CN106049418A - 一种浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，将待施工的浅埋段隧道洞身地表分成多个施工段，且对施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层分别注硫铝酸盐水泥浆液和水泥浆液。本发明提供的组合注浆加固方法能够适用于断层软弱带地质情况，能够改善断层软弱带的围岩物理、力学性能，能提高地层的抗压抗剪强度和断层围岩的自稳能力，也能通过提高地层的渗透能力实现加固地层和防渗堵漏的目的，从而使得施工风险变得可控，还能避免干扰隧道施工，有助于缩短施工工期；另外，本发明提供的组合注浆加固方法还能够适用于软弱围岩带、富水地层带、浅埋地段等复杂地质情况，也可适用于场地狭窄的加固工程和病害治理工程。

Description

一种浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法

技术领域

本发明涉及隧道地下建筑工程技术领域，特别涉及一种浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法。

背景技术

随着国内基础设施建设的加快、隧道工程的大量兴建，将不可避免地遇到要对长距离浅埋穿越断层软弱带的山岭隧道进行施工，而穿越断层软弱带的山岭隧道所在的地形地貌一般是地表水易汇集的地带，且山岭隧道穿越的断层软弱带的断层岩性主要为断层泥、局部为断层角砾岩和压碎岩，从而使得该穿越断层软弱带的山岭隧道具有抗压抗剪强度低、遇水易软化、无自稳能力、固结致密和富水的特点，这些在很大程度上增大了施工风险。

然而，现有技术中，缺乏能够用来对长距离浅埋穿越断层软弱带的山岭隧道进行施工的施工方法，且因为穿越断层软弱带的山岭隧道的地质情况很特殊，可供借鉴的施工方法也很少，而采用常规的施工方法对此类地质情况的山岭隧道进行施工则存在很大的施工风险，还会使得施工风险变得极为不可控，还在一定程度上延长了施工工期。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种能够适用于断层软弱带地质情况的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，该浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法能够改善断层软弱带的围岩物理、力学性能，能提高地层的抗压抗剪强度和断层围岩的自稳能力，也能通过提高地层的渗透能力实现加固地层和防渗堵漏的目的，从而使得施工风险变得可控，有助于缩短施工工期；另外，本发明提供的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法还能够适用于软弱围岩带、富水地层带、浅埋地段等复杂地质情况，也可适用于场地狭窄的加固工程和病害治理工程。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，将待施工的浅埋段隧道洞身地表分成多个施工段，且对施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层分别注硫铝酸盐水泥浆液和水泥浆液。

在本发明所述技术方案中，将待施工的浅埋段隧道洞身地表分成多个施工段，这样使得本发明所述浅埋段穿越断层隧道地表组合注浆加固方法能够用于长距离的施工，且将长距离的浅埋段隧道洞身地表分为多个施工段，这样有利于实现分段施工和分段验证，还能和洞身施工实现平行作业，不仅能够实现施工风险可控，而且还能避免干扰隧道施工，有助于缩短施工工期。

在将待施工的浅埋段隧道洞身地表分成多个施工段后，对每个施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层都分别注硫铝酸盐水泥浆液和水泥浆液；其中，在对隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液后，因为硫铝酸盐具有快凝早强的特点，硫铝酸盐水泥浆液在压力作用下充填地层孔隙后会快速凝固，切断和堵塞了水流通道，还使得隧道洞身的两侧地层的物理、力学性能得到改善，而改善物理、力学性能后的两侧地层和袖阀管之间形成了有效的钢管围护结构和截水帷幕，也通过提高隧道洞身的两侧地层的渗透能力实现了加固地层和防渗堵漏的目的；

在对浅埋段隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，隧道洞身的上方地层的物理、力学性能也得到改善，且在上述围护结构之间形成有效的超前预支护体系；

除此之外，对每个施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层都分别注硫铝酸盐水泥浆液和水泥浆液后，胶凝后的浆液起到了固结加固体的作用，使得加固体的抗压抗剪强度和自稳能力得到提高。

