海底隧道复合注浆机制研究及工程应用
海底隧道注浆材料耐腐蚀性能研究及工程应用
文章编号：1009-6582（2022）01-0256-07DOI:10.13807/ki.mtt.2022.01.030收稿日期：2021-03-05修回日期：2021-04-22作者简介：焦雷（1985-），男，硕士，高级工程师，主要从事隧道与地下工程施工管理与科研工作，E-mail ：摘要：海水具有较强的腐蚀性，极容易通过围岩薄弱区域侵蚀破坏隧道衬砌结构，为保证支护结构的耐久性，文章以普通硅酸盐水泥为基材，通过调节减水剂、速凝剂和高分子聚合物的掺量来设计耐腐蚀注浆材料的配合比，并对不同配合比注浆材料进行了耐腐蚀指标测试和现场注浆效果检验。
室内试验结果表明，该注浆材料试块（水灰比为0.65~1.0）在海水浸泡360d 的强度腐蚀系数大于0.80，体积稳定性良好；为加快侵蚀速度，将试块浸泡在饱和MgSO 4溶液中，注浆材料试块（水灰比为0.65）浸泡360d 的强度腐蚀系数大于0.80，体积稳定性仍良好。
通过现场注浆试验对结石体强度进行测试，测试结果表明，在饱和MgSO 4溶液中浸泡180d 的浆液结石体的点荷载强度均值为0.931kN ，比未浸泡试块的强度均值0.984kN 减少了5.5%，进一步验证了注浆材料的耐腐蚀性能。
关键词：海底隧道；注浆材料；耐腐蚀性；强度腐蚀系数；体积稳定性中图分类号：U455.49文献标识码：A海底隧道注浆材料耐腐蚀性能研究及工程应用焦雷（中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司，洛阳471002）引文格式：焦雷.海底隧道注浆材料耐腐蚀性能研究及工程应用[J].现代隧道技术,2022,59(1):256-262.JIAO Lei.Study on Corrosion Resistance of Grouting Materials for Subsea Tunnels and Its Engineering Application[J].ModernTunnelling Technology,2022,59(1):256-262.1引言海底隧道投资巨大，对结构的耐久性要求高，通常以100a 或更长的时间作为设计基准期。
海底隧道注浆止水及加固地层施工技术
海底隧道注浆止水及加固地层施工技术1.隧道注浆止水及加固地层设计介绍海底隧道与一般山岭隧道最显著的差异就是涌水源是无限的海水，必须止水。
根据设计资料，本隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖施工前需进行注浆止水及加固措施。
Ⅳ级围岩主要分布在断裂影响带或接近弱风化带处。
岩体破碎或有软弱夹层，呈碎裂结构或硬岩夹软岩的松软结构，渗透性较好，掌子面常会出现泉涌状出水，水压大时可发生大的变形破坏。
隧道开挖时，一般采用超前小导管注浆和钢拱架支撑相结合等综合支护措施。
Ⅴ级围岩主要为构造破碎带或类似强风化等散体状岩体，无自稳能力，隧道开挖采用超前管棚、超前小导管加钢拱架支护预支护措施，海域段采用超前帷幕注浆止水、加固措施。
2.隧道断层破碎带分布及采取超前帷幕注浆措施的地段隧道断层分布及需采取超前注浆堵水措施的地段3.注浆止水及加固地层施工方案根据设计图纸，本工程采用的注浆止水及加固地层主要采用全断面（帷幕）超前预注浆、超前周边预注浆、开挖后径向注浆、补注浆等。
根据超前地质预报（超前钻孔、红外探水、高分辨率直流电法等）确定掌子面前方地层含水量情况，若前方地层含水量较大，有可能发生涌水，则采取全断面超前预注浆的措施，若只是局部有发生涌水的可能，则进行局部超前预注浆；开挖完成后就尽快进行初期支护施工，并进行围岩径向注浆，进一步封堵渗水通道，进行径向注浆后，若仍有部分地断渗水，则进行补注浆。
