高风险岩溶隧道是指岩溶十分发育、规模较大,溶洞中存在大量的淤泥或水,在施工和运行中存在巨大的涌水、突泥风险的隧道工程,如果处治不当,给隧道工程界带来的人身伤亡和经济损失极为惨重,轻则导致地面塌陷,耽误工期,淹没坑道、冲毁机具;重则造成人员伤亡,甚至导致整个工程报废,改线、生态环境恶化、居民被迫迁移等严重后果。目前,国内外在处理岩溶隧道突水、涌泥的病害时,通常采取注浆法,能较好的解决隧道突水、涌泥问题。其原理是在注浆时,浆液以注浆孔为圆心,以一定的扩散半径在四周形成一个注浆圈,能加固围岩,保证隧道在开挖时的稳定性,并起到一定的封堵涌水的作用。注浆过程主要是受到三个方面的控制:浆液性能、被注介质的特征、注浆参数。其中浆液性能是注浆过程三大要素之首,直接决定了隧道注浆工程的质量与成败。高风险岩溶隧道注浆材料对浆液性能要求:流动性好、水下抗分散性强、强度高,且凝结时间可调。现有的注浆材料用于防治高风险岩溶隧道突水(泥)都存在明显不足。本论文依托在建的湖北省保康至宜昌高速公路隧道建设工程开展研究。红岩寺隧道为湖北省保(康)宜(昌)高速襄阳段中长度最大和埋深最大的一座分离式隧道,左洞长6678m,右洞长6739m。红岩寺隧道是典型的越岭隧道。隧道硐身穿越二叠系~三叠系可溶岩约3200m,岩溶水与岩溶堆积体发育,易发生大型地质灾害。针对此,本课题拟研制适合防治高风险岩溶隧道突水(泥)灾害的注浆材料,用于保宜高速公路隧道工程建设。本论文在国内外相关研究的基础上,通过理论分析、实验室试验、现场试验与应用、反馈修正等环节,对高风险岩溶隧道注浆材料进行了系统而深入地研究,得到了一系列研究成果,主要包括:(1)提出了高风险岩溶隧道注浆材料研制的性能控制指标。当前市场上注浆材料品种繁多,本课题首先按注浆材料的成分、注浆施工工艺的要求和浆液的适用范围作了归纳与总结;其次,根据浆液的性能,对现有的隧道注浆材料作了简洁的归纳,针对隧道工程的实际需求,分析了市面上既有注浆材料的性能优缺点;最后,通过分析一般注浆工程注浆材料的性能指标要求的基础上,结合高风险岩溶隧道实际特殊工况,建立了高风险岩溶隧道注浆材料的性能要求与各项性能控制指标。(2)提出了研制高风险岩溶隧道注浆材料的组合设计方法。根据高风险岩溶隧道注浆材料的性能分析,考虑到浆液应具有良好的流动性、水下抗分散性、耐久性,强度要高,凝结时间可控可调,且安全、经济、环保。据此,提出了多种材料组合设计方案,为高风险岩溶隧道注浆材料的实验室研制提供理论支持与研制思路。(3)研制出了一种新型的高风险岩溶隧道注浆材料。试验首先筛选出了高效水下抗分散剂,确定了水下抗分散剂的最佳掺量范围,在确保浆液具有较好的水下抗分散性的基础上,通过大量有序的试验,对多种组合设计配置的浆液性能指标逐一进行检测,优选出了一组浆液工作性能优秀的材料组合设计,据此确定高风险岩溶隧道注浆材料的组成配方。此外,掌握了主要材料掺量对浆液的影响规律,分析了浆液的主要技术原理。最后,根据试验结果,推荐浆液的最佳组合配比。(4)完成了高风险岩溶隧道注浆材料的现场试验。介绍了注浆试验段的工程概况及隧道涌水情况,制定了注浆现场试验方案,阐述了隧道注浆的施工工艺过程和质量控制关键点,并对现场注浆试验进行总结,归纳了注浆施工的注意事项。现场试验表明,本项目研制的注浆材料工作性能良好,能有效防治隧道突水涌泥灾害与加固围岩,应用效果良好。本论文研制的新型高风险岩溶隧道注浆材料,其技术特点为:流动性好,水下抗分散性强,凝结时间可控可调,早期强度高,抗动水性能好,能有效防治隧道建设过程中突水涌泥等地质灾害,本研究成果经济、社会效益显著,可适用于公路、铁路隧道建设工程,并可用于过江隧道、海底隧道、地铁等地下建设工程,应用前景广阔,对提升隧道行业的建设水平、确保隧道施工安全顺利进行具有积极的促进作用。