因此，本发明提供的穿越断层隧道组合注浆加固方法还能够适用于软弱围岩带、富水地层带、浅埋地段等复杂地质情况，也可适用于场地狭窄的加固工程和病害治理工程。

作为本发明的优选方案，多个上述施工段从后至前依次为第一施工段、第二施工段、……、第n施工段；

其中，n≥2，且n为自然数。

进一步优选地，本发明所述浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，包括如下步骤：

步骤1：对第一施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液；

步骤2：对第一施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液，此时，对第一施工段注浆加固结束；

步骤3：对第二施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液；

步骤4：对第二施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液，此时，对第二施工段注浆加固结束；

……；

步骤m：对第n施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液；

步骤(m+1)：对第n施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液，此时，对第n施工段注浆加固结束；

其中，m≥3，且m为奇数。

在本发明所述技术方案中，上述步骤1和步骤2是对第一施工段的隧道洞身的注浆加固：在先对第一施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液后，再对第一施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液；上述步骤3和步骤4是对第二施工段的隧道洞身的注浆加固：先对第二施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液，然后对第二施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液；……；上述步骤m和步骤(m+1)是对第n施工段的隧道洞身的注浆加固：同上，也是先对第n施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液，然后再对隧道洞身的上方地层注水泥浆液；由此可知，本发明所述浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法是采用分段、由外向内、自下而上后退注浆的方式，一方面，方便操作，能够用于长距离施工，使得本发明提供的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法不受施工范围的限制，普适性好，另一方面，还有助于增强所述浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法对隧道洞身的加固效果。

更进一步优选地，上述步骤2中，在对第一施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，进行第一次注浆验证，以判识加固效果，如果加固效果达到要求，则对第一施工段注浆加固结束，否则，返回步骤1或步骤2。

在本发明所述技术方案中，在对第一施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，根据实际（设计）注浆量及其注浆过程中浆液的分布特征，对可能存在的注浆薄弱部位（盲区）有针对性的设置检查孔，通过对检查孔的取芯率及芯样的连续性进行第一次注浆验证，从而能够判识对第一施工段的注浆加固是否满足设计验证指标的要求、是否存在盲区，并以此作为判识隧道洞内是否开挖的依据；如果加固效果满足要求，则对第一施工段注浆加固结束，如果对第一施工段的隧道洞身的两侧地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤1重新注浆加固，如果对第一施工段的隧道洞身的上方地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤2重新注浆加固，直至对第一施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层的加固效果都满足要求，才能对第二施工段进行注浆加固，这样能保证比较好的注浆加固效果。

更进一步优选地，上述步骤4中，在对第二施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，进行第二次注浆验证，以判识加固效果，如果加固效果达到要求，则对第二施工段注浆加固结束，否则，返回步骤3或步骤4。

同上所述，在对第二施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，根据实际（设计）注浆量及其注浆过程中浆液的分布特征，对第二施工段上可能存在的注浆薄弱部位（盲区）有针对性的设置检查孔，通过对检查孔的取芯率及芯样的连续性进行第二次注浆验证，进而判识对第二施工段的注浆加固是否满足设计验证指标的要求和是否存在盲区，并以此作为判识隧道洞内是否开挖的依据；如果加固效果满足要求，则对第二施工段注浆加固结束，否则，返回上述步骤3或步骤4，具体为：如果对第二施工段的隧道洞身的两侧地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤3重新注浆加固，如果对第二施工段的隧道洞身的上方地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤4重新注浆加固，直至对第二施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层的加固效果都满足要求，才能对下一个施工段进行注浆加固，这样能保证比较好的注浆加固效果。

更进一步优选地，上述步骤(m+1)中，在对第n施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，进行第n次注浆验证，以判识加固效果，如果加固效果达到要求，则对第n施工段注浆加固结束，否则，返回步骤m或步骤(m+1)。

