CN103334770B - 一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法 - Google Patents

Abstract

一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，涉及一种隧道施工方法，本发明采取超前注浆减少隧道涌水量，缓解隧道反坡排水压力，避免隧道淹井事故发生；然后钻孔适当排水，降低围岩背后水压，保证隧道结构及施工安全，减少了施工作业工程量和作业难度，较好的控制注浆质量，减少了排水设施的额外投入，使经济效益更加明显，同时减少了隧道修建造成的地下水大量流失和施工中涌水排放对环境的破坏，保护了生态环境。

Description

一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法

【技术领域】

本发明涉及一种隧道施工方法，尤其涉及一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法。

【背景技术】

已知的，目前针对于长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工，通常采用全断面帷幕注浆堵水加固和直接排水的方法，从隧道侧壁开挖泄水支洞分水降压后注浆堵水法等施工技术；而针对水压超过6.3Mpa的富水隧道施工存在的主要问题有：1、传统帷幕注浆将超高压地层裂隙进行封堵，将压力集中到围岩加固圈外，隧道结构将承受6.3Mpa以上压力，结构稳定性无法保障，而且在如此之高的水压力下直接进行堵水注浆施工尚属首次，无成功经验借鉴；2、直接排水法通过，隧道富水段处于反坡地段，排水距离长，隧道内排水能力有限，长时间进行水量放水，地层水量和水压并未有衰减迹象，而采取直接泄水的方式，隧道涌水量将大幅超过排水能力，极其容易将造成隧道淹井；3、从隧道侧壁开挖泄水支洞分水降压后注浆法，因水压高达6.3Mpa，开挖支洞泄水后注浆浆液从支洞流失严重，无法保证注浆的效果。

【发明内容】

为了克服上述技术的不足，本发明提供了一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，本发明采取超前注浆减少隧道涌水量，缓解隧道反坡排水压力，避免隧道淹井事故发生；然后钻孔适当排水，降低围岩背后水压，保证隧道结构及施工安全。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述方法具体包括如下步骤：

第一步，确定止浆墙厚度及形式，施工中充分利用开挖预留岩盘，让二者共同抵御地层水压、最大注浆压力的作用，同时选择在上半断面布设注浆孔对全断面注浆加固的注浆方式进行注浆，止浆墙设置在满足大型钻机操作要求4m高的隧道上断面，Ⅱ～Ⅲ级围岩止浆墙厚度为3m，Ⅳ～Ⅴ级围岩止浆墙厚度为4m；

第二步，接上步骤注浆前先做好超前地质预报，采用超前钻孔探测掌子面前方地层情况，根据超前探孔探测的地质情况，对掌子面进行分区定位，将掌子面布孔范围划分为弱水区、基本区和强水区，弱水区水量Q≤10m3/h,基本区水量10<Q≤30 m3/h,强水区水量Q＞30 m3h；然后根据分区涌水量及地质情况，确定注浆加固圈及钻孔间距；

第三步，接上步骤加固圈根据超前地质钻探探测的围岩破碎程度来确定，掌子面布设5圈注浆终孔，A圈注浆孔终孔在8m加固范围外加固圈，B圈注浆终孔在5m加固范围外加固圈，C圈注浆终孔在2m加固范围外加固圈，注浆终孔间距≤3.75mm，其中A圈注浆孔终孔根据钻孔涌水及地质情况进行优化选做，节理发育、破碎围岩，对于强水区根据实际情况适当调整注浆孔眼步距，补充增设孔眼加强注浆；基本区施工中根据实际情况，适当减少注浆孔数量；弱水区增大钻孔步距，减少钻孔量；每循环，含止浆墙长30m，开挖时，根据注浆效果、围岩条件确定预留5～8m作为止浆岩盘；

