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原文传递弱风化裂隙岩体注浆理论及其在海底隧道施工中应用研究

论文题名：	弱风化裂隙岩体注浆理论及其在海底隧道施工中应用研究
关键词：	海底隧道;弱风化裂隙岩体;椭圆形裂隙;注浆加固;浆液扩散距离
摘要：	弱风化裂隙是地下工程常遇到的不良地质段，尤其是在海底隧道、水利水电大坝、地下储油库、地下核废物处理库等防水防渗漏要求比较高的地下工程中，注浆技术是治理地下水患灾害和防渗漏的最有效的方法和关键技术。目前还没有对弱风化裂隙岩体注浆理论及注浆效果检测方法进行系统研究，这恰恰是急需研究并解决的难题，并且对海底隧道的规划、设计、施工与运营具有十分重要的理论价值与实际意义，同时可以进一步推动注浆技术向注浆科学的发展。本文以注浆理论研究为基础，以厦门翔安海底隧道风化槽弱风化岩体特征为地质背景，以海底隧道施工过程中风化槽弱风化岩中注浆加固与防止突水的工程实践为原型，提出了比较接近弱风化裂隙岩体实际性状的椭圆形裂隙岩体注浆的工程地质模型；推导了椭圆形裂隙模型浆体扩散特性的理论公式；研制了椭圆形裂隙注浆试验台，开展了椭圆形裂隙注浆模拟试验研究，最后将研究成果成功应用于翔安海底隧道实际工程中。通过理论分析、实验室试验、现场应用及其效果检测，得出如下主要结论：　　(1)建立椭圆形裂隙模型。对裂隙性状，尤其是对厦门翔安海底隧道风化槽弱风化岩体特征进行研究，认为海底隧道覆盖层浅，岩体地应力较小，弱风化带岩体保留了原生裂隙，其断面形状基本为椭圆形，由此提出了比较接近弱风化裂隙岩体实际性状的椭圆形裂隙岩体注浆的工程地质模型。　　(2)提出化学浆液粘度时变性的3段论。对ZK-Ⅲ型孔隙溶胶浆液和MJ-1型改性脲醛树脂浆液粘度试验分析，提出化学浆液粘度与时间的关系曲线具有稳定段、渐变段、突变段的3段论。　　(3)建立了裂隙岩体注浆准则。从岩体可注性概念入手，分析了影响裂隙岩体可注性的主要因素；同时对桥堵形成进行了理论分析，从理论上验证了注浆理论中尺寸效应定理经验公式的准确性与科学性；建立了裂隙岩体注浆准则。　　(4)分析了水灰比与水泥浆液流动扩散的关系。对水泥浆液无压状态下扩散试验、浆液粘聚力测量的分析研究可知，水灰比越小，浆液粘聚力愈大，渗透扩散阻力就愈大，流动性愈差，浆液扩散距离就小，反之就相对愈好；但水灰比大于2.0后，由于析水作用，浆液扩散距离有相对减小趋势；并且水泥浆液中水具有水化作用与带动水泥浆液流动作用的双重作用。　　(5)推导椭圆形裂隙浆液扩散的理论公式。考虑裂隙形状、裂隙倾角、浆体重力、粘度变化、地下水等对浆体在裂隙中流动的影响因素，分析椭圆形裂隙中牛顿浆体流动力学行为。以椭圆柱裂隙的受力分析入手，推导出椭圆形裂隙宾汉浆体在流动扩散过程的5个主要参数（流速、流量、压力、时间、扩散距离）的解析解。　　(6)研制了椭圆形裂隙注浆试验台。椭圆形裂隙注浆试验台可以模拟具有不同裂隙宽度的椭圆形裂隙在不同注浆参数条件下的注浆情况，注浆试验过程中的压力等参数能够被自动采集并记录，可以绘制某时刻沿程各测点压力随距离的变化曲线。　　(7)提出浆液扩散距离实验公式。回归分析了试验数据，得出了浆液扩散距离R与裂隙开度d、注浆压力P、水灰比m、注浆时间T之间的定量关系式为(此处公式省略) 　　理论计算公式(浆液扩散距离、注浆时间)与实际注浆试验公式进行对比分析，其结论吻合的很好。　　(8)浆液扩散距离计算公式应用于实际。将浆液扩散距离试验公式、注浆时间理论计算公式应用于厦门翔安海底隧道F4风化槽掌子面预注浆设计之中，与实际检测到的结果基本一致。　　(9)提出注浆效果检测评价的定量标准。分析了现场开挖检测、钻孔涌水量检测、钻孔取芯检测、超声波检测、探地雷达检测五种方法检测厦门海底隧道的注浆效果，提出了注浆效果检测评价的定量标准。
作者：	黄小广
专业：	采矿工程
导师：	杨小林
授予学位：	博士
授予学位单位：	河南理工大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文