同上所述，对第n施工段上可能存在的注浆薄弱部位（盲区）设置检查孔，通过对检查孔的取芯率及芯样的连续性进行第n次注浆验证，以判识对第n施工段的注浆加固是否满足设计指标的要求和是否存在盲区，也以此作为判识隧道洞内是否开挖的依据；如果加固效果满足要求，则对第n施工段的注浆加固结束，否则，返回步骤m或步骤(m+1)，具体为：如果对第n施工段的隧道洞身的两侧地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤m重新注浆加固，如果对第二施工段的隧道洞身的上方地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤(m+1)重新注浆加固，直至对第n施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层的加固效果都满足要求，才能结束对第n施工段的注浆加固，这样能保证比较好的注浆加固效果。

作为本发明的优选方案，采用第一袖阀管对施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液，且采用第二袖阀管对施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液。

在本发明所述技术方案中，第一袖阀管和第二袖阀管都是单向闭合装置，注浆时，袖阀管的注入段在注浆器两端止浆塞的作用下不能返浆，实现了注浆压力的不断上升；随着注浆压力不断升高，当袖阀管管内压力大于袖阀管管外压力时，浆液在压力作用下将袖阀管管壁包裹注浆小孔的止水胶带（橡皮套）冲开，浆液在压力作用下冲碎套壳料压入加固体，迫使加固体孔隙内的水和空气被排出，并对其进行充填和包裹，这样使得加固后的加固体的物理、力学性能得到明显改善，其抗压抗剪强度和稳定性也大幅提高；另外，止浆塞还能将浆液限定在任一层范围内，由此实现对加固体分段加固的目的，还能对加固盲区实现补注；当袖阀管管外压力大于袖阀管管内压力时，在压力作用下，破损的止水胶带（橡皮套）包裹物能实现自动闭合，使得浆液不能返至袖阀管管内。

进一步优选地，在对施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液之前，对施工段上的管道安装孔分别与上述第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间注套壳料。

在本发明所述技术方案中，套壳料是用来封闭施工段上的管道安装孔分别与上述第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间的，在注套壳料后，套壳料便会在第一袖阀管和第二袖阀管周围形成具有一定强度的保护层，既能防止浆液在注浆时到处流窜，又能在注浆时浆液根据需要挤破地层，起到分层、分段注浆的目的；另外，在施工段的管道安装孔分别与第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间内注套壳料，还能防止袖阀管在注浆过程中变形、变位或破损，也能保证注浆液顺利通过。因此，对施工段上的管道安装孔分别与上述第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间注套壳料，能够保证比较好的注浆加固效果。

作为本发明的优选方案，对施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液的注浆压力控制在1.5~4.0MPa。

在本发明所述技术方案中，将对施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液的注浆压力控制在1.5~4.0MPa，能够有效控制注浆范围，还能避免冒浆和串浆，如若注浆压力小于1.5MPa，则硫铝酸盐水泥浆液便不能冲碎套壳料压入到加固体对其进行充填和包裹，甚至都不能冲开包裹在第一袖阀管管壁的止水胶带，从而影响到注浆加固效果，如若注浆压力大于4.0MPa，则不仅会出现冒浆和串浆的现象，而且会使注浆范围变得不可控。

作为本发明的优选方案，对施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液的注浆压力控制在1.5~4.0MPa。

同上所述，将对施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液的注浆压力控制在1.5~4.0MPa，能够有效控制注浆范围，还能避免冒浆和串浆，如若注浆压力小于1.5MPa，则水泥浆液便不能冲碎套壳料压入到加固体对其进行充填和包裹，甚至都不能冲开包裹在第二袖阀管管壁的止水胶带，从而影响到注浆加固效果，如若注浆压力大于4.0MPa，则会出现冒浆和串浆的现象，也会使注浆范围变得不可控。