开挖后径向注浆及补注浆主要指的是开挖后掌子面注浆止水和初期支护后局部注浆止水；开挖掌子面局部注浆止水适用于掌子面开挖后围岩表面裂隙线状出水及面状淋渗水处，注浆参数、浆液种类和注浆方式将根据施工现场实际情况来确定；初期支护后注浆止水指的是初期支护喷射混凝土表层出现明显集中渗漏水情况时，为了保证工程质量和下道工序的正常施工，在渗漏水处进行注浆止水。
3.1.超前周边预注浆超前周边预注浆主要采用超前小导管注浆。
导管孔钻打前，进行孔位测量放样，孔位测量做到位置准确，钻孔要按放样进行，并设方向架控制钻孔方位，使孔位外插角度符合设计要求。
4.5 注浆技术在隧道施工过程中的具体应用内容
注浆技术在隧道施工过程中的具体应用内容
注浆技术在隧道施工过程中有以下具体应用内容：
1. 岩体固化和加固：注浆技术用于固化和加固隧道周围的岩体，以提高隧道的稳定性和抗冲刷能力。
注浆材料通常是水泥浆或聚合物浆料，通过注入岩体中形成坚固的胶结体，使其具有更高的强度和抗剪切性。
2. 密封隧道：注浆技术可用于隧道的密封，以防止地下水和土壤渗入隧道内部。
这对于避免地下水压力和泥石流的侵袭非常重要，同时也可以减少水泥灌浆对环境的污染。
3. 隧道底板加固：注浆技术常用于隧道底板的加固，特别是在软土或松散土壤地层中施工隧道时。
注浆可以增加底板的承载能力，防止下沉和变形。
4. 隧道衬砌固结：注浆技术可用于隧道衬砌的固结，即在隧道衬砌与周围岩体之间形成坚固的胶结体，以增强隧道的稳定性和抗冲刷性能。
5. 断层带加固：在隧道施工过程中遇到断层带时，注浆技术可用于加固和稳定断层带。
通过注浆填充断层带，可以减少地质灾害的发生并提高隧道的安全性。
总之，注浆技术在隧道施工中的应用范围广泛，主要用于岩体固化和加固、密封隧道、底板加固、隧道衬砌固结和断层带加固等方面，以提高隧道的稳定性和安全性。
富水复合地层盾构法隧道施工及其装备优化关键技术与应用
富水复合地层盾构法隧道施工及其装备优化关键技术与应用1. 引言1.1 概述在现代城市化进程中，地下交通系统的建设一直是解决城市交通拥堵问题的关键所在。
然而，在许多城市建设过程中遇到了一个共同的挑战，即复杂多变的地质环境和大量富水地层给隧道施工带来了很大困难。
为了克服这些困难并提高施工效率，富水复合地层盾构法应运而生。
1.2 文章结构本文旨在全面探讨富水复合地层盾构法隧道施工及其装备优化关键技术与应用。
文章分为五个部分：引言、富水复合地层盾构法隧道施工技术、富水复合地层盾构法隧道装备优化技术、富水复合地层盾构法隧道施工技术在实际工程中的应用以及结论与展望。
1.3 目的本文的目的是系统阐述富水复合地层盾构法隧道施工及其装备优化关键技术，深入分析该方法在实际工程中的应用，并总结经验教训，为相关领域的从业人员和研究者提供一些有价值的参考和借鉴。
通过本文的撰写，旨在促进富水复合地层盾构法隧道施工技术的发展和应用，为城市交通建设贡献力量。
2. 富水复合地层盾构法隧道施工技术:2.1 背景介绍:富水复合地层指地下水位高、土层较软或含有水化岩等条件下盾构施工的特殊地质环境。
在传统的盾构施工中，遇到富水复合地层往往会面临一系列挑战，如泥浆稳定性差、密封性要求高、洞口控制难度大等问题。
2.2 工程实施步骤:针对富水复合地层盾构法隧道施工，通常需要进行以下关键步骤：(1) 前期调查：对目标区域进行详细勘察和调查研究，获取地下水位、土壤类型、岩性等相关信息。
(2) 支护设计：根据调查结果，结合盾构机的特点和隧道设计要求，进行支护结构设计，确保在施工过程中维持良好的围岩稳定性和密封性。
(3) 泥浆系统优化：针对富水条件下泥浆稳定性差的问题，可以采用添加剂提高泥浆的黏度和稳定性，并进行系统优化，保持泥浆的持续循环和净化。
(4) 泥水平衡控制：通过合理设计盾构机的喷注量、螺旋输送机的送料速度等参数，实现泥水平衡控制，防止因过量输入或排出导致隧道内外水压差大。
海底隧道涌水量预测及注浆防水分析
