隧道及地下工程修建穿越富水断层破碎带过程中,常发生大规模的突水突泥等地质灾害,给隧道施工安全和周边环境带来巨大的威胁,制约着隧道建设的发展。因此,对隧道断层破碎带突水突泥机理及其注浆治理技术等关键科学问题进行研究,具有重大的科学意义和工程应用价值。本文依托江西省吉莲高速钟家山隧道(现改名为永莲隧道),通过资料收集调研、理论研究、数值模拟分析和现场试验等手段,深入研究了隧道断层突水突泥机理及其灾变演化过程,建立了隧道断层突水突泥注浆治理技术体系,并应用于实际工程,取得了一定的研究成果。(1)系统的分析了断层的结构特征、水文地质特征和岩性特征,揭示了隧道断层突水突泥灾害发生的地质环境特征。在总结分析隧道断层突水突泥普遍特征的基础上,研究了突水突泥灾变特征、发生条件和灾害发生影响因素等规律。(2)在研究地下水对断层带岩体物理、化学和力学扩展综合作用的基础上,分析了破碎岩体充填颗粒迁移、结构变形、孔隙率和渗透率随时间不断增大的变质量流固耦合力学效应,并建立了该过程破碎岩体孔隙率和渗透率随时间的变化关系,探讨了断层带岩体渗流突变失稳致灾机制。(3)以依托工程为背景,采用COMSOL Multiphysics多场耦合数值计算软件,模拟分析了隧道开挖进入断层带过程中应力场、位移场、渗流场的变化规律,从围岩稳定性角度研究了隧道断层突水突泥机理。控制单因素变化,模拟研究了围岩等级、地下水水位、围岩渗透性等地质因素对隧道断层突水突泥的影响。(4)总结分析国内外隧道断层突水突泥案例,紧密结合钟家山隧道突水突泥情况,系统的研究了隧道断层突水突泥的形成条件。深入分析了灾变发展过程,研究了隧道断层突水突泥演化过程中孕育、潜伏和发生三个阶段的特征和机理。(5)基于上述理论研究成果,总结国内外隧道断层突水突泥灾害注浆治理的成功案例,结合工程实践理论及经验,建立了集综合探测方法、注浆设计方法、注浆实施及其过程控制技术、效果评价等关键技术组成的隧道断层突水突泥注浆治理技术体系。建立的注浆治理技术体系在钟家山隧道突水突泥治理工程中得到了很好的应用,取得了良好的治理效果,具有较高的实效性。