,從隔水層變成導(dǎo)水層的復(fù)雜演化過(guò)程。應(yīng)用顆粒流仿真手段,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海底隧道穿越風(fēng)化槽突水通道的初步預(yù)測(cè)與定位。注漿圈參數(shù)的確定是“堵水限排”設(shè)計(jì)的關(guān)

4、鍵問題,注漿圈的滲流理論計(jì)算和流固耦合模擬分析是確定其合理參數(shù)的有效途徑。以上研究是海底隧道穿越風(fēng)化槽注漿堵水設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)。
　　 (2)基于散體介質(zhì)理論的顆粒流分析方法,運(yùn)用其內(nèi)置的Fish語(yǔ)言定義流體域,建立了流動(dòng)方程和壓力方程。同時(shí),針對(duì)具有凝聚力的致密土體,引入顆粒接觸粘結(jié)模型,建立能反映顆粒體與流體域耦合作用的土體注漿顆粒流模型。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)數(shù)值仿真試驗(yàn),對(duì)土體壓密—劈裂式復(fù)合注漿過(guò)程進(jìn)行細(xì)觀模擬研究,分別對(duì)比

5、了不同注漿壓力和不同土體性質(zhì)下漿體壓力擴(kuò)散及劈裂縫的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律。
　　 (3)土體復(fù)合注漿影響范圍是漿液鋒面沿著劈裂縫擴(kuò)散的最遠(yuǎn)距離。賓漢體漿液劈裂注漿最大擴(kuò)散半徑由注漿壓力差,裂隙寬度,流速和漿液的流變參數(shù)等因素共同決定。流體時(shí)變性對(duì)注漿擴(kuò)散半徑計(jì)算值影響很大,注漿理論忽略時(shí)變性會(huì)給工程設(shè)計(jì)帶來(lái)不利影響。全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層注漿加固機(jī)理以劈裂、擠壓土體為主,對(duì)于該地層2.5m的孔距完全能夠滿足注漿帷幕要求。
　　

6、(4)水泥結(jié)石體在海水腐蝕過(guò)程中,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了一個(gè)先由于腐蝕產(chǎn)物的填充作用而逐漸密實(shí)再過(guò)渡到由于腐蝕產(chǎn)物繼續(xù)產(chǎn)生和膨脹,使密實(shí)度逐漸降低,最后發(fā)展為強(qiáng)度逐漸降低的過(guò)程。建議海底隧道風(fēng)化槽地層,注漿材料以HSC特種注漿材料為首選,其次是普通水泥。馬麗散作為一種新型注漿材料,在風(fēng)化槽富水地層堵水加固效果良好。
　　 (5)提出復(fù)合注漿技術(shù)工法設(shè)計(jì)方法、加固模式和突水防治措施。復(fù)合注漿機(jī)制就在于它采用多種注漿方式或注漿材料分步驟地