海底隧道涌水量预测及注浆防水分析摘要：在道路施工技术飞速发展情况下，海底隧道工程也相继落成，对海底隧道施工中涌水量和注浆防水问题实施探究，以此强化海底隧道的整体施工质量。
本文对海底隧道涌水量预测及注浆防水进行研究，分析海底隧道涌水量预测方式，并总结出地质预报系统、注浆防水设计以及注浆施工工艺等四项注浆防水的步骤，从各个角度分析海底隧道施工中涌水量与注浆防水问题，以此为隧道施工者提供帮助。
关键词：海底隧道；涌水量预测；注浆防水引言：近些年，在我国经济建设事业与交通运输事业的发展中，跨海与跨江交通需求与日益增多，在此情况中，大量海底交通隧道相继开展建设。
海底隧道施工，其工程技术难点在于涌水量预测与注浆防水两项施工环节，对该两项技术内容实施分析，根据海底地形的实际情况，在其土层和最小岩石覆盖层之下，开设交通道路，依照海底隧道建设的坡度问题，开展涌水量预测和注浆防水，提升其施工质量。
一、针对海底隧道的涌水量预测（一）海底隧道围岩渗流场理论解析在开展海底隧道施工时，其主要技术难点便在于涌水量和地下水两点。
由于地下水在岩体之中的渗流情况很复杂，所以在工程技术者可通过构建地下水渗流模型的方式，将该数学模型给予简化处理，使海底隧道施工过程中地下水渗流情况得以还原。
海底隧道所处的地下水具有水头较高以及水流稳定等特点，依照无限含水层的竖井理论，总结出该结论较为适用于高水压隧道施工建设。
将衬砌与地下水头相比较，衬砌外部的表面力，可以在简化数学模型中视为渗透力，将孔隙水压力转换为表面力，并对其进行取值处理，将其投入到简化数学模型计算之中，从而计算出该项海底隧道建设施工中的涌水量和衬砌背后水压力。
在不考虑注浆的前提下，以上述条件为基础数据，建立起该项海底隧道建设项目的渗流模型，并作出以下几项假设：第一，设定本次模型中洞室断面为圆形。
第二，该条隧道所处的渗流，其稳定性较高，且其地下水头也很高。
第三，该条隧道所处的含水层，其水流符合Darcy定律要求。
注浆技术在青岛胶州湾海底隧道的应用及效益分析
注浆技术在青岛胶州湾海底隧道的应用及效益分析摘要：注浆技术在青岛胶州湾海底隧道建设中的推广应用，主要以周边帷幕注浆和局部注浆为主，在保证注浆效果的同时，减少了注浆孔数和提高了注浆效率，达到了国内外先进水平。
为海底隧道提前贯通建成起到了保证性作用，从而实现了良好的经济、社会和环境效益。
关键词：注浆技术；海底隧道Abstract: grouting technique in the Qingdao jiaozhou bay tunnel construction in the popularization and application, mainly around the heavy curtain grouting and the local, to insure the effect of grouting in at the same time, reduce the number and improve the efficiency of the grouting, grouting hole has reached the advanced level both at home and abroad. To ensure sexual role in the tunnel transfixion built early, which achieved good economic, social and environmental benefits.Key words: grouting technique; The channel tunnel主要成果和创新点（1）断层破碎带的注浆加固和地下水排放的控制是青岛胶州湾隧道工程的关键技术问题，本项目紧密结合该工程的地质特点，开展了注浆堵水和涌突水防治技术攻关，对注浆方案、注浆参数、注浆工艺、注浆材料、机械设备配套、防治水和涌突水应急预案进行了系统研究，运用本项目的研究成果在胶州湾隧道工程中取得了显著的效果。
