断层破碎带隧道围岩敏感性及沉降控制分析

为探明施工隧道穿越断层破碎带时何种断层形态对围岩稳定性影响最为显著,以绵九高速公路五里坡隧道不同断层形态为例,采用三因素四水平数值模拟正交试验对围岩敏感性分析。此外,为避免隧道开挖至断层破碎带时围岩发生较大变形及破坏,保证隧道施工过程安全,对断层的响应特性进行概括,需对断层段围岩注浆加固提高其稳定性。最后,对注浆加固圈厚度分别为：0m、1m、2m、3m的断层段隧道施工过程进行FLAC 3D三维模拟,采用位移控制率均值K对隧道断层及前后段整个区段的围岩控制效果进行定量评价。结果表明：1）断层倾向在各水平条件下变化时,拱顶沉降和边墙位移基本不发生改变,其余两因素对隧道拱顶沉降和边墙位移的影响程度分别为：断层厚度＞断层倾角、断层倾角＞断层厚度。2）注浆加固圈厚度由0m递增至3m时,隧道轴向位移和塑性区面积依次减少,但注浆加固效果也明显下降。3）通过围岩控制率k定量分析注浆加固对位移的控制效果,断层前后段的位移控制率均小于断层处。可见,在既能保证工程安全,又能减少注浆的使用,加固圈为2m时效果最好。     

超前小导管注浆预加固穿越隧道断层破碎带效果分析

为系统分析超前小导管注浆预加固技术在隧道断层破碎带的加固效果,以采用超前小导管注浆预加固技术的某隧道断层破碎带加固工程为背景,利用超前地质预报雷达影像分析超前小导管注浆加固后岩体的破碎程度;通过现场取芯、试验得出加固后岩体的BQ值,并对比勘察阶段的BQ值,以此表征超前小导管注浆预加固技术对围岩等级的影响;采用时间-体积法对加固后的渗水量进行测算;利用徕卡TS09plus-2R500设站并观测加固后隧道洞内外位移。基于以上方法和技术对穿越断层破碎带超前地质预报结果、岩性、渗水量、洞内外沉降监测数据等4方面进行分析,结果表明：采用超前小导管注浆加固方法,虽然可以在可控范围内穿越断层破碎带,但超前小导管注浆不能改善洞深范围内围岩体的破碎程度,其止水效果较差;初始开挖时引起的变形是穿越隧道断层破碎带的主要形变,应提前完成初期支护。     

基于流固耦合的隧道断层破碎带注浆加固圈厚度分析

隧道穿越富水断层破碎带常发生突涌水及围岩变形失稳等地质灾害,帷幕注浆是治理隧道断层破碎带的有效方法,通过帷幕注浆在隧道周边形成注浆加固圈,降低围岩渗透能力,提高隧道周边围岩强度。为确定合理的注浆加固圈参数,提高注浆加固效果,基于流固耦合理论对隧道周边渗流场、应力场和位移场进行了数值模拟,分析了不同加固圈参数对隧道涌水及变形规律的影响。研究结果表明：随着注浆加固圈厚度的增加,隧道涌水量和变形量均减少,但当加固圈厚度大于一定值时,涌水量及变形量变化均趋于平缓。根据数值模拟结果得出最合理的注浆加固参数并指导工程设计,研究结果对于完善帷幕注浆理论和指导类似工程注浆设计具有一定的借鉴意义。     

CSAMT法在复杂地质条件区探测中的应用研究

引水工程隧洞由于其线路长、埋深大等特点,往往地质条件相对复杂,而隧洞沿线岩性变化、隐伏断层问题是关系到隧洞选线以及后期施工阶段的关键技术问题,常规的地质勘察最有效的手段是地面地质测绘、钻探、平硐勘探等手段,但由于大型引水工程隧洞埋深大、洞线长、穿越的地质单元复杂多变,技术难度大,而钻探、平硐勘探等手段耗时长、成本高,一定程度上不能满足勘察设计工期及成本要求.CSAMT法利用不同岩性和相同岩性不同辅存结构间所反映的电性特征差异,高效快捷地进行围岩级别划分和断裂破碎带判别,为复杂地质条件下的隧洞设计和施工提供资料依据.以某引水工程的CSAMT探测为例,对岩性变化、围岩分级和不良地质体圈定进行了分析.     

