CN111577344A - 大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，采用化学浆液对初支面渗漏水处和掌子面前方涌水处进行定向注浆封堵。顺序是先对掌子面后方的初支面渗漏水处进行注浆封堵和加固，然后对掌子面前方涌水处进行注浆封堵，即在隧道开挖边界外形成一个巨大瓦片覆盖在隧顶，封住涌水，还能承压，保证开挖安全；化学浆液反应速度快，几十秒甚至几秒即可见效，不影响后续的开挖、初支、二衬等工序施工，治理渗漏水、涌水快速、安全、可靠，不影响后续工序的施工的特点。
Description
技术领域
本发明涉及隧道建设技术领域，特别是涉及一种大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法。
背景技术
某高速铁路双线隧道，设计时速350公里，起讫里程DK490+731～DK497+647，全长6916m，分进口、斜井、出口3个工区4个作业面组织施工，隧道断面约150m2，斜井大里程掌子面里程DK495+165，埋深约100m。如图1，彭家塘断层西北向与洞身相交于DK495+100附近，地表形成一常年流水的河道，隧道掌子面刚下穿过老河道进入另一山体，过彭家塘断层中心位置约60m，岩体为志留系砂质页岩，掌子面揭示隧顶断层破碎带宽10～20m，2019年11月26日，开挖后掌子面范围突发较大涌水，预计2500～3500m3/d，伴随拱部松散体的局部滑塌。
现有的设计支护结构，结合图2，采用Vc支护参数，采用拱架+超前小导管初支结构，拱脚采用φ22锁脚锚杆加固。①超前支护采用φ42小导管，长4.0m，纵向间距3.6m，每环根数40根，环向间距0.5m。②初支支护采用喷射混凝土、钢筋网、锚杆、I18型钢；其中，喷射混凝土：C25混凝土，拱部厚29cm、仰拱厚29cm；锚杆：拱部140°范围内采用φ22组合中空注浆锚杆，边墙采用φ22砂浆锚杆，长4.0m，纵环向间距1.0×1.0m；钢筋网：采用φ8钢筋网格，网格间距20×20cm；全环拱架：采用I18型钢钢架，间距0.6m；拱架锁脚：采用φ22锁脚锚杆，长4.5m。③二次衬砌采用钢筋混凝土结构；C30钢筋混凝土：拱墙厚度55cm，仰拱厚度65cm，环向钢筋间距φ25@200mm，纵向钢筋间距φ14@250mm。
上述支护方式，施工到里程DK495+165掌子面时，揭示岩层破碎，采用CRD法施工。先施工右侧上导，每次开挖初支约1.0m(即1榀拱架)，当完成开挖初支约5.0m，对初支背后进行注浆，加固和封住漏水。左侧上导采用破碎锤挖开一部分，地表河水沿裂隙渗漏，出现涌水，逐步增大，预计日涌水量6500～7500m3/d，采用硫铝酸盐快硬微膨胀水泥注浆措施，涌水暂时封住，还未开挖就因水压太大胀开，水流连同原喷射混凝土、破碎岩石等一齐从上台阶冲下。施工队组织人力进行抢险，用水泥一包一包堆住决口，挂上金属网，快速用喷射混凝土封住，并预留2个φ100泄水孔。右边已开挖初支的上台阶多处漏水继续采用注快硬硫铝酸盐水泥浆液进行封堵。
现有支护方式存在如下缺点，一是采用水泥浆即使暂封住了涌水，由于隧道顶部几乎垂直的发育裂隙，洞外河沟一直有水进行补给，形成越来越大的水包，水压到达一定程度，注浆隔水层就被崩开，不仅无法开挖初支，还可能会造成溃顶大涌水险情。二是上导右边注浆封水后，左边下导底部2个泄水孔内流量大甚至满流，且水压大，流速快，此时继续注浆来不及凝固，就随着水流通过泄水孔迅速流出，无法封水。
发明内容
本发明的目的是提供一种大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用化学浆液对初支面渗漏水处和掌子面前方涌水处进行定向注浆封堵。顺序是先对掌子面后方的初支面渗漏水处进行注浆封堵和加固，然后对掌子面前方涌水处进行注浆封堵，即在隧道开挖边界外形成一个巨大瓦片覆盖在隧顶，封住涌水，还能承压，保证开挖安全。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)钻孔