隧道施工中灌浆技术的应用
隧道施工中灌浆技术的应用摘要：灌浆施工在隧道工程中的加固、裂缝填补、后期养护过程中具有广泛的应用。
灌浆施工的本质就是通过预埋管或者钻孔的方法，将符合工程设计的浆液（具有凝胶性和流动性），按照预定的配比、压力注入地层或者是建筑物的缝隙之中，使之结块成硬体后，以达到增加强度和防渗透的目的。
灌浆施工可以按照施工目的分为固结灌浆、回填灌浆、接触灌浆、接缝灌浆等，按照注入材料可以分为水泥浆、水泥砂浆和化学浆等。
灌浆施工不受周边施工环境限制，方便快捷。
对于不能够拆除或变动的结构性隧道区域，或者是受到周边设施限制的区域，都可以直接采用灌浆达到其需求。
灌浆施工黏结效果好，抗渗透性强。
灌浆具有提高岩石的整体强度并进一步恢复混凝土基本结构的作用，同时通过把浆液注入结构内层，使其密实黏结，起到更好的防水性能。
关键词：隧道；灌浆；技术引言灌浆法的应用范围较广，因此在隧道施工中十分常见。
应用灌浆加固法能够解决目标灌浆点周围岩石不均匀沉降的问题。
如果这一问题得不到解决，隧道的承载力就无法提升，影响到隧道工程的最终施工效果。
因此在注浆过程中，进行围岩加固是工作人员应当关注的重点。
只有如此，才能让隧道建设达到理想状态，工作人员需要对此引起足够的重视。
1隧道施工问题1.1易发生塌方事故公路隧道施工过程中极易受到山体、水文、地质等因素影响，使发生塌方事故的概率明显增加，再加上施工过程中防护措施不到位，以致隧道围岩出现较大变化，严重影响施工安全。
1.2结构裂缝隧道施工期间，受外界温度变化的影响，混凝土结构表面出现较多裂缝，同时由于施工环节工作人员操作不当或者施工流程较为复杂，导致隧道结构的安全性与稳定性降低，增大了结构裂缝的产生概率。
如果隧道出现比较多的结构裂缝，会明显降低结构的可靠性与安全性，严重影响隧道工程的正常运营，缩短其使用寿命。
另外，在隧道施工环节，受不均匀沉降的影响，混凝土结构易出现裂缝，为此，要求施工单位严格控制混凝土材料质量，在提高混凝土结构强度的基础上，从根本上减少结构裂缝的出现。
隧道注浆技术研究与应用分析
隧道注浆技术研究与应用分析隧道注浆技术是一种应用于地下工程中的灌浆技术，通过注入适量的浆液来增强地层的稳定性，提高地下工程的安全性和稳定性。
本文将从隧道注浆技术的研究背景、原理、材料选型、施工工艺、质量控制等方面进行分析和探讨。
一、隧道注浆技术的研究背景隧道工程的建设是现代城市发展中必不可少的一环，而地层的复杂性和不可预测性给隧道工程的建设带来了极大的挑战。
因此，如何提高隧道工程的稳定性、防止地层塌方和水侵等问题成为了研究的重点。
隧道注浆技术的出现正是为了解决这些问题。
二、隧道注浆技术的原理隧道注浆技术通过注入适量的浆液来填充地下空腔和裂隙，从而增强地层的稳定性。
注浆材料中的固体颗粒能够填充地层的空隙，形成骨架结构，而浆液则能填充地层的裂隙，增加地层的密实度。
同时，注浆材料还能与地层固体颗粒发生化学反应，形成强度较高的胶凝材料。
因此，隧道注浆技术能够改善地层的力学性能，提高地下工程的安全性和稳定性。
三、隧道注浆技术的材料选型隧道注浆技术的应用需要选择合适的注浆材料。
一般来说，注浆材料应具有较好的流动性、可逆性和附着性。
常用的注浆材料包括水泥浆、水玻璃浆、聚氨酯浆等。
水泥浆能够形成较高的强度，在地下工程中应用广泛；水玻璃浆具有较好的润湿性和透水性，适用于一些需要控制地下水流的工程；聚氨酯浆则具有较好的柔软性和黏附性，适用于含水层较多的地层。
四、隧道注浆技术的施工工艺隧道注浆技术的施工工艺包括准备工作、注浆设备的选择和施工步骤等。
首先需要对地层进行调查和勘探，确定注浆工艺的具体要求。
然后根据实际情况选择注浆设备，包括混凝土搅拌车、注浆泵等。
最后按照施工步骤进行注浆施工，包括注浆孔的钻探、浆液的配置和注浆操作等。
五、隧道注浆技术的质量控制隧道注浆技术的施工需要进行质量控制，以确保注浆效果的达到设计要求。