大采高工作面穿越断层破碎区预注浆耦合加固实践

大采高工作面在穿越断层过程中多次出现大面积漏矸漏砂现象,严重制约安全高效开采。预注浆耦合加固(Pre-Grouting Coupling Reinforcement,PCCR)对快速穿越断层破碎带和安全高效开采至关重要。针对宁东鸳鸯湖矿区清水营煤矿大采高工作面安全穿越断层破碎带失稳致灾难题,采用工程调查、理论分析和现场实践等综合方法,提出了预注浆耦合加固(Pre-Grouting Coupling Reinforcement,PCCR)方法,设计了注浆工艺,定量确定了注浆参数。通过注浆可提高裂隙的粘结力和内摩擦角,增大岩体内部块间相对位移的阻力,改善岩体弱面力学性能,提高围岩整体稳定性。研究认为注浆耦合加固方法对于破碎煤岩体可实现结构性能改变、力学性能的提升,快速凝固之后形成"骨架"结构,支撑能力显著提高。加固断层带破裂顶板时注浆压力一般为4.0~6.0 MPa,单孔注浆量预计为110.0 kg,有效扩散半径约为3.2 m.实践表明采用PCCR技术方法,及时有效控制了工作面顶板和上下超前巷道稳定,保证了安全开采,综合效果显著。     

深孔预注浆在明月山隧道施工中的应用

就忠垫高速公路明月山隧道穿过富含地下水的断层及其影响带时,采用深孔预注浆对隧洞开挖轮廓线5m范围内的围岩进行加固及堵水,浅析深孔预注浆在明月山隧道施工中的应用。     

破碎围岩隧道开挖小导管高压注浆机理及效果分析

小导管高压注浆法是隧道工程不良地质施工采用的一种超前支护技术.本文以河北张石高速黑石岭隧道出口浅埋破碎段为例,对小导管高压注浆法在软弱破碎围岩开挖中的加固机理进行了研究,采用FLAC三维数值模拟方法对小导管施做过程中受力机理和注浆时围岩的塑性区、位移场进行了模拟,定量分析了小导管注浆法的加固效果.研究表明,采用小导管高压注浆法能显著抑制软弱破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免浅埋软弱破碎围岩开挖中塌方现象的产生.     

穿越断层破碎带隧洞注浆范围研究

以福建龙津溪引水隧洞工程为背景,隧洞在穿越断层破碎带时,在设计注浆条件下,存在着严重掌子面渗水的施工地质灾害。鉴于此,利用FLAC3D、ANSYS等数值模拟软件进行了各注浆工况下的渗水机理分析,综合比选获得最佳的施工注浆参数和注浆范围。得出了如下结论:1注浆圈厚度越大,掌子面处最大渗流速度越小;当注浆圈厚度大于3 m时,渗流速度的减幅不明显;2注浆长度越大,掌子面处最大渗流速度越小;当注浆长度大于9 m时,渗流速度的减幅不明显;3隧洞在穿越断层时,掌子面处渗流速度明显增大,施工时应多加注意。研究结论表明:分段高压注浆增强了隧洞掌子面的稳定性,使隧洞的开挖过程更加安全。     

断层破碎带注浆加固稳定性综合测试

断层破碎带岩性复杂、节理发育,为维护破碎带影响范围内巷道围岩稳定性,降低突水风险,常对其进行超前注浆加固。以淮南潘二煤矿F1断层为例,提出采用钻孔光纤及电法测试技术,对巷道掘进过程中断层破碎带注浆加固稳定性进行动态监测和分析。根据巷道掘进速度,定期采集钻孔应变和电阻率数据,分析了应变及电阻率分布特征及演化规律,指出断层破碎带注浆加固后场源变化特征与正常岩层区段具有明显差异性,表明注浆加固将有效改善破碎区段岩层物性。根据光缆应变分布及电阻率分布特征,结合巷道围岩地质属性,认为断层破碎带注浆加固后稳定性得到有效提升,断层活化变形程度较小。     