在本发明所述技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规技术手段来实现。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、在本发明所述技术方案中，首先，将待施工的浅埋段隧道洞身地表分成多个施工段，这样使得本发明所述浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法能够用于长距离的施工，且将长距离的隧道洞身分为多个施工段，这样有利于实现分段施工和分段验证，还能和洞身施工实现平行作业，不仅能够实现施工风险可控，而且还能避免干扰隧道施工，有助于缩短施工工期；其次，在对隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液后，因为硫铝酸盐具有快凝早强的特点，硫铝酸盐水泥浆液在压力作用下充填地层孔隙后会快速凝固，切断和堵塞了水流通道，还使得隧道洞身的两侧地层的物理、力学性能得到改善，而改善物理、力学性能后的两侧地层和袖阀管之间形成了有效的围护结构和截水帷幕，也通过降低隧道洞身的两侧地层的渗透能力实现了加固地层和防渗堵漏的目的；最后，在对隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，隧道洞身的上方地层的物理、力学性能也得到改善，且在上述围护结构之间形成有效的超前预支护体系；除此之外，对每个施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层都分别注硫铝酸盐水泥浆液和水泥浆液后，胶凝后的浆液起到了固结加固体的作用，使得加固体的抗压抗剪强度和自稳能力得到提高；

2、本发明所述穿越断层隧道组合注浆加固方法采用的是分段、由外向内、自下而上后退注浆的方式，一方面，方便操作，能够用于长距离施工，使得本发明提供的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法不受施工范围的限制，普适性好，另一方面，还有助于增强所述浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法对隧道洞身的加固效果；

3、在本发明所述技术方案中，在对每个施工段注浆加固结束后，均进行注浆验证，这样能够判识对施工段的注浆加固是否满足设计验证指标的要求、是否存在盲区，不仅能保证比较好的注浆加固效果，还能以此作为判识隧道洞内是否开挖的依据；

4、在本发明所述技术方案中，采用第一袖阀管对施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液，且采用第二袖阀管对施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液，第一袖阀管和第二袖阀管都是单向闭合装置，能使得浆液在压力作用下冲碎套壳料压入加固体，迫使加固体孔隙内的水和空气被排出，并对其进行充填和包裹，这样使得加固后的加固体的物理、力学性能得到明显改善，其抗剪强度和稳定性也大幅提高；另外，止浆塞还能将浆液限定在任一层范围内，由此实现对加固体分段加固的目的，还能对加固盲区实现补注；

5、在本发明所述技术方案中，将注硫铝酸盐水泥浆液和水泥浆液的注浆压力均控制在1.5~4.0MPa，这样能够有效控制注浆范围，还能避免冒浆和串浆。

附图说明

图1是实施例1中浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法的工艺流程图；

图2是实施例1中采用浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法对隧道洞身的加固范围示意图；

图3是实施例2中浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法的工艺流程图；

图中标记：1-地面线，2-隧道洞身，3-两侧地层，4-上方地层，5-隧道洞身开挖轮廓线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

成贵客专是西部高速铁路主要铁路干线。西起四川省的乐山市、经四川省宜宾市、云南省威信县、贵州省毕节市、东至贵阳市，正线长515.02km。

铁盔山隧道起迄里程为：D4K466＋785～DK472＋012，全长5227m（含52m明洞），其中，全隧Ⅲ级围岩980m，Ⅳ级围岩2075m，Ⅴ级围岩2120m，Ⅳ、Ⅴ级围岩占隧道总长为80.3%。受地质构造影响，隧道穿越4条断层软弱带线路影响长度1450m，占隧道全长27.7%。其中F2断层（D4K467+150—+650）走向36^o，倾向南东，倾角30^o~40^o；断层软弱带宽度约300m，线路方向影响长度500m；洞身浅埋穿越断层250m，最小埋深为11.40m，最大埋深为16.88m。

铁盔山隧道的地形地貌为地表水易汇集地带，洞身通过断层岩性主要为断层泥、局部为断层角砾岩和压碎岩、富水，通过地质属典型断层软弱带。因断层岩性具有抗压抗剪强度低、遇水软化、无自稳能力、固结致密和富水等特点，施工风险极大。为此，该隧道为成贵铁路6个I级风险隧道之一，是成贵铁路拟定的13个重难点隧道工程之一。

然而，目前类似长距离浅埋穿越断层软弱带的山岭隧道不多，可供借鉴施工方法很少，根据铁盔山隧道F2断层浅埋地形和揭示地质条件，本实施例提供了一种浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法。