第四步，接上步骤在掌子面上布设泄水孔，泄水孔施工避开注浆加固圈，开孔里程设置在掌子面后方5～10m范围，终孔位于加固圈范围外2m；

第五步，接上步骤对掌子面实施注浆，注浆时，采用注浆局域划分，对角泄水引导注浆方式，加大注浆、泄水孔空间距离；当泄水孔出现串浆时，若注浆压力低于普通水泥水玻璃C-S浆凝结强度时，采用C-S浆封堵串浆；注浆压力高于C-S浆凝结强度后，且串浆量超过注入量的50%时，通过关闭泄水孔进行顶水注浆；注浆结束后，立即打开泄水孔，如出现泄水孔被注浆封堵情况，立即重扫泄水孔，再进行下步注浆施工；

第六步，接上步骤注浆工序完成后，要进行钻孔排水降压，然后实施隧道开挖。

所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述超前钻孔个数不小于6个。

所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述止浆墙采用高性能的混凝土材料浇筑。

所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述泄水孔分别在掌子面四角各设有一个，分别为右上泄水孔、右下泄水孔、左上泄水孔、左下泄水孔，泄水孔内设有泄水管，泄水管上设有阀门。

所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述注浆局域划分左上部位注浆区域、左下部位注浆区域、右下部位注浆区域、右上部位注浆区域。

所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述泄水孔单孔平均最大吸浆量为20 m³。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，采取超前注浆减少隧道涌水量，缓解隧道反坡排水压力，避免隧道淹井事故发生；然后钻孔适当排水，降低围岩背后水压，保证隧道结构及施工安全；本发明所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，具有以下有益效果：

1、泄水孔与注浆孔布置在同一作业空间内，相比传统采用从隧道侧壁开挖泄水支洞单独进行泄水，减少了施工作业工程量和作业难度，施工过程中能实时掌握注浆状况，可以较好的控制注浆质量。

2、通过超前注浆，减少了隧道涌水量，在不超过隧道反坡排水能力的前提下，注浆完成后通过钻孔泄水，降低围岩背后涌水压力，确保了隧道施工安全；

3、相比直接排水施工方法，在长大反坡隧道现有排水能力下就能直接施工，减少了排水设施的额外投入，经济效益明显，同时减少了隧道修建造成地下水大量流失，施工涌水排放对环境的破坏，保护了当地生态环境。

【附图说明】

图1是本发明的侧面结构示意图；

图2是本发明掌子面的结构示意图；

在图中：1、接茬钢筋；2、止浆墙；3、引水管；4、排水沟；5、作业平台；6、右上泄水孔；7、右下泄水孔；8、左上泄水孔；9、左下泄水孔；10、右上部位注浆区域；11、右下部位注浆区域；12、左上部位注浆区域；13、左下部位注浆区域；14、8m加固范围外加固圈；15、5m加固范围外加固圈。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1~2所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述方法具体包括如下步骤：

第一步，确定止浆墙2厚度及形式，施工中充分利用开挖预留岩盘，让二者共同抵御地层水压、最大注浆压力的作用，同时选择在上半断面布设注浆孔对全断面注浆加固的注浆方式进行注浆，止浆墙2设置在满足大型钻机操作要求4m高的隧道上断面，Ⅱ～Ⅲ级围岩止浆墙厚度为3m，Ⅳ～Ⅴ级围岩止浆墙2厚度为4m；

第二步，接上步骤注浆前先做好超前地质预报，采用超前钻孔探测掌子面前方地层情况，根据超前探孔探测的地质情况，对掌子面进行分区定位，将掌子面布孔范围划分为弱水区、基本区和强水区，弱水区水量Q≤10m3/h,基本区水量10<Q≤30 m3/h,强水区水量Q＞30 m3h；然后根据分区涌水量及地质情况，确定注浆加固圈及钻孔间距；

第三步，接上步骤加固圈根据超前地质钻探探测的围岩破碎程度来确定，掌子面布设5圈注浆终孔，A圈注浆孔终孔在8m加固范围外加固圈14，B圈注浆终孔在5m加固范围外加固圈15，C圈注浆终孔在2m加固范围外加固圈，注浆终孔间距≤3.75mm，其中A圈注浆孔终孔根据钻孔涌水及地质情况进行优化选做，节理发育、破碎围岩，对于强水区根据实际情况适当调整注浆孔眼步距，补充增设孔眼加强注浆；基本区施工中根据实际情况，适当减少注浆孔数量；弱水区增大钻孔步距，减少钻孔量；每循环，含止浆墙长30m，开挖时，根据注浆效果、围岩条件确定预留5～8m作为止浆岩盘；