青云山隧道F9断层超前帷幕注浆加固施工技术

青云山隧道地质结构复杂,并穿越12条断层破碎带,其中F9断层为所有断层破碎带中长度最长、预测涌水量最大、围岩渗透系数最大的断层破碎带,且由于实际断层位置与设计位置存在很大的偏差,于3月12日发生突发生特大涌水,结合涌水发生的原因分析,针对断层采用了超前帷幕注浆加固方法通过该断层,本文详述了帷幕注浆参数的确定、注浆方法的选定与优化、注浆质量控制与注浆效果检查等,并结合施工过程总结出存在的不足和持续改进措施,为今后隧道经过类似断层施工提供一定的参考。     

松软破碎带中巷道围岩注浆加固参数研究

在分析松软破碎带中巷道围岩的稳定性和支护影响因素的基础上,借助于注浆改善围岩特性并结合锚杆支护,通过现场实测、理论分析和FLAC数值模拟相结合的方法,确定了松软破碎带中的巷道围岩注浆深度、浆液比例和注浆孔间距等加固参数。研究结果对类似条件下的巷道的支护具有一定的指导意义。     

黄土地层盾构隧道衬背空洞注浆过程变形规律

为了研究黄土地层盾构隧道衬背空洞注浆过程变形规律,采用渗流-应力耦合三维非线性有限元方法,系统分析了西安地铁某区间隧道衬背空洞注浆病害治理过程中隧道结构体系变形规律,并与实测位移成果进行对比分析、相互印证。实测结果表明,注浆过程中,地表累计沉降值为31mm,累计隆起值为5mm;管片累计横向位移值为45mm,上浮量达55mm,最终导致了管片破损和位移。耦合数值分析表明,地表累计沉降值为41mm,累计隆起值为62mm;管片累计竖向位移值为65mm,累计收敛峰值为47mm。基于渗流-应力耦合改变地下水位的方法计算得到的管片竖向位移和收敛结果与实测结果吻合良好,由于未考虑渗流过程中水流携带泥沙侵蚀空洞的复杂因素,地表沉降值与实测值相差较大,但变化趋势基本一致。     

计算隧道排水量及衬砌外水压力的一种简化方法

针对山区高水位隧道建立了研究隧道排水量及衬砌外水压力的简化模型,经过理论推导得出隧道排水量以及衬砌、注浆加固圈外水压力的解析公式,并将其应用于圆梁山隧道涌水量预测及排水量与衬砌水压关系研究.研究结果表明,随着隧道排水量的增加,衬砌水压减小,只有在考虑衬砌的排水性能即采取排水措施时才能发挥注浆加固圈对渗透水压的衰减作用,所得结论对于山区高水位隧道设计具有一定指导作用.     

地面预注浆技术在朱集主井井筒基岩破碎带的应用

淮南矿业集团朱集矿主井在掘进过程中遇到基岩破碎带,该破碎带在距地表400～442 m的位置。由于破碎带厚度大且含水丰富,采用地面预注浆加固破碎带岩体,使用分支孔对注浆孔进行施工;根据注浆深度、段高的划分、注浆压力等确定注浆量。在地面预注浆施工技术应用后,朱集矿主井破碎带堵水率达到99.2%,起到了很好的加固堵水效果。     

