地下工程典型不良地质水害治理技术

摘要

随着我国城市地下交通体系的逐步完善、水电资源大开发及深部矿井资源开采，大批地铁隧道、水工隧洞及矿山井巷工程投入建设。地下工程修建过程中，经常穿越地形、地貌及地质条件复杂区域，施工建设过程中易引发突涌水等重大工程灾害。各类不良地质水害造成大量的人员伤亡、经济损失与工期延误等严重后果。因此典型不良地质水害治理理论及关键技术成为国家地下工程建设中亟需解决的关键科学技术问题。
　　本文通过调研大量国内外交通隧道突水突泥及井巷工程涌水等地下工程水害案例，分析了灾害发生的原因，归纳了典型不良地质水害致灾类型及产生影响因素。基于上述分析，结合理论研究、数值模拟和室内试验方法，选取第四系砂土层、断层破碎带两种类型典型不良地质，分别依托青岛市地铁二号线一期工程啤苗区间砂土层注浆治理及郭屯煤矿断层破碎带涌水治理工程，分析了典型不良地质涌水致灾影响因素，研究了不良地质涌水规律，建立了典型不良地质治理关键技术体系，并将研究结果应用于第四系软弱砂土层水害治理工程和断层破碎带涌水治理工程，取得了较好的效果。本文主要进行的工作有:
　　(1)揭示了第四系砂土层和断层破碎带两种典型不良地质段地下工程的水害致灾规律。采用理论分析、数值计算等方法，分析了不良地质条件下水害致灾因素，主要包括地下水物理化学作用，并针对典型不良地质条件涌水问题，开展了开挖条件下隧道渗流场演化规律研究，揭示了典型不良地质条件下涌水规律。
　　(2)提出了多种物探方法结合钻探的联合探测方法。结合具体工程现场，研究了涌水治理工程中对不良地质体探查步骤，提出了具有普遍适用性的联合探测方法体系。分析了地下工程中常用的物探方法适用条件及性能特征，系统分析了单一物探方法的侧重性和局限性，基于探查不良地质涌水特征对物探需求和不同物探方法自身性能特点，选用具有互补及验证性的多种物探方法结合钻探，精细探查复杂地质条件下的水害问题。
　　(3)研究了典型不良地质水害治理工程中注浆材料配比优选方法。选取典型速凝类注浆材料C-S浆液，通过室内试验及现场试验方法，分析了不同温度、不同水灰比及体积配比条件下浆液初凝时间特性，建立了C-S注浆材料在典型不良地质水害治理中的优选方法，为水害治理参数设计提供了依据。
　　(4)研究建立了典型不良地质段治理技术体系。研究了不良地质水害注浆治理中各参数的设计方法，通过数值模拟、室内试验及现场试验确定了注浆参数选择方法，证实了注浆设计方法及治理技术的可行性及先进性。研究成果在青岛地铁2号线一期工程第四系软弱砂土层治理和郭屯煤矿断层破碎带治理工程中进行了应用，取得了良好的效果，具有广阔的工程应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 注浆技术发展概述

1．2．2 注浆方法及注浆理论研究

1．2．3 注浆材料现状

1．3 地下工程灾害治理研究现状

1．3．1 隧道工程灾害治理

1．3．2 井巷工程水害治理

1．3．3 水利硐室涌水治理

1．3．4 存在的问题

1．4 研究内容、方法及技术路线

1．4．1 论文研究内容和方法

1．4．2 技术路线

第二章 不良地质条件渗涌水致灾影响分析

2．1 地下水的影响

2．1．1 地下水的类型

2．1．2 地下水的作用

2．2 第四系砂土层富水条件下工程影响分析

2．2．1 孔隙水压力的影响

2．2．2 渗水涌砂因素分析

2．3 断层破碎带突水致灾因素分析

2．3．1 断层类型

2．3．2 断层的导水性

2．3．3 断层突水规律

2．4 本章小结

第三章 联合探测方法与治理材料

3．1 联合探测法

3．1．1 常用探测手段

3．1．2 联合探测法的优势

3．2 联合探测应用

3．2．1 工程概况

3．3．2 区域水文地质

3．2．3 治理段水文地质

3．2．4 探测实施

3．2．5 联合探测结果分析

3．3 C-S浆液实验研究

3．3．1 C-S浆液的优点

3．3．2 C-S浆液的初凝时间试验

3．3．3 试验结果分析

3．4 本章小结

第四章 第四系砂土层涌水治理技术

4．1 工程概况

4．1．1 地形地貌

4．1．2 工程地质条件

4．1．3 水文地质条件

4．2 治理目标与原则

4．2．1 治理目标

4．2．2 治理原则

4．3 设计依据

4．3．1 第四系砂土层特殊性岩土影响分析

4．3．2 地下潜水水影响分析与涌水量预测

4．4．3 区域渗流模拟分析

4．4 浆液选择

4．5 治理设计

4．5．1 钻孔布置设计及工艺选择

4．5．2 注浆段距的设计

4．5．3 注浆步序设计

4．6 监测设计

4．7 效果评价

4．8 本章小结

第五章 断层破碎带高压涌水治理技术

5．1 治理工程概况

5．1．1 地层

5．1．2 地质构造及断层情况

5．1．3 水文地质

5．1．4 治理段断层破碎带涌水情况

5．2 治理设计依据

5．2．1 治理难点与原则

5．3 治理方案设计与实施

5．3．1 注浆钻孔设计

5．3．2 分部治理设计与实施

5．4 治理效果

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

主要科研成果

攻读硕士研究生期间参与课题研究

在读期间获得的奖励