首先，将待施工的浅埋段隧道洞身地表分成多个施工段，且多个施工段从后至前依次为第一施工段、第二施工段、……、第n施工段，其中，n≥2，且n为自然数；然后，如图2所示，再对每个施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层分别注硫铝酸盐水泥浆液和水泥浆液，其中，对每个施工段的隧道洞身的两侧地层的注浆范围为：隧道底部至隧道拱顶上方5m，开挖轮廓线外5m（即隧道洞身的左右两侧各5m），对每个施工段的隧道洞身的上方地层的注浆范围为：隧道洞身拱顶下方6m至拱顶上方5m，加固宽度为14.22m。

本实施例提供的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，如图1所示，具体包括如下步骤：

预备步骤A：施工准备，首先，包括通电、通水、通路、平整场地，完善场地周围排水***，修建生产、生活设施；其次，根据设计文件测定管道安装孔的孔位，并进行逐孔编号，记录孔口坐标及高程，计算管道安装孔的钻孔深度和加固深度；再次，设计硫铝酸盐水泥浆液和水泥浆液的配合比；最后，确保人员、设备、材料等资源进场到位；

预备步骤B：钻孔，采用地质钻机按上述测定孔位垂直施工段地面进行钻孔，获得管道安装孔；在钻孔时，做好钻孔记录，主要记录钻进过程是否突进、卡钻、冲洗液是否明显变化等，为优化设计和指导一下步的注浆作业提供依据；

步骤1：采用第一袖阀管对上述第一施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液；

步骤2：在对第一施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液后，再采用第二袖阀管对该第一施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液，此时，对第一施工段注浆加固结束；

步骤3：采用第一袖阀管对上述第二施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液；

步骤4：在对第二施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液后，再采用第二袖阀管对第二施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液，此时，对第二施工段注浆加固结束；

……；

步骤m：采用第一袖阀管对上述第n施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液；

步骤(m+1)：在对第n施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液之后，再采用第二袖阀管对第n施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液，此时，对第n施工段注浆加固结束；

此时，注浆加固结束；

其中，m≥3，且m为奇数。

在上述预备步骤A中，在根据设计文件测定孔位时，施工段的隧道洞身的两侧相邻两个管道安装孔之间的间距为1m*1m，隧道洞身上相邻两个管道安装孔之间的间距为2m*2m。

在上述预备步骤B中，在采用地质钻机按上述测定孔位垂直施工段地面进行钻孔时，管道安装孔与水平线之间的偏差小于或等于5cm，而管道安装孔的垂直度的误差小于或等于1/150，这样能够保证所有管道安装孔之间能达到高度一致，且便于下述袖阀管的安装。除此之外，当施工段的地质较差、成孔困难时，可采用泥浆护壁钻进成孔；当钻进过程中出现串风时，可采用间隔钻孔或对相邻成孔及时下管注套壳料封孔来解决；最后，施工段的隧道洞身两侧的管道安装孔的孔径的直径为130mm，隧道洞身上的管道安装孔的直径为110mm。

在对每个施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液之前，都需要将注浆锌管设置在第一袖阀管和第二袖阀管中，为后续作业做好准备。在对第一施工段注浆加固结束后，需将第一袖阀管的注浆锌管和第二袖阀管的注浆锌管从第一施工段后退安装至第二施工段对应的袖阀管中，以方便对第二施工段进行注浆加固；在对第二施工段注浆加固结束后，也需将第一袖阀管的注浆锌和第二袖阀管的注浆锌管后退安装至下一个施工段对应的袖阀管中，……，直至将第一袖阀管的注浆锌管和第二袖阀管的注浆锌管后退安装到第n施工段对应的袖阀管中，以对第n施工段进行注浆加固；由此可知，本实施例提供的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法是采用分段、由外向内、自下而上后退注浆的方式，一方面，方便操作，能够用于长距离施工，使得本实施例提供的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法不受施工范围的限制，普适性好，另一方面，还有助于增强对隧道洞身的加固效果。