a.初支注浆钻孔
掌子面后方初支面先采用梅花形布置的小导管进行钻孔，然后在钻孔处注快硬硫铝酸盐水泥浆液加固；
b.超前注浆钻孔
在掌子面前方涌水处施工中管棚，中管棚中采用无缝钢管，在钢管的周边钻注浆孔，注浆孔呈梅花形布置，孔口处留0.5m不钻孔，作为注浆孔口段；
c.施作止浆导向墙
沿掌子面四周轮廓间距0.5m打设接茬钢筋，通过外露的接茬钢筋在掌子面焊接铺设钢筋网，然后支立一榀钢拱架作为导向钢架，在钢架上焊接导向管，导向管的外管口用土工布包裹，然后喷射混凝土作为止浆兼导向墙；
2)安装注浆管
人工配合钻机将中管棚送入超前注浆钻孔中，然后用土工布和锚固剂将管壁与导向管的缝隙充填密实，防止注浆时漏浆，并在孔口安装止浆阀；
3)注浆
注浆孔打设一根，安装、注浆一根；其中注浆顺序为先下后上，把两根吸料管分别***注浆原料桶中，开动注浆泵，原料经过输送管进入注液枪中混合注入岩层，深入裂隙进而快速的反应达到堵水、加固的目的；
4)注浆效果
目测观察渗漏水、涌水明显减少或消失，则注浆成功，如不成功，加密注浆孔，直至封堵渗漏和涌水成功；封堵成功，快速进行掌子面开挖、初期支护和二次衬砌施工。
优选的，初支注浆钻孔中小导管采用直径为42mm，长4.0m的导管；其梅花形分布为1m×1m布置。
优选的，初支注浆钻孔中，在进行注泥浆液加固后，如仍有渗漏水点，以渗漏水点为中心打设3个间距1.0m的注浆孔，向注浆孔内注注浆原料进行封堵。
优选的，超前注浆钻孔中采用φ76mm中管棚，长9.0m、搭接3.0m、纵向间距6m、环向间距2.0m；Φ76mm中管棚中采用壁厚3.5mm无缝钢管，无缝钢管单根长度9m，孔径为8～10mm，其梅花形布置的间距为20cm。
优选的，接茬钢筋的直径为22mm，接茬钢筋埋深2m，外露2mm。
优选的，施作止浆导向墙中导向管为长0.5m，直径为108mm的钢管，导向管外倾角10°～15°，各导向管的间距为2.0m；混凝土的喷射厚度为0.3m。
优选的，步骤3)中，注浆压力控制在17～20MPa。
优选的，步骤3)中，在注浆液封堵过程中，一旦发现初支裂隙或注浆管缝漏出胶体立即停注，等待30-60秒后继续加注，如此循环加注，直到当混合胶液从管中流出后，表明孔壁间裂隙已完全充填满，注浆完毕，停止注浆时用清水冲洗管路和混合枪。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中的大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法中，注浆原料的化学浆液采用固瑞化学浆液，该浆液可根据需要调整凝固时间，具有凝固时间短、膨胀系数大，可在大流速涌水状态下，快速填充裂隙，达到迅速止水的效果；化学浆液反应物强度大，可与围岩、小导管或管棚迅速结合成坚固的堵水封闭圈，安全可靠。化学浆液反应速度快，几十秒甚至几秒即可见效，不影响后续的开挖、初支、二衬等工序施工，治理渗漏水、涌水快速、安全、可靠，不影响后续工序的施工的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为线路、河道、山***置示意图；
图2为隧道断面示意图；
图3为化学浆液注浆工艺流程图；
图4为隧道化学注浆横断面图；
图5为隧道化学注浆纵断面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用化学浆液对初支面渗漏水处和掌子面前方涌水处进行定向注浆封堵。顺序是先对掌子面后方的初支面渗漏水处进行注浆封堵和加固，然后对掌子面前方涌水处进行注浆封堵，即在隧道开挖边界外形成一个巨大瓦片覆盖在隧顶，封住涌水，还能承压，保证开挖安全。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图3-5所示，本实施例提供一种大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，包括以下步骤：
①钻孔
a.初支注浆钻孔