第四步，接上步骤在掌子面上布设泄水孔，泄水孔施工避开注浆加固圈，开孔里程设置在掌子面后方5～10m范围，终孔位于加固圈范围外2m；

第五步，接上步骤对掌子面实施注浆，注浆时，采用注浆局域划分，对角泄水引导注浆方式，加大注浆、泄水孔空间距离；当泄水孔出现串浆时，若注浆压力低于普通水泥水玻璃C-S浆凝结强度时，采用C-S浆封堵串浆；注浆压力高于C-S浆凝结强度后，且串浆量超过注入量的50%时，通过关闭泄水孔进行顶水注浆；注浆结束后，立即打开泄水孔，如出现泄水孔被注浆封堵情况，立即重扫泄水孔，再进行下步注浆施工；

第六步，接上步骤注浆工序完成后，要进行钻孔排水降压，然后实施隧道开挖。

所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述超前钻孔个数不小于6个。

所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述止浆墙采用高性能的混凝土材料浇筑。

所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述泄水孔分别在掌子面四角各设有一个，分别为右上泄水孔6、右下泄水孔7、左上泄水孔8、左下泄水孔9，泄水孔内设有泄水管，泄水管上设有阀门。

所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述注浆局域划分左上部位注浆区域12、左下部位注浆区域13、右下部位注浆区域11、右上部位注浆区域10。

所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，所述泄水孔单孔平均最大吸浆量为20 m³。

实施例1：南疆铁路吐库二线中天山隧道掌子面DyK154+901高压富水段位于闪长岩地段，地下水极发育，地下水类型主要为岩性接触带层间水，赋存于节理密集带、宽张节理中，呈条带状分布，受地质条件、构造环境、埋深等影响，地下水具有补给充分、水压高、水量大、突发性强、衰减缓慢等特点，实测最高水压高达6.3MPa，预测突涌水段的正常涌水量1.6万m³/d，可能出现的最大涌水量3.2万m³/d，对隧道施工安全带来严重威胁，现场以Ⅲ级围岩地段1个循环为例进行施工，实施的具体方法是：

1、止浆墙施工：

① 开挖接近预定位置时，根据超前炮孔和开挖面的情况，选择合理止浆墙2施做位置，止浆墙设置厚度3m，施工中选择无水和涌水较小的位置，如有涌水时，则设置引水管3，集中引排以保证浇筑混凝土的质量。

② 为了止浆墙2的稳定，将止浆墙2下部扩挖50cm，使止浆墙2嵌入基岩。

③ 安装接茬钢筋1，沿止浆墙2周边采用2排环向间距1.5m，排距1.0 m，长2m的Φ25mm砂浆锚杆，嵌入围岩1m。

④ 施做过程中周边预埋1.5m长的Φ42mm导管，止浆墙2浇注完成后，通过导管进行注浆对止浆墙2与初支护间的裂隙进行封闭。

⑤ 待混凝土强度达到设计强度的75%以后开始钻孔注浆施工。

2、超前地质探孔

通过超前探孔，对掌子面进行“分区定位”，将掌子面布孔范围划分为弱水区、基本区和强水区，弱水区水量Q≤10m3/h，基本区水量10<Q≤30 m3/h，强水区水量Q＞30 m3/h；然后根据分区涌水量及地质情况，有针对性的确定合理的注浆加固范围及钻孔间距。

3、钻设注浆泄水孔

注浆前，在掌子面四角各设有一个泄水孔，分别为右上泄水孔6、右下泄水孔7、左上泄水孔8、左下泄水孔9，泄水孔管口上安装止水阀，为减少施工中的干扰，泄水孔施工避开注浆加固圈，开孔里程设置在掌子面后方10m，现场根据施工条件确定开孔里程；终孔位于加固圈范围外2m，钻孔完成后关闭止水阀。

