CN113445959B - 岩溶或断层隧道的钻孔排水结构及其施工方法和施工结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木工程领域，公开了一种岩溶或断层隧道的钻孔排水结构及其施工方法和施工结构。本发明公开的岩溶或断层隧道的钻孔排水结构，包括透空段与注浆段，透空段位于下倾的钻孔的下部，注浆段位于钻孔上部，透空段与注浆段之间设置止水构件，透空段内设有透水管，透水管内具有空腔，透水管内设置有穿过止水构件向外延伸的排水管，透水管内填充有石蜡填充体，石蜡填充体是由液体石蜡凝固形成的整体结构。该岩溶或断层隧道的钻孔排水结构及其施工方法，保证充分注浆的同时，防止钻孔壁被酸性溶解，确保排水结构的质量，同时无须设置充压囊体即可弹性橡胶套膨胀堵塞断层和岩溶腔的支撑要求，防止突涌水冲散浇注的浆液。

Description

岩溶或断层隧道的钻孔排水结构及其施工方法和施工结构

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其是一种岩溶或断层隧道的钻孔排水结构及其施工方法和施工结构。

背景技术

隧道的防水层或衬砌结构存在缺陷时，会产生局部地下水渗出。尤其是富水性岩溶、断层隧道，渗水更加严重，洞壁渗水进入隧道内引起积水、结冰等问题，影响隧道运营安全。另外，渗水破坏隧道衬砌混凝土及围岩内部结构，降低隧道结构耐久性，缩短隧道的使用寿命。

对于瓦斯隧道，隧道渗水往往混杂瓦斯等有害气体，部分有害气体具有燃烧性和***性，有害气体逸出进入隧道会对隧道运营期构成安全威胁。

公开号CN201710522907.8的中国专利申请提出一种隧道渗水负压排水技术，其核心思想是向注浆封闭钻孔段内注浆，预留透水钻孔段，排水作用使透水钻孔段内形成负压，迫使隧道围岩的地下水快速流向钻孔并排出表。透水钻孔段与外界大气隔绝，排水过程发生前，孔内压力会随地下水的入渗而逐步增高，促使地下水自然流出孔口，当排水过程发生后，由于排水管的排水能力大于地下水入渗到透水钻孔段的空腔内的流量，透水管内会形成空腔，空腔的气压小于大气压（即负压），因而透水管周围土体中的水流向透水管。同样，由于透水管内存在负压，透水管周围各个方向的水都会流向透水管，因而，排水范围会增大，排水范围增大更有利于排出隧道围岩中的地下水。

然而，隧道渗水负压排水技术在现场施工过程中，钻孔的下半部分为透水钻孔段，需要保持透水效果，注浆封闭钻孔段的注浆不能进入透水钻孔段，如果注浆压力大，往往会冲破膨胀橡胶止水环等隔挡结构，浆体进入透水钻孔段，导致钻孔失效；如果注浆压力小，则起不到封堵封闭钻孔段的效果，形成不了负压的效果。因此，需要新的注浆技术来解决上述问题。

再如，申请号为CN202010700824.5的中国专利申请提出一种充填可溶晶体的注浆结构及施工方法，其利用透水管内填充固态盐、固态糖、固态明矾和固态冰等可溶晶体，提高注浆压力，减少所述注浆段的裂隙，提高封闭效果，进而提升透水段的负压效果。然而，在工程现场试验中发现，可溶晶体的融化很难受到人为控制，如果注浆段的施工遇到停滞，浆液未能充分凝固，冰块就会受到地下水、环境温度等作用逐渐融化，起不到隔绝浆液的作用。

针对此问题，申请人在申请号为CN202110711425.3的中国专利申请中提出一种岩溶或断层隧道及边坡的酸溶钻孔排水结构及施工方法，其采用了可溶于酸且不可溶于水的固体填充材料对透水管进行填充，防止地下水、环境温度等对填充材料的溶解产生影响，能够更好地保证后续的注浆压力，注浆完成后通过酸性溶液溶解固体填充材料，以便于排水的顺利进行，此外，由于填充材料通常采用颗粒材料，可能无法提供足够的支撑力而造成止水构件5后移，影响注浆质量，还在透水管内设置有充压囊体，通过向充压囊体中注入流体进行充压，提高固体填充材料的支撑压力，从而保证注浆质量。

但是，申请人在实际运用中发现，岩溶隧道主要成分为石灰岩、大理岩（主要为碳酸盐），部分断层隧道围岩也含有碳酸盐成分，在通过酸液溶解固体填充材料时，会同时溶解透水管外的围岩，导致透水管出现位移的风险，降低后续排水的稳定性，同时也会影响围岩的稳定性，威胁隧道结构安全；并且，由于通常采用颗粒状的固体碳酸钙进行填充，为了保证其支撑效果，需要在透水管中设置充压囊体，这一定程度上提高了施工的难度和不确定性；此外，具有岩溶或断层隧道结构的钻孔内还会出现突然涌水的现象，在注浆段浇注的浆液未充分凝固前，极易因涌水冲击而溃散，降低浇注的质量甚至造成浇注失败。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种岩溶或断层隧道的钻孔排水结构及其施工方法和施工结构，保证充分注浆的同时，防止钻孔壁被酸性溶解，确保排水结构的质量。