质量控制主要包括注浆材料的质量检查、注浆设备的检测和施工现场的监测等。
注浆材料的质量检查需要对原材料进行检测和验收，确保其符合相关标准。
土木工程毕业论文(海底隧道建设中的技术分析与应用)
土木工程毕业论文《海底隧道建设中的技术分析与应用》摘要：随着社会的不断发展，海底隧道作为交通基建设施的重要组成部分，对全球各个国家的城市发展贡献巨大。
本文以近年典型海底隧道建设为案例，结合海底隧道施工特点，详细分析了隧道建设中常用的技术方法，探讨了其应用情况、存在的问题及其应对措施。
同时，本文还提出了相应的改进和完善建议，以期使海底隧道建设得以更好地应用和发展。
关键词：海底隧道，建设技术，应用情况，存在问题，改进建议第一章绪论1.1 研究背景及意义随着人们生活水平和交通需求的不断提高，海底隧道作为交通基建设施，对于城市交通网络的完善与城市经济的发展具有重要作用。
但随之而来的，是建设难度的加大。
深入研究海底隧道建设技术的应用情况及存在问题，对于改善施工效率，减少其带来的环境和社会风险具有一定的实际意义。
1.2 目的和内容本文旨在分析海底隧道建设中常用的技术方法，介绍其应用情况和存在问题，并提出相应的改进和完善建议。
主要内容包括：海底隧道建设技术介绍，应用情况及存在问题分析，改进建议等。
第二章海底隧道建设技术介绍2.1 海底隧道施工技术海底隧道建设技术较为复杂，主要包括机械挖掘、地下预抽水、浅海底隧道盾构开挖、液压钻、倾斜钻等多个方面。
2.2 技术应用海底隧道建设技术已得到广泛的应用，对于提高建筑施工效率，提高施工质量、保证安全等方面都具有重要意义。
第三章应用情况及存在问题3.1 技术应用情况现代海底隧道建设技术应用广泛，能够增强施工项目的安全性和效率，减少人为失误，提高建筑施工的质量。
3.2 存在问题尽管现代海底隧道施工技术应用已得到了广泛的推广，但由于海底环境的恶劣、施工过程中数据处理的困难等原因，仍然存在不少技术问题。
比如测量误差较大、工业废料排放不规范等问题，给整个项目带来了极大的风险。
第四章改进建议4.1 完善施工技术适应海底隧道场地的特点，完善相应的施工技术和工程管理体系，加强施工人员培训，提高技能和语言沟通能力，保证海底隧道建设技术的有效应用。
海底隧道混凝土浇筑技术研究
海底隧道混凝土浇筑技术研究一、前言海底隧道作为一种重要的交通运输设施，其建设对于城市的交通运输、经济发展等方面具有重要的意义。
在海底隧道的建设过程中，混凝土浇筑技术起着至关重要的作用。
本文将从海底隧道混凝土浇筑技术的研究入手，探讨混凝土浇筑技术的优化、改进和应用，为海底隧道的建设提供技术支持。
二、海底隧道混凝土浇筑技术概述1. 海底隧道混凝土浇筑技术的基本原理海底隧道混凝土浇筑技术是指在海底隧道施工过程中，将混凝土逐层浇筑至隧道内部的一种技术。
其基本原理是通过混凝土的浇筑，形成一层坚固的隧道壁和顶板，保证海底隧道的稳定性和安全性。
2. 海底隧道混凝土浇筑技术的特点海底隧道混凝土浇筑技术具有如下特点：（1）施工难度大：海底隧道混凝土浇筑技术需要在海底环境下进行施工，受到海水、潮汐、海流等因素的影响，施工难度大。
（2）施工周期长：海底隧道混凝土浇筑技术需要逐层进行施工，每一层的浇筑需要一定的时间，施工周期长。
（3）施工成本高：海底隧道混凝土浇筑技术需要使用大量的材料和设备，施工成本高。
（4）施工安全难保障：海底隧道混凝土浇筑技术需要在海底环境下进行施工，受到自然环境的影响，施工安全难以保障。
3. 海底隧道混凝土浇筑技术的发展现状目前，海底隧道混凝土浇筑技术已经得到了广泛的应用。
在国内，已经建成了多条海底隧道，如上海海湾隧道、厦门海底隧道等。
在国外，欧洲、美国等发达国家也建设了多条海底隧道。
三、海底隧道混凝土浇筑技术的优化与改进1. 海底隧道混凝土浇筑技术的优化方向海底隧道混凝土浇筑技术的优化方向主要包括如下几个方面：（1）施工工艺的优化：通过优化海底隧道混凝土浇筑的施工工艺，提高施工效率，降低施工成本。