掌子面后方初支面先采用φ42mm小导管，长4.0m，1×1m梅花形布置，注快硬硫铝酸盐水泥浆液加固，如仍有渗漏水点，以渗漏水点为中心打设3个间距1.0m注浆孔，注固瑞化学浆液封堵。布置如图5。
b.超前注浆钻孔
超前固瑞化学浆液注浆封堵涌水采用φ76mm中管棚，长9.0m、搭接3.0m、纵向间距6m、环向间距2.0m。Φ76mm中管棚，壁厚3.5mm无缝钢管，单根长度9m，周边钻注浆孔，孔径8～10mm梅花型布置，间距20cm，孔口处留0.5m不钻孔，作为注浆孔口段。
施作止浆导向墙：沿掌子面四周轮廓间距0.5m，打设φ22mm接茬钢筋，埋深2m，外露2mm，通过外露钢筋在掌子面焊接铺设钢筋网，然后支立一榀钢拱架作为导向钢架，在钢架上焊接0.5m长φ108mm的钢管作为导向管，外倾角10°～15°，导向管间距2.0m，外管口用土工布包裹，然后喷射0.3m厚喷射混凝土作为止浆兼导向墙，见图4。
②安装注浆管
人工配合钻机将9m长Φ76mm中管棚送入孔中，然后用土工布和锚固剂将管壁与导向管的缝隙充填密实，防止注浆时漏浆。在孔口安装止浆阀。
③注浆
注浆孔打设一根，安装、注浆一根。
注浆泵：使用固瑞专用注浆泵，采用双液注浆***。
注浆顺序为先下后上的原则。把两根吸料管分别***固瑞树脂和催化剂桶中(固瑞树脂和催化剂配合比为1：1)，开动注浆泵，原料经过输送管进入注液枪中混合注入岩层，深入裂隙进而快速的反应达到堵水、加固的目的，注浆压力控制在17～20MPa。
在注固瑞封堵过程中，一旦发现初支裂隙或注浆管缝漏出胶体立即停注，等待30-60秒后继续加注，如此循环加注；直到当混合胶液从管中流出后，表明孔壁间裂隙已完全充填满，注浆完毕。停止注浆时用清水冲洗管路和混合枪。
本发明通过采用遇水就膨胀、凝固的化学浆液注浆堵水，并形成足够厚度、具有足够强度承载水压，开挖后能保证隧道顶部安全，能顺利进行下一步工序施工。
④注浆效果。
目测观察渗漏水、涌水明显减少或消失，则注浆成功，如不成功，加密注浆孔，直至封堵渗漏、涌水成功。
⑤山顶河沟混凝土封堵
山顶河沟与隧道中心线成立体斜交，在河沟上游180米处筑坝，采用两趟直径Φ254mm(每根长度10m)的钢管将河道水排流，在河沟上游150米、下游50米范围，对河沟进行清理、平整，先铺防水板，再铺一层厚度100mm掺入8％防裂密实剂的混凝土，将隧道外的补给水切断或者减少。
⑥开挖、初支、二衬等。
封堵成功，按照原设计方案快速进行掌子面开挖、初期支护和二次衬砌施工，原有设计参数不变。
本发明采用固瑞化学浆液对初支面渗漏水处和掌子面前方涌水处进行定向注浆封堵。顺序是先对掌子面后方的初支面渗漏水处进行注浆封堵和加固，然后对掌子面前方涌水处进行注浆封堵，即在隧道开挖边界外形成一个巨大瓦片覆盖在隧顶，封住涌水，还能承压，保证开挖安全。
固瑞化学浆液是由树脂、固化剂配合比按体积比1:1混合而成的。
固瑞化学浆液是一种低粘度，双组分合成高分子聚亚胺胶脂材料，采用高压灌注进行堵水时，当树脂和催化剂掺在一起时反应或遇水产生膨胀，本身反应或发泡生成多元网状密弹性体的特征，当它被高压推挤，注入到岩层或混凝土裂缝，可沿岩层或混凝土裂缝延瞻直到将所有裂隙充填。在遇水后时产生关联反应，发生膨胀(反应时间10～120s可调)，在膨胀压力的作用下产生二次渗压(膨胀倍数为2～15倍)，高压推力与二次渗压将固瑞化学浆液压入出水岩层并充满所有裂隙，从而达到止漏目的，成品抗压强度介于10～30MPa。
本发明的大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，具有以下效果：
①采用长4.0mφ42mm超前小导管+固瑞化学浆液快速封堵隧道初支面大流速漏水，并进行加固初支。②采用长9mφ76mm超前中管棚+固瑞化学浆液超前封堵隧道顶部大倾角发育裂隙补给大流速涌水，尤其是在隧道顶部开挖轮廓线外形成厚度2.0～3.5m、长度约8.0m的“巨型瓦片”扣在隧道顶部，加固了隧顶，改善了岩层受力状况，安全承受水压，为快速安全开挖创造了条件。③洞外河沟铺密实混凝土，切断补给，为洞内注浆取得良好效果创造了条件，为洞内“巨型瓦盖”承受水压减轻了沉重的负担。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)钻孔