4、注浆参数：每循环纵向加固长度30m，含止浆墙2，浆液扩散半径，横向加固范围8m，浆液扩散半径2.5m，注浆速度5～110 L/min，注浆终压6～8MPa，终孔间距≤3.75m，注浆方式采取前进式分段注浆结合孔底注浆，注浆材料采用以普通水泥单液浆，简称C浆，为主，配和比W:C=(0.6～1):1，普通水泥-水玻璃双液浆，简称C-S浆为辅，配和比W:C=(0.8～1):1，体积比C:S=1:(1～0.3)，水玻璃浓度30～35Be’ 。

5、分区域实施注浆

采用“注浆局域划分，对角泄水降压”的原则，对左上部位注浆区域注12浆时，打开右下泄水孔7孔位进行泄水；对左下部位注浆区域13注浆时，打开右上泄水孔6孔位进行泄水；对右上部位注浆区域10注浆时，打开左下泄水孔9孔位进行泄水；对右下部位注浆区域11注浆时，打开左上泄水孔8孔位进行泄水，如此交替进行，分区域注浆工艺如下：

①测量放线：定出隧道中线及法线，根据方案中孔位布置在止浆墙2上用射钉标出钻孔位置，钻机就位后，测量钻杆方向，保证钻孔立***置控制与设计基本相吻合，确保注浆质量。

②在作业平台5上先用钻机开深2.8m，直径Φ130mm的钻孔，安设固结3m长Φ108mm孔口管。

③通过孔口管钻设Φ90mm注浆孔，钻到5m深时开始实施注浆作业。

④根据高压富水地段的实际情况，采取前进式分段注浆工艺进行钻孔注浆施工，注浆分段长度5~10m。

⑤若钻孔过程中未达到设计分段长度时遇到较大突涌水，则立即停止钻孔进行注浆。

⑥注浆过程中出现串浆时，当注浆压力低于双液浆凝结强度时，采用双液浆封堵串浆；注浆压力高于双液浆凝结强度后，通过关闭泄水孔进行顶水注浆，注浆压力达到设计标准后结束注浆。

6、注浆效果检查及评定

现场主要对注浆后地层渗透水能力进行检查分析，确定单孔涌水量标准来对注浆效果进行评定，实践中选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查，检查孔数量为注浆孔的10%，重点检查异常区域，检查孔有无塌孔、涌泥；针对中天山隧道高压富水节理密集带施工工艺特点，注浆后将钻设泄水孔进行排水降压，注浆的作用主要为封堵出水裂隙，减少涌水量，开挖过程中在保障安全的情况下允许一定量的渗水；结合长大隧道反坡排水能力，通过合理分析，检查孔涌水量≤2.5 L/min·m内即达到注浆效果；为降低注浆钻孔时间，对于围岩相对较完整地段，个别检查孔涌水量允许控制在5L/min·m内。现场对一个循环注浆后检查孔出水量进行测量， 各检查孔终孔水量中都小于5L/m.min，满足开挖要求，且在检查孔钻设过程中钻速快，无卡钻现象，达到检查效果标准要求。

表1   检查孔各段出水情况

7、注浆结束后钻孔泄水降压

注浆完成后，在掌子面后方10m钻设两个泄水孔排水泄压，左、右侧各设1个，泄压孔纵向长度与注浆长度一致30m，终孔位于注浆加固范围外2m；防止注浆范围内围岩背后承受高水压力，降低开挖时的安全风险，泄压孔安设孔口管及闸阀控制排水量，同时在泄压孔口安设软管将排水经过排水沟4引排至临时集水坑中。

8、注浆段围岩开挖、支护

开挖方式采用上、下台阶法施工，初期支护喷射C25混凝土，厚23cm，在喷砼时安设盲管，将渗漏水集中由经排水沟4进行引排，拱部120度范围设φ25中空锚杆，边墙设φ22砂浆锚杆，间距1.2m×1m，长度2m，隧道全环安设I16型钢拱，架间距为1m。

