砂化白云岩段帷幕注浆影响因素研究

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随着我国交通基础建设的蓬勃发展,隧道建设在交通建设中的比例越来越大,重要程度也越来越高,现如今很多时候,隧道已经成为了一个工程项目的控制性工程。但是随着修建的隧道越来越多,在修建过程中遇到的不良地质情况也日益增多。对隧道工程中遇到的不良地质和相关技术在不良地质中的应用进行相关研究,可以为以后的施工和设计提供相应的指导和借鉴,为安全施工提供保障,因此是很有必要的。本文以重庆市郊铁路(轨道延长线)尖顶坡至璧山段缙云山隧道工程为背景,对帷幕注浆工程在白云岩砂化段隧道中应用的相关问题进行了研究,进行了以下几个方面的工作:1)分析了缙云山隧道白云岩砂化的两个必要前提条件:(1)有水流经过岩体;(2)岩体可溶且自身具有裂隙。而白云岩因为砂化的程度不同而会产生明显的分层,自上而下依次为上层粉质黏土、中层白云岩砂、下层白云岩砂;而在白云岩砂化的过程中,含量最多的CaO、MgO逐渐减少,SiO2含量逐渐增加;Al2O3、Fe2O2通过与SiO2结合经过沉淀形成次生粘土矿物,各种元素的累计或溶蚀过程与白云岩砂化溶蚀过程呈现一定的相关性。2)综合分析了影响帷幕注浆的几个主要因素,主要从注浆压力、材料的选择及浆液的配比、注浆厚度几个方面来分析。给出了注浆压力的计算方法和经验公式;分析了注浆过程中升压的方式:一次升压和分次升压,并分别阐述了二者适用的情况;分析了对比了三种不同注浆材料(单液水泥浆、双液浆、超细水泥)适用的工程情况,及常用的材料配比;给出了三种不同的注浆加固圈厚度计算公式,并利用理论公式和经验公式对缙云山隧道帷幕注浆加固圈厚度进行了计算,得出了最佳注浆圈厚度为6m的结论。3)利用ansys建模进行数值模拟分析,建立了三个注浆材料加固围岩的三维模型,通过分析三个模型的计算结果,得出了双液浆是最适合缙云山隧道白云岩砂化段帷幕注浆工程的注浆材料;建立了一个可以改变注浆加固圈厚度的二维模型,通过改变加固圈厚度记录衬砌结构受力变化情况,发现加固圈厚度对改善结构受力有一定作用,但是作用不大,结合上一个结论中加固圈厚度与防渗水之间的关系,可以得出注浆加固圈厚度对防渗水有较大作用,而对改善结构受力作用不明显的结论,结合防渗水量计算确定最佳注浆厚度参数为6m。4)以缙云山隧道K2+003K1+973白云岩砂化段帷幕注浆工程为例,系统阐述了缙云山隧道砂化白云岩地质段超前帷幕注浆工程的施工方案及过程,就材料选取、参数设计、工艺功法和注浆结果分析进行了详细介绍,总结了缙云山隧道帷幕注浆工程的经验和教训:(1)砂化白云岩粉细砂层中,帷幕注浆的关键因素为注浆压力、注浆材料和帷幕厚度;(2)白云岩砂化段粉细砂充填型溶腔应采用高压劈裂注浆,注浆终压建议为35Mpa,具体实践中可以通过试验取值。并尽量采用超细注浆材料补强,形成高强、早强、均匀型和连续性较好的固结体帷幕,有效地阻断地下水通道,将隧道开挖范围内的水尽量挤向远处。成孔工艺亦是制约注浆质量的主要问题,前进式注浆工艺能够较好的解决成孔质量问题,但应结合现场条件合理调整分段长度,针对白云岩砂化段采取前进式分段注浆工艺,分段长度以0.51米为宜;(3)由于地层的不均一性,地层的吸浆能力差异较大,对于吸浆量大的地层若采用超细水泥,势必增加资金投入,造成资源浪费,因此在注浆过程中应根据具体情况选择适当的注浆材料以保证施工的社会效益和经济效益,具体工程中可以先进行双液浆灌注形成维护圈,再进行超细水泥的局部补强;(4)注浆厚度公式可采用经验公式计算,方便简单,一般地层中可取开挖半径值。这些经验为相关隧道帷幕注浆工程提供了借鉴和参考。5)提出了未来帷幕注浆技术在砂化白云岩岩溶地质中应用的相关问题的研究方向,为后续研究提供了一定的思路。
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