（2）材料的优化：通过优化混凝土材料的配合比、使用新型混凝土材料等，提高混凝土的强度和耐久性。
（3）设备的优化：通过使用新型设备、自动化浇筑设备等，提高施工效率，降低施工成本。
2. 海底隧道混凝土浇筑技术的改进方向海底隧道混凝土浇筑技术的改进方向主要包括如下几个方面：（1）施工质量的改进：通过加强施工管理、严格控制混凝土配合比、加强混凝土的养护等，提高施工质量。
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35 m，以强风化花岗闪长岩为主，其产状为灰黄色、 含褐黄条带、夹二长岩脉且局部有白色腊状高岭土。 根据隧道超前预报探测结果及超长探孔地质资料， 风化槽大体成左窄右宽、上薄下厚近似横放的喇叭 状，如图 2 所示。
RA RB
施工斜井
图3
裂纹模型示意图
Fig.3 Sketch of fracture model
确定隧道允许排水量 Qd 衬砌的背后水压 P1 注浆圈允许的涌水量 Qg 注浆圈参数的合理范围 注浆圈流–固耦合模拟分析 (注浆圈厚度影响和注 浆圈渗透系数影响)
海底隧道施工中的突涌水事故多发生在不良地 质段及地层结构界面位置。不良地质体及结构界面 的稳定性及其与海水的连通状况对施工技术和工程 有重要影响 。地层的注浆加固是隧道穿越不良地 质体及结构界面的核心技术，各国在海底隧道修建 过程中无一不采用注浆技术解决渗水和软弱地层问 题。海底隧道复杂的地质条件和特殊的水边界，使 单一的注浆方式和注浆材料往往不能达到理想的效 果。因此提出了复合注浆技术，即采用多种注浆方 式和注浆材料，根据具体地层条件，按照一定的时 空顺序对被注载体进行注浆，从而达到最大适用地 层范围和最佳加固效果的新型注浆技术。从本质上 讲，海底隧道复合注浆是单一注浆的发展和创新。 国外发达国家从 20 世纪 30 年代就开始修建海底 隧道，在海底隧道施工方面研究成果较多[2-3]。在国 内，海底隧道的修建刚刚起步， 关于海底隧道的设计、 施工的分析总结工作都尚在进行中。李治国等[4]对 全、 强风化花岗岩软弱地层中注浆堵水加固技术进行 研究，证明了全断面超前预注浆技术的可行性。华 渊 等 对比分析了穿越 F1 风化槽段的总体施工技术建 议方案，阐述了钻爆法穿越 F1 风化槽的施工方案与 施工注意事项。甘恩来和牟 松 针对 Fl 风化槽的工 程地质条件，研究了全断面帷幕注浆后进行超前大管 棚支护的必要性。张明聚等[7-8]也做了相似的分析总 结。以上研究基本上是针对施工技术的描述和总结。 从国内外的隧道施工现状及发展趋势看，海底隧 道施工技术尚不成熟，注浆工程的设计处于半理论、 半经验的状态，特别是对复合注浆技术的研究几乎是 一片空白。因此，注浆堵水的理论和方法还需进一步 研究和完善。本文针对厦门海底隧道 F1 风化槽的地 层特点，利用颗粒流软件对全、强风化花岗岩地层复 合注浆过程进行仿真模拟，分析复合注浆机制，总结 了常见的复合注浆加固模式。结合海底隧道穿越 F1 风花槽复合注浆工程的成功实践，形成了海底隧道风 化槽复合注浆堵水关键技术。
3
风化花岗岩地层注浆细观模型
工程施工的灵魂性技术。海底隧道采用“堵水限 排”的防排水设计原则，能够以较小的排水量显著
3.1 F1 风化槽工程地质特性 海底隧道右线 F1 风化槽 YK8+326～460 段长 134 m，海水深度 10～18 m，洞顶覆盖层厚度 30～
第 31 卷
第3期
张顶立等：海底隧道复合注浆机制研究及工程应用
MECHANISM OF COMPOSITE GROUTING IN SUBSEA TUNNEL AND ITS APPLICATION
ZHANG Dingli，SUN Feng，LI Pengfei