a.初支注浆钻孔
掌子面后方初支面先采用梅花形布置的小导管进行钻孔，然后在钻孔处注快硬硫铝酸盐水泥浆液加固；
b.超前注浆钻孔
在掌子面前方涌水处施工中管棚，中管棚中采用无缝钢管，在钢管的周边钻注浆孔，注浆孔呈梅花形布置，孔口处留0.5m不钻孔，作为注浆孔口段；
c.施作止浆导向墙
沿掌子面四周轮廓间距0.5m打设接茬钢筋，通过外露的接茬钢筋在掌子面焊接铺设钢筋网，然后支立一榀钢拱架作为导向钢架，在钢架上焊接导向管，导向管的外管口用土工布包裹，然后喷射混凝土作为止浆兼导向墙；
2)安装注浆管
人工配合钻机将中管棚送入超前注浆钻孔中，然后用土工布和锚固剂将管壁与导向管的缝隙充填密实，防止注浆时漏浆，并在孔口安装止浆阀；
3)注浆
注浆孔打设一根，然后安装、注浆一根，逐根完成；其中注浆顺序为先下后上，把两根吸料管分别***注浆原料桶中，开动注浆泵，原料经过输送管进入注液枪中混合注入岩层，深入裂隙进而快速的反应达到堵水、加固的目的；
4)注浆效果
目测观察渗漏水、涌水明显减少或消失，则注浆成功，如不成功，加密注浆孔，直至封堵成功；封堵成功后，快速进行掌子面开挖、初期支护和二次衬砌施工。
2.根据权利要求1所述的大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，其特征在于：初支注浆钻孔中小导管采用直径为42mm，长4.0m的导管；其梅花形分布为1m×1m布置。
3.根据权利要求1所述的大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，其特征在于：初支注浆钻孔中，在进行注泥浆液加固后，如仍有渗漏水点，以渗漏水点为中心打设3个间距1.0m的注浆孔，向注浆孔内注注浆原料进行封堵。
4.根据权利要求1所述的大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，其特征在于：超前注浆钻孔中采用φ76mm中管棚，长9.0m、搭接3.0m、纵向间距6m、环向间距2.0m；Φ76mm中管棚中采用壁厚3.5mm无缝钢管，无缝钢管单根长度9m，孔径为8～10mm，其梅花形布置的间距为20cm。
5.根据权利要求1所述的大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，其特征在于：接茬钢筋的直径为22mm，接茬钢筋埋深2m，外露2mm。
6.根据权利要求1所述的大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，其特征在于：施作止浆导向墙中导向管为长0.5m，直径108mm的钢管，导向管外倾角为10°～15°，各导向管的间距为2.0m；混凝土的喷射厚度为0.3m。
7.根据权利要求1所述的大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，其特征在于：步骤3)中，注浆压力控制在17～20MPa。
8.根据权利要求1所述的大倾角发育裂隙涌水洞内治水开挖方法，其特征在于：步骤3)中，在注浆液封堵过程中，一旦发现初支裂隙或注浆管缝漏出胶体立即停注，等待30-60秒后继续加注，如此循环加注，直到当混合胶液从管中流出后，表明孔壁间裂隙已完全充填满，注浆完毕，停止注浆时用清水冲洗管路和混合枪。
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| CN113944484A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-01-18 | 山西交科岩土工程有限公司 | 一种富水基岩隧道渗漏水注浆堵水加固材料及其应用 |
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