施工中尽量减少对围岩的扰动，加强光面***成型控制，确保注浆岩盘抗水压能力，保证施工安全，每循环进尺控制在2.0m以内，开挖后掌子面浆液扩散情况看，围岩揭露后显示，围岩内的所有渗水通道都被浆液有效填充，掌子面有局部裂隙水渗漏现象，总涌水量13 m³/h左右，涌水量比注浆前明显减小，能够保证施工安全，达到预期效果。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (6)

1.一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，其特征是：所述方法具体包括如下步骤：

第一步，确定止浆墙（2）厚度及形式，施工中充分利用开挖预留岩盘，让二者共同抵御地层水压、最大注浆压力的作用，同时选择在上半断面布设注浆孔对全断面注浆加固的注浆方式进行注浆，止浆墙（2）设置在满足大型钻机操作要求4m高的隧道上断面，Ⅱ～Ⅲ级围岩止浆墙厚度为3m，Ⅳ～Ⅴ级围岩止浆墙（2）厚度为4m；

第二步，接上步骤注浆前先做好超前地质预报，采用超前钻孔探测掌子面前方地层情况，根据超前探孔探测的地质情况，对掌子面进行分区定位，将掌子面布孔范围划分为弱水区、基本区和强水区，弱水区水量Q≤10m3/h,基本区水量10<Q≤30 m3/h,强水区水量Q＞30 m3h；然后根据分区涌水量及地质情况，确定注浆加固圈及钻孔间距；

第三步，接上步骤加固圈根据超前地质钻探探测的围岩破碎程度来确定，掌子面布设5圈注浆终孔，A圈注浆孔终孔在8m加固范围外加固圈（14），B圈注浆终孔在5m加固范围外加固圈（15），C圈注浆终孔在2m加固范围外加固圈，注浆终孔间距≤3.75mm，其中A圈注浆孔终孔根据钻孔涌水及地质情况进行优化选做，节理发育、破碎围岩，对于强水区根据实际情况适当调整注浆孔眼步距，补充增设孔眼加强注浆；基本区施工中根据实际情况，适当减少注浆孔数量；弱水区增大钻孔步距，减少钻孔量；每循环，含止浆墙长30m，开挖时，根据注浆效果、围岩条件确定预留5～8m作为止浆岩盘；

第四步，接上步骤在掌子面上布设泄水孔，泄水孔施工避开注浆加固圈，开孔里程设置在掌子面后方5～10m范围，终孔位于加固圈范围外2m；

第五步，接上步骤对掌子面实施注浆，注浆时，采用注浆局域划分，对角泄水引导注浆方式，加大注浆、泄水孔空间距离；当泄水孔出现串浆时，若注浆压力低于普通水泥水玻璃C-S浆凝结强度时，采用C-S浆封堵串浆；注浆压力高于C-S浆凝结强度后，且串浆量超过注入量的50%时，通过关闭泄水孔进行顶水注浆；注浆结束后，立即打开泄水孔，如出现泄水孔被注浆封堵情况，立即重扫泄水孔，再进行下步注浆施工；

第六步，接上步骤注浆工序完成后，要进行钻孔排水降压，然后实施隧道开挖。

2.根据权利要求1所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，其特征是：所述超前钻孔个数不小于6个。

3.根据权利要求1所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，其特征是：所述止浆墙（2）采用高性能的混凝土材料浇筑。

4.根据权利要求1所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，其特征是：所述泄水孔分别在掌子面四角各设有一个，分别为右上泄水孔（6）、右下泄水孔（7）、左上泄水孔（8）、左下泄水孔（9），泄水孔内设有泄水管，泄水管上设有阀门。

5.根据权利要求1所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，其特征是：所述注浆局域划分左上部位注浆区域（12）、左下部位注浆区域（13）、右下部位注浆区域（11）、右上部位注浆区域（10）。

6.根据权利要求1所述的一种长大反坡隧道超高水压富水破碎带施工方法，其特征是：所述泄水孔单孔平均最大吸浆量为20 m³。