在本实施例中，上述第一袖阀管为现场加工的钢质袖阀管，采用钢质袖阀管，能够满足硫铝酸盐水泥浆液快凝早强的特点，实现了对隧道洞身的两侧地层进行提前加固的目的；另外，该第一袖阀管的管节长度由钻机钻背悬空高度而定，其直径为76mm，连接套管长度为15cm，且连接套管的直径为89mm；除此之外，该第一袖阀管的出浆孔按同截面十字形布置，出浆孔的直径为8mm，且相邻两个出浆孔之间的间距为500mm，与现有技术相比，这样的设计有助于在相同注浆压力下加快注浆速度和缩短注浆时间；

上述第二袖阀管为PVC袖阀管，在通过水泥浆液时，采用PVC袖阀管作为第二袖阀管，有助于增加水泥浆液的渗透性，从而改善隧道洞身的上方地层的物理、力学性能，使得隧道洞身的上方地层在由硫铝酸盐水泥浆液形成的围护结构和截水帷幕间形成超前支护体系；另外，该第二袖阀管的管节长度为2m，其直径为50mm，且该第二袖阀管的出浆孔按同截面十字形布置，其出浆孔的直径为4-6mm，而相邻两个出浆孔之间的间距为330mm，与现有技术相比，这样的设计也有助于在相同注浆压力下增强浆液的渗透能力。

在上述管道安装孔中设置第一袖阀管和第二袖阀管时，为防止注浆时浆液下窜，采用水泥浆液封堵第一袖阀管的底部管口，且封堵长度为10~20cm，采用下密封盖封堵第二袖阀管的底部管口，其封堵长度也为10~20cm；在将第一袖阀管和第二袖阀管均设置在上述管道安装孔中后，为防止杂物进入到第一袖阀管和第二袖阀管内，采用水泥纸袋封堵住第一袖阀管的顶部管口，采用上密封盖封堵第二袖阀管的顶部管口；另外，在将第一袖阀管和第二袖阀管均设置在上述管道安装孔中后，第一袖阀管和第二袖阀管均露出地面30~50cm。

在将第一袖阀管和第二袖阀管设置在相应的管道安装孔中后，且在对每个施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液之前，都要利用导浆管对相应的施工段上的管道安装孔分别与第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间注套壳料，如图1所示，具体包括：在上述步骤1中，对第一施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液之前，利用导浆管对该第一施工段上的管道安装孔分别与第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间注套壳料；在上述步骤3中，在对第二施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液之前，利用导浆管对该第二施工段上的管道安装孔分别与第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间内注套壳料；在上述步骤m中，在对第n施工段的隧洞洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液之前，利用导浆管对该第n施工段上的管道安装孔分别与第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间内注套壳料。在各施工段的管道安装孔分别与第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间内注套壳料后，套壳料便会在袖阀管周围形成具有一定强度的保护层，既能防止浆液在注浆时到处流窜，又能在注浆时浆液根据需要挤破地层，起到分层、分段注浆的目的；另外，在施工段的管道安装孔分别与第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间内注套壳料，还能防止袖阀管在注浆过程中变形、变位或破损，也能保证注浆液顺利通过。因此，对施工段上的管道安装孔分别与第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间内注套壳料，能够保证比较好的注浆加固效果。

在利用导浆管对第一施工段、第二施工段、……、第n施工段上的管道安装孔分别与上述第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间内注套壳料后，将套壳料的胶凝时间控制在10~14h，如若胶凝时间小于10h，则会有损套壳料的凝固效果和强度，也会影响到后续注浆加固的效果，如若胶凝时间超过14h，则会造成时间上的浪费，不利于缩短施工工期；另外，还要将胶凝后套壳料的强度控制为0.3~0.5MPa，以保证后续注浆加固的效果。

另外，待套壳料注满管道安装孔与上述袖阀管之间的环状空间后，还要进行封口操作，具体为：采用水泥纸袋封堵管道安装孔分别与上述第一袖阀管和第二袖阀管之间环状空间的顶端出口，封堵长度为30~40cm，这样能够起到防止注浆时发生返浆现象的作用；为了进一步避免防止注浆时发生返浆，在用水泥纸袋封堵管道安装孔分别与上述第一袖阀管和第二袖阀管之间环状空间的顶端出口后，再采用水泥浆液封堵管道安装孔分别与第一袖阀管和第二袖阀管之间环状空间的顶端出口，封堵长度为20~30cm。

