随着注浆在理论、工艺和材料等方面的发展,注浆在隧道突涌水治理工程中的应用愈加广泛。但岩溶管道型突涌水因其流量高、流速快的特点,管道内多为紊流流场,现行注浆理论多基于层流、达西定律展开,相应注浆封堵理论对管道流并不适用。同时,在工程实践过程中,选择浆材、确定注浆参数、实施注浆工程等等一般是依据相似工程来确定,难免使工程的实施带有一定的盲目性。因此,本文通过理论分析与室内模型试验相结合的方法研究了岩溶管道型涌水注浆封堵规律与机理,研发了一种适用于流量高、流速快的岩溶管道型突涌水灾害的大流量注浆泵,具体研究成果如下:(1)将岩溶涌水划分为五种不同类型,明确岩溶管道涌水具备涌水量大、流速快、治理较难的特点。同时,提出特定条件下的水泥浆液的堆积速度问题是能否产生有效封堵的关键,讨论了单一颗粒的动水启动条件和浆体整体的堆积流速理论。(2)研发了可视化的岩溶管道注浆模拟系统,此系统能够实现不同管道直径、动水流速、注浆参数条件的岩溶管道注浆模拟试验,能够实时记录浆液在动水注浆过程中的扩散形态、压力变化、动水流量变化等参数。(3)开展不同管径下的注浆封堵正交试验研究,选取注浆前后流量变化比、浆液留存高度占比、浆液的逆向扩散距离三种封堵评价标准进行极差分析,分析发现不同管径下的动水封堵的主要控制因素;并研究了动水流速、注浆流量、水灰比等因素对注浆封堵效果的影响规律和原因。(4)提取了试验中四种典型动水流量变化曲线图分析:在注浆前动水流量基本保持稳定;在注浆过程中由于注浆压力的存在,动水流量迅速下降,且在注浆过程中动水流量变化剧烈;停止注浆后动水流量逐渐回升,但要小于初始动水流量。随着各因素的变化,动水注浆三个阶段会产生明显的不同。同时,研究了动水流速变化情况下,浆液运动状态变化规律,提出以浆液的堆积速度判定是否起到封堵效果。分析了两种管路中浆液堆积高度随动水流速的变化规律。(5)结合岩溶管道型涌水注浆封堵机理,对大流量注浆泵进行了整体方案设计,并提出了局部的管路优化设计方案,进行管道损失计算。利用数值分析软件Fluent对注浆泵进行了数值分析,通过流线、压力及流量变化,发现注浆泵内部流场规律,为改进设计方案、优化注浆泵提供了理论依据。同时,进行注浆泵样机调试与试验,判断其运行状况。