富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害机制与帷幕注浆技术

为研究富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害机制与帷幕注浆技术,以广西均昌隧道富水全强风化花岗岩地段突水突泥灾害处治实践为例,对隧道突水水泥灾害特征、诱发机制及防治措施进行深入研究分析。结果表明：富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害突发性强,演变速度快,次生灾害严重,影响范围大;隧道突水突泥灾害的孕险环境因素有长条状谷地汇水负地形、水资源丰富、导水通道发育、岩层水稳定性差,而超前勘探工作不充分、注浆效果不到位及施工扰动是灾害的主要致灾因子,岩体受地下水浸泡软化,岩层在静水压力作用下被击穿,掌子面发生局部渗流失稳,形成突水通道,渗流转变为管道流,形成突泥通道,在静水压力和动水冲刷的共同作用下迅速演化发展成突水突泥灾害,同时引发地表塌陷、河流断流、池塘干涸等次生灾害;通过修正帷幕注浆参数,隧道注浆治理段开挖面整体稳定性显著增强,稳定渗流量减少53.78%~80.19%,对隧道堵水加固效果明显,能有效防治了突水突泥灾害,确保工程施工安全,缩短建设工期,增大工程效益。研究成果对全强风化花岗岩隧道防治突水突泥灾害具有一定指导意义。     

正盘台隧道超前帷幕注浆合理范围

富水隧道开挖易引起突涌水、掌子面失稳和支护结构位移过大等问题,采用帷幕注浆可加固围岩并止水,进而保障隧道施工安全。为寻求合理超前帷幕注浆范围,本文依托京张铁路正盘台隧道实际,通过FLAC3D数值模拟手段建立了渗流场与应力场的耦合模型,研究深埋富水段隧道超前帷幕不同注浆范围对围岩稳定性和渗流规律的影响,从而指导工程实践。研究表明：全断面帷幕注浆和全周边注浆可较好满足正盘台隧道不同渗水段安全需求。     

岷江某水库蓄水运行期进水口高边坡变形特征模拟研究

岷江某电站库区前期地质勘查资料表明,枢纽区地下水类型主要有第四系覆盖层孔隙性潜水和基岩裂隙水。水库蓄水后水位抬升127m,对条形山脊两侧边坡地下水渗流场产生较大的影响,不仅改变边坡地下水原有渗流场特征及其补、径、排条件,而且由此产生孔隙水压力,对边坡稳定性产生较大的影响。利用地质原型和开挖边坡地质-力学模型(GMD模型),建立水库蓄水过程中,条形山脊地下水的渗流模型及水岩作用模式。进一步考虑蓄水渗流场的变化,对不同蓄水位高边坡的稳定性进行了数值模拟研究,探讨蓄水过程中,条形山脊高边坡形变场特征及其稳定性状况。三维数值仿真显示,水库溢洪道进水口与EL.885m平台下方L11层位(EL.840~852m)与2#泄洪洞的洞脸边坡左上方(EL.833.59~847.50m),为大变形集中部位。水库进水口一侧边坡在库水位上升过程中,岩体的变形范围将随水位的增高逐渐扩大,量级呈递增趋势。受蓄水位的影响,水库进水口边坡的临江(Y方向)位移往山内方向顺层滑移还是朝山外倾倒拉裂不定,层间剪切错动带成为正负位移的"转换断层"效应。     

闽南小净距隧道中夹岩力学特性与加固措施

为研究山区浅埋偏压小净距隧道开挖对中夹岩力学特性的影响,以福建三明莆炎高速公路布盂隧道为工程背景,采用Midas GTS有限元软件建立三维数值模型,分析了浅埋偏压小净距隧道中隔壁法施工条件下中夹岩柱的力学特性,并提出了采用中空注浆锚杆的中夹岩注浆加固技术。结果表明,隧道浅埋偏压条件下采用中隔壁法施工,围岩与初支变形相对较小,但拱腰位置中夹岩变形应加强监控;小净距隧道开挖施工,中夹岩柱会产生水平位移,拱腰位置左右线隧道平均水平位移为 4.25 mm;采用小导管注浆加固的中夹岩柱正应变和塑性区显著减小,左右线隧道拱腰位置中夹岩应变分别减小77%和81%,拱脚位置应变分别减小85%和80%;结合数值模拟分析结果和现场设计,采用 5 m长中空锚杆对小净距段中夹岩进行注浆加固,提高了中夹岩柱的整体稳定性,保证了隧道施工安全,为后期类似工程提供了较好的借鉴意义。