在对每个施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液之前，都先打开第一袖阀管顶部管口的封堵物，下放水管至第一袖阀管的底部以对第一袖阀管管内的杂物进行冲洗，以方便注浆；在清洗结束后、下放注浆锌管前，都要检查注浆锌管前端的注浆器的状态是否良好、注浆锌管管路是否有堵塞、各节管路的连接是否良好，以保证注浆工作的顺利进行。

在对每个施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液之前，为了方便注浆，也都要先打开第二袖阀管顶部管口的封堵物，并采用水管对第二袖阀管管内的杂物进行冲洗；在清洗结束后、下放注浆锌管前，也都要检查注浆器状态是否良好、注浆锌管管路是否有堵塞、以及各节管路的连接是否良好，利于注浆工作的顺利进行。

在本实施例中，对上述每个施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液的注浆压力都控制在1.5~4.0MPa，这样能够有效控制注浆范围，还能避免冒浆和串浆，具体为：将隧道洞身的两侧地层上位于隧道拱顶以上的区域的注浆压力控制为1.5~2.5MPa，如若注浆压力小于1.5MPa，会使得浆液扩散半径不能满足设计半径的要求，达不到加固范围，影响加固效果，如若注浆压力大于2.5 MPa，会导致浆液上串，超出加固范围，造成浆液浪费。另外，将隧道洞身的两侧地层上位于拱顶以下的区域的注浆压力控制为2.5~4.0MPa，如若注浆压力小于2.5MPa，也会使得浆液扩散半径不能满足设计半径的要求，达不到加固范围，影响加固效果，如若注浆压力大于4.0 MPa，也会造成浆液浪费。

对上述每个施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液的注浆压力都控制在1.5~4.0MPa，同上，这样也能起到有效控制注浆范围、避免冒浆和串浆的作用，具体为：将隧道洞身的上方地层上位于隧道拱顶以上的区域的注浆压力控制为1.5~2.5MPa，同上所述，如若注浆压力小于1.5MPa，也会使得浆液扩散半径不能满足设计半径的要求，达不到加固范围，影响加固效果，如若注浆压力大于2.5 MPa，也会导致浆液上串，超出加固范围，造成浆液浪费。另外，将隧道洞身的上方地层上位于拱顶以下的区域的注浆压力控制为2.5~4.0MPa，同上所述，如若注浆压力小于2.5MPa，会使得浆液扩散半径不能满足设计半径的要求，达不到加固范围，影响加固效果，如若注浆压力大于4.0 MPa，也会造成浆液浪费。

在本实施例中，在对上述每个施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液后，因为硫铝酸盐具有快凝早强的特点，硫铝酸盐水泥浆液在压力作用下充填地层孔隙后会快速凝固，切断和堵塞了水流通道，还使得隧道洞身的两侧地层的物理、力学性能得到改善，而改善物理、力学性能后的两侧地层和袖阀管之间形成了有效的围护结构和截水帷幕，也通过提高隧道洞身的两侧地层的渗透能力实现了加固地层和防渗堵漏的目的；在对上述每个施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，隧道洞身的上方地层的物理、力学性能也得到改善，且在上述围护结构之间形成有效的超前预支护体系。

实施例2

本实施例也提供了一种浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，该浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法与实施例1提供的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法大概相同，二者之间的区别仅仅在于：

如图3所示，上述步骤2中，在对第一施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，进行第一次注浆验证，以判识加固效果，如果加固效果达到要求，则对第一施工段注浆加固结束，否则，返回步骤1或步骤2：具体为：如果对第一施工段的隧道洞身的两侧地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤1重新注浆加固，如果对第一施工段的隧道洞身的上方地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤2重新注浆加固，直至对第一施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层的加固效果都满足要求，才能对第二施工段进行注浆加固，这样能保证比较好的注浆加固效果；

