钻爆法浅埋水下隧道防排水理论及应用研究

摘要

在水下隧道修建过程中，隧道防排水是制约隧道修建和运营安全的关键因素，由于水下隧道有其自身的特点和难点，隧道防排水技术越来越引起工程界的关注。本文以浏阳河水下隧道、厦门翔安海底隧道、青岛胶州湾海底隧道和湘江营盘路水下隧道工程为背景，基于现场施工技术研究和大量试验，详细研究了水下隧道防排水理论和技术，取得的主要研究成果如下:
　　(1)在总结和分析国内外水下隧道防排水技术经验基础上，提出钻爆法浅埋水下隧道防排水应遵循“以堵为主，限量排放”的原则。
　　(2)在堵水限排条件下，提出了以注浆费用与排水费用平衡为基点确定水下隧道允许排放量的方法。并应用于营盘路湘江隧道，计算确定并实测验证隧道允许排放量平均值为0.34m3/m.d，低于国外0.43 m3/m.d的排放量水平。
　　(3)以青岛海底隧道和厦门翔安海底隧道为依托，通过现场试验，提出了全断面目标注浆、上堵下排目标注浆、衬砌背后径向注浆三种分类目标注浆方法;采用数值模拟和理论计算方法，确定了厦门翔安海底隧道风化深槽全断面目标注浆和青岛海底隧道断层破碎带上堵下排目标注浆主要参数。
　　(4)对隧道不同防排水方式下衬砌水压力分布规律进行了室内模型实验，表明:全封堵条件下，衬砌背后水压力随着外部水压的增大而增加，承受全部施工期外部水压力;堵水限排条件下，衬砌背后水压力随着隧道排水量增大而减小。
　　(5)对不同防排水方式下无纺布对隧道围岩及衬砌背后水压力分布影响进行室内模型实验，表明:堵水限排条件下，铺设无纺布和不铺设无纺布衬砌背后水压力随隧道排水量增大而减小，铺设无纺布测点水压分布均匀，衬砌应变较小;变水头条件下，铺设无纺布和不铺设无纺布衬砌背后水压力与水头成正相关关系，水头变化过程中，铺设无纺布测点水压较集中，衬砌结构应变较小。
　　(6)基于隧道变形缝是水下隧道防水的薄弱环节，通过理论分析、数值模拟和现场验证，水下隧道取消变形缝衬砌结构满足安全要求，且结构防水效果显著。
　　(7)创建了水下隧道排水系统堵塞试验平台，通过大量实验，结果表明:盲管和排水管沉积物随时间的增长累计质量和增速都逐渐增加;由于初期支护防渗性能和抗冲刷，对海水具有过滤作用，盲管的沉积物质量比排水管大，更易堵塞;提出了对隧道排水系统定期检查，定期维修，定期清理，采用可维护式排水系统的治理方法。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．1．1 问题的提出

1．1．2 依托工程背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道防排水理念研究现状

1．2．2 隧道注浆技术研究现状

1．2．3 隧道防排水技术研究现状

1．3 本文研究思路、内容

1．4 本文创新点

2 浅埋暗挖水下隧道防排水理念及标准

2．1 国内外防排水方法

2．1．1 国外海底隧道

2．1．2 国内山岭隧道防排水经验

2．1．3 城市地铁隧道防排水经验

2．2 影响水下隧道防排水的因素

2．2．1 隧道埋深

2．2．2 水压影响

2．2．3 施工与结构防排水方式

2．3 钻爆法浅埋水下隧道防排水理念

2．3．1 我国隧道防排水原则

2．3．2 “以排为主”原则的缺陷

2．3．3 “堵水限排”原则的确立

2．4 限量排放标准研究

2．4．1 国外海底隧道的排放量标准

2．4．2 基于注浆和排水费用平衡的允许排放量确定方法

2．3．4 计算实例

2．4 小结

3 水下隧道分类目标注浆理论及应用研究

3．1 概述

3．2 目标注浆技术

3．2．1 分类目标注浆的理念

3．2．2 分类目标注浆的选择标准

3．3 全断面目标注浆技术研究

3．3．1 适用条件

3．3．2 注浆参数确定

3．3．3 注浆材料

3．3．4 注浆工艺

3．3．5 注浆效果检验与评价

3．3．6 注浆施工设备

3．3．7 工程实例

3．4 上堵下排目标注浆技术研究

3．4．1 适用条件

3．4．2 上堵下排目标注浆掌子面稳定性研究

3．4．3 注浆方案设计

3．4．4 注浆效果检验与评价

3．4．5 注浆施工设备

3．4．6 工程实例

3．5 初支背后注浆、局部径向注浆技术研究

3．5．1 初支背后回填注浆

3．5．2 局部径向注浆

3．6 海底隧道注浆材料选择

3．6．1 注浆材料实验目的

3．6．2 实验结果及分析

3．6．3 注浆材料实验结论

3．7 小结

4 水下隧道水压力分布规律及结构防排水实验研究

4．1 不同防排水方式下隧道水压力分布

4．1．1 概述

4．1．2 实验方案

4．1．3 不同防排水方式下隧道水压力分布

4．1．4 无纺布对隧道衬砌水压力的影响分析

4．2 海底隧道结构防水技术

4．2．1 分区防排水设计

4．2．2 混凝土结构自防水

4．2．3 防水板防水

4．2．4 接缝防水

4．3 隧道取消变形缝可行性分析

4．3．1 取消变形缝对结构防水的优势

4．3．2 计算参数及工况

4．3．3 取消变形缝后结构安全性分析

4．3．4 设置变形缝结构安全性分析

4．3．5 取消和设置变形缝结构安全性对比分析

4．3．6 取消变形缝隧道工程案例

4．4 小结

5 水下隧道排水系统堵塞实验研究

5．1 概述

5．2 海水及沉积物化学分析

5．2．1 海水化学成分分析

5．2．2 排水管周围沉积物化学成分分析

5．3 排水系统堵塞实验

5．3．1 实验设计

5．3．2 实验方案

5．3．3 实验步骤

5．3．4 堵塞实验结果分析

5．4 排水系统堵塞治理方法

5．5 小结

6 结论与展望

6．1 主要研究工作

6．2 主要结论

6．3 创新点

6．4 展望

参考文献

在读期间发表的论文、著作及学术活动

学位论文数据集