(Tunnel and Underground Engineering Research Center of Ministry of Education，Beijing Jiaotong University， Beijing 100044，China)
第 31 卷
第 3 期
2012 年 3 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.31 No.3 March， 2012
海底隧道复合注浆机制研究及工程应用
张顶立，孙 锋，李鹏飞
(北京交通大学 隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044)
Abstract：Because of the complicated geological condition and especial water condition，the simplex grouting scheme and material can not arrive at the perfect effect， and the composite grouting technique is introduced， which can take advantage of different grouting technologies and materials. The composite grouting is an economic and effective measure to strengthen the weathered slot to the full extent，which means that grouting in the ground by using different grouting technologies and materials can solve the problems of permeability，strength and stability of the surrounding rock during tunnel excavation according to a special time and space sequence. Based on the characteristic of strong weathered granite stratum，the composite grouting process is simulated by particle flow code(PFC). Then，the composite grouting mechanism is revealed and several grouting reinforcement schemes are proposed. Combining the successful application of composite grouting to weathered slot F1 of Xiamen subsea tunnel，the key technique and evaluation indices of composite grouting for water blockage in weathered slot of subsea tunnel are presented，so as to provide references and guidelines for the engineerings of passing through unfavorable geologic bodies during subsea tunnel construction. Key words：tunnelling engineering；weathered slot in subsea tunnel；composite grouting；particle flow code(PFC) meso-simulation；reinforcement schemes；evaluation indices