上述步骤4中，在对第二施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，进行第二次注浆验证，以判识加固效果，如果加固效果达到要求，则对第二施工段注浆加固结束，否则，返回步骤3或步骤4，具体为：如果对第二施工段的隧道洞身的两侧地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤3重新注浆加固，如果对第二施工段的隧道洞身的上方地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤4重新注浆加固，直至对第二施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层的加固效果都满足要求，才能对下一个施工段进行注浆加固，这样能保证比较好的注浆加固效果；

上述步骤(m+1)中，在对第n施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，进行第n次注浆验证，以判识加固效果，如果加固效果达到要求，则对第n施工段注浆加固结束，否则，返回步骤m或步骤(m+1)，具体为：如果对第n施工段的隧道洞身的两侧地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤m重新注浆加固，如果对第二施工段的隧道洞身的上方地层的加固效果没有满足要求，则返回上述步骤(m+1)重新注浆加固，直至对第n施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层的加固效果都满足要求，才能结束对第n施工段的注浆加固，这样能保证比较好的注浆加固效果。

在本实施例中，n≥2，且n为自然数；m≥3，且m为奇数。

在对每个施工段注浆加固结束后，均要进行注浆验证，即根据实际（设计）注浆量及其注浆过程中浆液的分布特征，对每个施工段上可能存在的注浆薄弱部位（盲区）有针对性的设置检查孔，通过对检查孔的取芯率及芯样的连续性进行注浆效果验证，从而能够判识对每个施工段的注浆加固是否满足设计验证指标的要求、是否存在盲区，不仅能保证比较好的注浆加固效果，还能以此作为判识隧道洞内是否开挖的依据。

在本实施例中，每个施工段上，设置的检查孔的数量为管道安装孔的数量的3%~5%，取芯率大于或等于70%。

Claims (10)

1.一种浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，其特征在于，将待施工的浅埋段隧道洞身地表分成多个施工段，且对所述施工段的隧道洞身的两侧地层和上方地层分别注硫铝酸盐水泥浆液和水泥浆液。

2.根据权利要求1所述的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，其特征在于，多个所述施工段从后至前依次为第一施工段、第二施工段、……、第n施工段；

其中，n≥2，且n为自然数。

3.根据权利要求2所述的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对所述第一施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液；

步骤2：对所述第一施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液，此时，对所述第一施工段注浆加固结束；

步骤3：对所述第二施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液；

步骤4：对所述第二施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液，此时，对所述第二施工段注浆加固结束；

……；

步骤m：对所述第n施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液；

步骤(m+1)：对所述第n施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液，此时，对所述第n施工段注浆加固结束；

其中，m≥3，且m为奇数。

4.根据权利要求3所述的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，其特征在于，上述步骤2中，在对所述第一施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，进行第一次注浆验证，以判识加固效果，如果加固效果达到要求，则对所述第一施工段注浆加固结束，否则，返回步骤1或步骤2。

5.根据权利要求3所述的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，其特征在于，上述步骤4中，在对所述第二施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，进行第二次注浆验证，以判识加固效果，如果加固效果达到要求，则对所述第二施工段注浆加固结束，否则，返回步骤3或步骤4。

6.根据权利要求3所述的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，其特征在于，上述步骤(m+1)中，在对所述第n施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液后，进行第n次注浆验证，以判识加固效果，如果加固效果达到要求，则对所述第n施工段注浆加固结束，否则，返回步骤m或步骤(m+1)。

7.根据权利要求1所述的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，其特征在于，采用第一袖阀管对所述施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液，且采用第二袖阀管对所述施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液。

8.根据权利要求7所述的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，其特征在于，在对所述施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液之前，对所述施工段上的管道安装孔分别与所述第一袖阀管和第二袖阀管之间的环状空间注套壳料。

9.根据权利要求1所述的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，其特征在于，对所述施工段的隧道洞身的两侧地层注硫铝酸盐水泥浆液的注浆压力控制在1.5~4.0MPa。

10.根据权利要求1所述的浅埋穿越断层隧道地表组合注浆加固方法，其特征在于，对所述施工段的隧道洞身的上方地层注水泥浆液的注浆压力控制在1.5~4.0MPa。