海底隧道風化槽復合注漿堵水關鍵技術研究.pdf

1、廈門翔安海底隧道穿越海底F1、F2、F3、F4四個風化深槽(囊),風化深槽(囊)為全、強風化花崗巖地層,該地層透水性強、出水量大、水壓高、海水補給無限,突水、涌泥的風險很大。安全穿越不良地質體及地層結構界面是海底隧道修建的關鍵問題,對其準確地探測、預報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。海底隧道復雜的地質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到目的,因而就提出了復合注漿。
　　

2、本論文在對國內外相關文獻資料進行廣泛調研的基礎上,針對廈門海底隧道風化槽的工程特點,利用顆粒流軟件對風化槽突水過程進行仿真模擬,分析風化槽突水機理,提出防止隧道突水的控制措施和注漿加固的必要性,通過風化槽注漿圈的滲流計算和流固耦合模擬分析確定其合理參數(shù)。同時,對復合注漿技術進行系統(tǒng)研究,包括全、強風化花崗巖地層復合注漿的工藝研究、設備及效果評價、注漿材料選擇的試驗研究等。在以上研究成果的基礎上,提出復合注漿工法的設計方法、加固模式和突水

3、防治措施,通過工程實例形成海底隧道穿越風花槽復合注漿關鍵技術體系。主要研究成果如下:
　　 (1)海底隧道隔水巖層突水通道形成過程的顆粒流數(shù)值仿真分析表明,對于不同地質模式,隧道突水的關鍵位置可能不同,但其形成機制都是在隧道開挖卸載和風化槽水壓驅動下,巖層裂紋萌生、擴展、水壓跟蹤傳遞,從隔水層變成導水層的復雜演化過程。應用顆粒流仿真手段,可以實現(xiàn)對海底隧道穿越風化槽突水通道的初步預測與定位。注漿圈參數(shù)的確定是“堵水限排”設計的關

4、鍵問題,注漿圈的滲流理論計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化槽注漿堵水設計的前提和基礎。
　　 (2)基于散體介質理論的顆粒流分析方法,運用其內置的Fish語言定義流體域,建立了流動方程和壓力方程。同時,針對具有凝聚力的致密土體,引入顆粒接觸粘結模型,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。在此基礎上,通過數(shù)值仿真試驗,對土體壓密—劈裂式復合注漿過程進行細觀模擬研究,分別對比

5、了不同注漿壓力和不同土體性質下漿體壓力擴散及劈裂縫的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律。
　　 (3)土體復合注漿影響范圍是漿液鋒面沿著劈裂縫擴散的最遠距離。賓漢體漿液劈裂注漿最大擴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。流體時變性對注漿擴散半徑計算值影響很大,注漿理論忽略時變性會給工程設計帶來不利影響。全、強風化花崗巖地層注漿加固機理以劈裂、擠壓土體為主,對于該地層2.5m的孔距完全能夠滿足注漿帷幕要求。
　　

6、(4)水泥結石體在海水腐蝕過程中,其內部結構經(jīng)歷了一個先由于腐蝕產物的填充作用而逐漸密實再過渡到由于腐蝕產物繼續(xù)產生和膨脹,使密實度逐漸降低,最后發(fā)展為強度逐漸降低的過程。建議海底隧道風化槽地層,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,在風化槽富水地層堵水加固效果良好。
　　 (5)提出復合注漿技術工法設計方法、加固模式和突水防治措施。復合注漿機制就在于它采用多種注漿方式或注漿材料分步驟地