摘要：由于海底隧道复杂的地质条件和特殊的水边界，单一的注浆方式和注浆材料不能达到理想的效果，因此提 出复合注浆。复合注浆是采用多种注浆方式和注浆材料，根据具体地层条件，按照一定的时空顺序对被注载体进 行注浆，其机制在于分步改善工程载荷作用的边界条件，解决围岩的渗透、强度和稳定性问题。基于风化花岗岩 地层的特点，利用颗粒流软件对注浆过程进行仿真模拟，揭示复合注浆机制，并提出常见的复合注浆加固模式。 结合厦门海底隧道右线 F1 风化槽复合注浆工程的成功实践，形成风化槽复合注浆堵水关键技术及评价指标，研 究成果可为海底隧道安全穿越不良地质体提供参考和指导。 关键词：隧道工程；海底隧道风化槽；复合注浆；颗粒流细观模拟；加固模式；评价指标 中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2012)03–0445–08
[6] [5] [1]
注浆圈参数值 t g， Kg
图1
确定注浆圈合理参数的流程
Fig.1 Flow chart for determining parameters of grouting circle
在给定的地层条件下，应用不同的注浆材料和 工艺参数时，其效果存在较大差异，甚至关系到某 些重要工程的成败。 从注浆机制可以看出， 不同的注 浆方式和注浆材料存在不同的使用条件，且注浆效果 也不同。而实际工程的具体条件是千变万化的，采用 单一的注浆方式和注浆材料往往达不到目的，因而提 出了复合注浆。 合理的注浆加固范围应由隧道涌水量和围岩稳 定性 2 个方面综合确定。根据王秀英等[9]的研究， 就目前的注浆技术水平，将注浆圈渗透系数降低为 注浆前围岩渗透系数的 1/50 是比较可行和经济的。 因此，确定厦门海底隧道 F1 风化槽注浆圈渗透系 数为围岩渗透系数的 1/50，即 4.6×10
收稿日期：2011–09–15；修回日期： 2011–12–12 基金项目： 国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB732100)；国家自然科学基金资助项目 (51134001) 作者简介：张顶立(1963–)，男，博士，1995 年于中国矿业大学采矿工程系获博士学位，现任教授、博士生导师，主要从事隧道及地下工程方面的教 学与研究工作。E-mail：zhang-dingli@
式中： d 为两颗粒之间的距离，RA 为颗粒 A 的半径，
RB 为颗粒 B 的半径。
全、强风化花岗岩地层强度低，在地下水位以 下几乎无自稳能力，对水的浸透作用十分敏感，遇 水膨胀，容易发生渗透破坏。由于其孔隙率低，可 灌性极差，易发生突水风险，直接关系到隧道施工 的安全，是本工程建设的关键。全、强风化花岗岩 地层渗透系数很低，属致密性土体，难以实现渗透 注浆，只能实行压密–劈裂式注浆加固。 土体注浆后的宏观表现必然与其内在的细观特 性有关，离散元作为描述非连续介质的方法之一， 已经在许多工程中得到了应用，其可以克服传统宏 观连续介质力学模型的连续性假设，更接近于工程 实际。传统注浆理论在对注浆技术本身进行研究的 同时，缺乏对被注介质的深入研究。 3.2 颗粒流理论基础 (1) 颗粒流模型中裂纹的定义与表示 在颗粒流软件(PFC)中，颗粒黏聚力由颗粒间的 法向黏结强度、切向黏结强度和颗粒间的摩擦因数 确定。如果颗粒间的实际轴向拉力大于轴向黏结强 度的初始设定值或者切向力大于切向黏结强度的初 始设定值，那么颗粒间的黏结就会发生破坏，产生 微裂纹。 任一裂纹可简化为一个圆柱面，其法线方向在 模型平面内如图 3 所示。 每个微裂纹由厚度、 半径、 法向方向以及中心点位置来表示。其中，裂纹厚度 等于 2 个颗粒间的间隙，半径为两颗粒连接柱面的 中面长度，法向方向与两颗粒中心点的连线方向一 致