隧道工程富水断层破碎带注浆加固机理及应用研究

隧道工程富水断层破碎带注浆加固机理及应用研究

发表时间：2018-07-23T15:49:07.770Z 来源：《防护工程》2018年第6期作者：蒋新哲

[导读] 隧道交通的发展道路还很长，因此对隧道交通过程中遇到的任何问题都不可小看，都要深入研究进一步分析，解决隧道过程中的问题和灾害。

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摘要：富水断层破碎带突水突泥是隧道修建过程中常见的地质灾害之一，注浆法为有效的治理方法。然而，由于地质环境、不同类型浆液、被注介质内部结构自身及其相互作用关系极为复杂，注浆治理理论远远滞后于工程实践，亟需深入研究。本文研究了断层破碎带注浆加固机理，高承压水环境下注浆加固岩体稳定性与渐进失稳规律，以及断层突水突泥灾害复合控制注浆方法，取得一系列研究成果。

关键词：隧道工程、富水断层破碎带注浆加固机理、应用研究

前言：

随着我国经济的快速繁荣发展，民众对便捷生活的追求以及完成我国经济发展的根本意义，使得隧道工程的快速发展和稳定向上成为了我国迫在眉睫的任务。但是由于我国存在许多地质环境多变的地区，这也使得我国是世界上隧道与地下工程建设规模、数量和难度最大的国家。随着我国交通基础设施建设中心逐步转移到地质环境复杂多变的偏远地区，隧道和地下工程建设面临的考验愈加复杂。隧道工程富水断层破碎带注浆加固是隧道修建过程中危害性最高的地质灾害之一，是制约我国隧道发展建设的瓶颈，是我国隧道发展建设的大难题。隧道工程富水断层破碎带注浆加固引发的地标塌陷等次生灾害，引发了一系列社会问题和生态环境问题，给人民给国家带来了极其惨重的生命财产损失，使得我国隧道经济发展难以前进，止步不前。

一、隧道工程：

近年来，随着我国交通建设行业的不断发展，越来越多的工程项目开工建设，交通建设投资比重逐步加大，全国各地兴起了公路隧道建设的新高潮。伴随着工程建设的高速发展，施工过程中出现的问题也越来越多，这些问题常常包含着各种不安全因素，诸多安全问题甚至会演化为施工风险事故，给国家公路隧道的建设带来了严重的损失。隧道是修建在地下或水下或者在山体中，铺设铁路或修筑公路供机动车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。

道路隧道的建设过程主要为隧道规划、勘测、设计、贯通控制测量和施工等工作。隧道规划即是根据所要开挖的隧道所在的地理位置和地理环境，合理的规划隧道类型。自英国于1826年起在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建泰勒山单线隧道和维多利亚双线隧道以来。英国，美国，法国等多国相继修建了大量铁路隧道。而自1876年修建美国胡萨克铁路隧道时，开始采用硝化甘油炸药代替黑火药，使得隧道施工技术及速度得到进一步发展。20世纪60年代以来，隧道机械化施工水平有很大提高。中国于1887～1889年在台湾省台北至基隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道，是中国的第一座铁路隧道，长261米。京张铁路关沟段修建的4座隧道，是用中国自己技术力量修建的第一批铁路隧道。自20世纪50年代以来，隧道修建数量大幅度增加，1950～1984年期间共建成标准轨距铁路隧道4247座，总延长2014.5公里，成为世界上铁路隧道最多的国家之一。中国铁路隧道约有半数以上分布在川、陕、云、贵4省。成昆、襄渝两条铁路干线隧道总延长分别为342及282公里，占线路总长的比率分别为31.6%和34.3%。

隧道勘测是为了确定隧道位置、施工方法和支护、衬砌类型等技术方案，对隧道地处范围内的地形、地质状况，以及对地下水的分布和水量等水文情况要进行勘测。在隧道勘测和开挖过程中，须了解围岩的类别。隧道设计包括隧道选线、纵断面设计、横断面设计、辅助坑道设计等，还包括洞门设计、开挖方法和衬砌类型的选择等。我国公路隧道随着交通建设的高速发展而不断增加，目前国家将建设重点向我国西部地区转移，高速公路网的建设必须面临大量的隧道工程。由于我国地域辽阔，占地面积大，地形极其复杂，山地、丘陵和高原的广泛分布使得我国的隧道工程建设迫在眉睫，对于这些地形多变，环境多变的地区，隧道工程作为最有效的直接穿行方案，必须保障人民的生命财产安全，因此隧道工程建设过程中的稳定性和安全性就相当重要。

二、富水断层破碎带注浆加固机理：

交通基础设施是国民经济的重要组成部分，隧道工程是交通基础设施的重要组成部分。因此在我国未来的发展规划中，交通基础设施的建设是相当重要的。为了使我国隧道交通建设发展稳步前进，就要将隧道交通施工过程中的重大问题从根本解决掉，将隧道交通施工过程中可能给人民国家带来生命财产损失的问题排除掉。断层破碎带是诱发突水突泥的主要地质灾害源之一，断层破碎带的规模越大，内部充填介质越软弱，地下水运动越活跃，对工程的扰动性越大，对地应力和水压的影响使得断层破碎带极易引发突水突泥灾害，给人民带来巨大的生命财产损失。在隧道施工过程中，大量的突水突泥灾害案例和工程实践表明。富水断层破碎带是隧道安全修建的关键因素。富水断层破碎带的构造发育特征，充填状况和水文地质都是导致突水突泥灾害的主要因素。目前在隧道地质灾害的研究中。断层破碎带的力学机制和运动规律发生机理是隧道地质灾害的主要研究内容之一。但是由于我国隧道建设发展时间较短，很多专业理论知识有一定的缺乏。对断层破碎带灾害注浆治理理论和技术研究不足。导致在我国隧道建设过程。中，灾后注浆治理方案设计以及施工方法等方面缺乏专业的理论支撑。无法，专业有效的对灾后注浆进行治理，改善注浆加固技术以及施工方法。导致我国对隧道建设灾后治理工作没有相关的标准，治理方法杂乱无序，灾后治理方案过于保守。由于手段的盲目保守，造成灾后治理时间不能进一步确定，对于隧道工程建设的工期，成本和施工安全来说都是一个不稳定的因素。因此对富水断层破碎带注浆加固机理的研究，是我国隧道建设工程能否稳定发展的重要决定因素之一。而对隧道灾后注浆治理课程的研究，也是我国隧道建设工程理论研究中相当重要的课题。由于隧道地下水害的严重危害性，早在20世纪50年代，研究人员就开始重视隧道突水突泥地质灾害防治技术的研究。但是该阶段理论研究一直处于较低水平。我国的基础设备条件难以满足了研究的要求。这就是得该阶段属于隧道突水突泥地质灾害的初级探索阶段。随着我国基础建设的迅速发展，经济的大繁荣。我国的基础设备有了长足的进步，隧道建设过程中遇到的地质条件得到有效的勘测和解决。灾害的危害性能够得到一定的预知。科技人员的治理理念愈来愈深入。这就使得我国隧道灾害防治技术取得了长足的进步。

三、应用研究：

至今注浆技术已有200余年的发展历史。但是由于我国对注浆技术理论研究的起步较晚，因此，我国是从20世纪50年代初开始初步掌握注浆技术的。但是，由于我国对隧道建设的要求较大，因此我国对注浆技术的研究发展速度相当快。60年代开始，我国开始将注浆技术