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我国是一个多山的国家,随着路网向山区延伸,公路建设不可避免的要穿越各种高山峻岭,山岭隧道也变得越来越广泛。山区地质条件复杂,山岭隧道修建过程中往往需要穿越富水地段,地下水的存在不仅影响隧道施工过程安全性,造成突水灾害的发生,而且很容易造成一系列生态环境问题。富水山岭隧道的安全问题显得尤为突出。本文以春天门富水山岭特长隧道为工程背景,通过FLAC(3D)软件进行数值模拟分析,结合春天门隧道富水段现场注浆堵水试验,研究富水山岭隧道突水致灾构造及其突水模式,分析春天门隧道富水段注浆堵水限排对策,进一步研究高压富水山岭隧道安全性控制措施,提出隧道水压力监测预警系统。本文的主要研究内容及成果如下:
(1)总结分析富水山岭隧道突水突泥致灾构造,将其归纳为五种类型:断裂作用形成的破碎带、溶蚀作用形成的富水溶腔、侵蚀作用形成的富水裂隙带、褶皱作用形成的富水向斜、地下水连通作用形成的管道及暗河。
(2)将富水山岭隧道突水灾变模式归纳总结成三种划分方式:基于隔水岩盘破坏机理的突水模式、基于灾害发生时间的突水模式以及基于灾害发生空间位置的突水模式。
(3)对春天门富水段现场注浆堵水试验进行了分析,得出水泥单浆液凝结时间长、凝结后强度低,而试验制备得到的水泥-水玻璃浆液能够有效地克服单浆液的缺点,并应用于隧道富水断层破碎带地段径向后注浆施工过程。
(4)通过轴对称简化的隧道渗流模型,推导了富水山岭隧道排水量计算公式,得到了注浆圈厚度以及注浆圈渗透系数与隧道排水量之间的相互关系曲线。
(5)结合春天门富水山岭特长隧道实际工程资料,采用FLAC(3D)数值模拟分析软件,对不同衬砌限排方式、不同注浆圈厚度、不同注浆圈渗透系数进行了分析模拟。数值模拟分析得出衬砌背后水压力、隧道排水量与注浆圈厚度、注浆圈渗透系数k1与围岩渗透系数k2比值大小相关,并得到了隧道从开挖到修筑二次衬砌过程的排水量。
(6)结合前文研究的致灾构造类型、灾变模式,提出了高压富水山岭隧道水压力监测预警系统,总结了典型致灾构造情况下高压富水隧道突水灾害的针对性控制对策。
(1)总结分析富水山岭隧道突水突泥致灾构造,将其归纳为五种类型:断裂作用形成的破碎带、溶蚀作用形成的富水溶腔、侵蚀作用形成的富水裂隙带、褶皱作用形成的富水向斜、地下水连通作用形成的管道及暗河。
(2)将富水山岭隧道突水灾变模式归纳总结成三种划分方式:基于隔水岩盘破坏机理的突水模式、基于灾害发生时间的突水模式以及基于灾害发生空间位置的突水模式。
(3)对春天门富水段现场注浆堵水试验进行了分析,得出水泥单浆液凝结时间长、凝结后强度低,而试验制备得到的水泥-水玻璃浆液能够有效地克服单浆液的缺点,并应用于隧道富水断层破碎带地段径向后注浆施工过程。
(4)通过轴对称简化的隧道渗流模型,推导了富水山岭隧道排水量计算公式,得到了注浆圈厚度以及注浆圈渗透系数与隧道排水量之间的相互关系曲线。
(5)结合春天门富水山岭特长隧道实际工程资料,采用FLAC(3D)数值模拟分析软件,对不同衬砌限排方式、不同注浆圈厚度、不同注浆圈渗透系数进行了分析模拟。数值模拟分析得出衬砌背后水压力、隧道排水量与注浆圈厚度、注浆圈渗透系数k1与围岩渗透系数k2比值大小相关,并得到了隧道从开挖到修筑二次衬砌过程的排水量。
(6)结合前文研究的致灾构造类型、灾变模式,提出了高压富水山岭隧道水压力监测预警系统,总结了典型致灾构造情况下高压富水隧道突水灾害的针对性控制对策。