矿山法城市隧道渗流场演变及防排水问题研究：试验工况与流程

依据前述模型试验相似材料研制成果,本次矿山法隧道渗流试验所用的围岩、注浆圈、初衬等新型相似材料及其原料配比,见表4.2。

表4.2　模型试验相似材料配比

注:表中所用黏土粒径≤0.075 mm,细砂粒径≤0.3 mm,炭渣粒径≤2 mm。

本次试验研究城市隧道施工期(非扰动状态)的涌水量,并分析不同注浆圈和初衬渗透系数对其的影响。由于试验为局部渗流模型,因此,可考虑为无限补给作用水头[114]。涌水量采集依靠输水软管连接调水阀和带刻度的水箱进行,注浆圈采用自制模具成型(打开转换阀,取出内模具,填充注浆圈相似材料可实现全断面帷幕注浆区的预制),环间接缝涂抹高标号防水水泥连接,确保地下水经过指定线路渗流。模拟施工期隧道渗流时,采用在渗流模型箱中部临时固结掌子面隔土板,隔土板前方绑扎塑料滤网和无纺布作为反滤层,在不影响地下水流的情况下形成非扰动开挖状态,如图4.17所示。

图4.17　模型试验准备工作

试验拟分别采用3种注浆圈渗透系数和3种初衬渗透系数进行研究。其中,注浆模拟范围包括已开挖隧道和掌子面前方20 cm处,结合工程实际施工效果和大量相似材料配比,各试验工况见表4.3。

表4.3　施工期隧道涌水量预测试验工况

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注:试验渗透系数与实际渗透系数相同,炭渣粒径≤2 mm,全断面帷幕注浆区渗透系数为0.028 m/d。

本次试验流程如下(见图4.18):

①在渗流模型箱中分层铺设配制的围岩相似材料,压实后环刀取样检测其渗透系数以满足试验要求,在箱壁四周设置一层50 mm厚碎石层,以形成均匀渗流场,并加快试验渗流速度。

图4.18　试验过程照片

②在模型箱中部临时固结掌子面隔土板,双层钢筋笼内依次安装预制的注浆圈、初衬等隧道结构,并在钢筋笼外侧及掌子面隔土板前方敷设反滤层,紧贴反滤层设置全断面帷幕注浆区,在其后回填围岩并压实保证其渗透系数,形成非扰动开挖状态(见图4.19)。

图4.19　非扰动开挖示意图

③封闭双层法兰盘和模型箱顶盖,在各构件和螺栓接口处设置防水密封橡胶,以保证水密性,控制移动式循环水箱装置保证稳定的试验水头向模型箱中补给。

④试验中同组工况下多次测量涌水量值,然后依据设计工况,打开已开挖隧道一侧的双层法兰盘,更换注浆圈或初衬相似材料,再次进行试验。