本发明公开的岩溶或断层隧道的钻孔排水结构的施工方法，包括如下步骤：

确定打设排水钻孔的位置，并进行钻孔施工，所述钻孔包括下部透空段与上部的注浆段；

在透空段内放置透水管，钻孔内放置伸入透水管的排水管；

向透水管内注入液态石蜡，在透空段与注浆段之间设置止水构件；

待液态石蜡凝固形成整体结构的石蜡填充体后，在注浆段内设置带有若干注浆口注浆套管，所述注浆套管上至少对应断层或岩溶段的部位外周套设有弹性橡胶套；

在注浆套管中注入浆液，填充注浆段，并使弹性橡胶套膨胀堵塞断层或岩溶腔；

注浆结束后，待注浆段浆液凝固并达到最大强度后，向透水管内注入石蜡溶解液，将石蜡填充体溶解，并抽出溶解后的液体。

优选地，在放置透水管后，在钻孔内放置伸入透水管的石蜡溶解液注入管，所述石蜡溶解液注入管的内端部位于透水管的上部靠近止水构件的位置，所述排水管的内端部位于透水管的底部，然后再注入液态石蜡；

向透水管内注入石蜡溶解液时，通过石蜡溶解液注入管注入，利用排水管将透水管中液态物质抽出，直到抽出的物质为纯净的石蜡溶解液。

优选地，在石蜡填充体溶解完成后，剪断石蜡溶解液注入管外露的部分，向石蜡溶解液注入管中注入浆液柱，封闭石蜡溶解液注入管。

优选地，注入的石蜡溶解液为煤油或柴油。

本申请还公开一种岩溶或断层隧道的钻孔排水施工结构，包括下倾的钻孔，所述钻孔包括位于下部的透空段与位于上部的注浆段，所述透空段与注浆段之间设置止水构件，所述透空段内设有透水管，所述透水管内具有空腔，所述透水管内设置有穿过止水构件向外延伸的排水管，所述透水管内填充有石蜡填充体，所述石蜡填充体是由液体石蜡凝固形成的整体结构；

所述注浆段内设置有注浆套管，所述注浆套管上开设有若干注浆口，所述注浆套管上至少对应断层或岩溶段的部位外周套设有弹性橡胶套，所述的弹性橡胶套充满浆液膨胀并堵塞断层或岩溶腔。

优选地，所述注浆套管整***于所述弹性橡胶套内。

优选地，所述透水管内设置有穿过止水构件向外延伸的石蜡溶解液注入管，所述石蜡溶解液注入管的内端部位于透水管的上部靠近止水构件的位置，所述排水管的内端部位于透水管的底部。

优选地，所述石蜡溶解液注入管的内端部套设有带孔空壳。

本申请还提供一种岩溶或断层隧道的钻孔排水结构，包括下倾的钻孔，所述钻孔包括位于下部的透空段与位于上部的注浆段，所述透空段与注浆段之间设置止水构件，所述透空段内设有透水管，所述透水管内具有空腔，所述透水管内设置有穿过止水构件向外延伸的排水管，所述注浆段内设置有注浆套管，所述注浆套管上开设有若干注浆口，所述注浆套管上至少对应断层或岩溶段的部位外周套设有弹性橡胶套，所述的弹性橡胶套充满浆液膨胀并堵塞断层或岩溶腔。

本发明的有益效果如下：

1、利用石蜡填充体和石蜡溶解液组合代替原有的碳酸钙和酸溶液的组合，可以有效防止酸溶液溶解钻孔的孔壁造成的透水管移位、影响围岩的稳定性、威胁隧道结构安全等问题，保证排水结构的质量可控。

2、石蜡填充体是由液体石蜡凝固形成的整体结构，不同于颗粒状的填充物，无须设置充压囊体即可有效保证其提供足够的支撑力，注浆时可以调高注浆压力，注浆段的裂隙的浆液填充率高，能够更好起到封闭注浆段作用，从而更好地达到负压排水的技术效果。

3、相比充冰、充可溶晶体的方法，不会存在冰等可溶晶体在山区工程现场运输储存困难的问题，也不会受到气温、地下水等影响而导致石蜡溶解时间不可控的问题。

4、通过设置弹性橡胶套，防止突涌水冲散浆液，同时可以堵塞断层和岩溶腔，到达封闭注浆段的效果；弹性橡胶套需要足够的注浆压力才能保证膨胀堵塞断层和岩溶腔，整体结构的石蜡填充体抗压强度可达1.88Mpa-3.04Mpa，无须设置充压囊体即可满足支撑要求。

附图说明

图1是本发明应用于断层隧道初始状态示意图；

图2为本发明石蜡溶解后并进行排水后的示意图；

图3为本发明存在岩溶腔的实施例的示意图；

附图标记：隧道1；地下水位线2；钻孔3；注浆段31；透空段32；注浆套管33；注浆口34；弹性橡胶套35；止水构件4；透水管5；石蜡溶解液注入管6；带孔空壳61，排水管7；石蜡填充体8；断层9；岩溶腔10；浆液11；侧沟12；输入泵13。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明公开的岩溶或断层隧道的钻孔排水施工结构，包括下倾的钻孔，所述钻孔包括位于下部的透空段32与位于上部的注浆段31，所述透空段32与注浆段31之间设置止水构件4，所述透空段32内设有透水管5，所述透水管5内具有空腔，所述透水管5内设置有穿过止水构件4向外延伸的排水管7，所述透水管5内填充有石蜡填充体8，所述石蜡填充体8是由液体石蜡凝固形成的整体结构；

所述注浆段31内设置有注浆套管33，所述注浆套管33上开设有若干注浆口34，所述注浆套管33上至少对应断层或岩溶段的部位外周套设有弹性橡胶套35，所述的弹性橡胶套35充满浆液11膨胀并堵塞断层或岩溶腔10。

其施工方法，包括如下步骤：

确定打设排水钻孔的位置，并进行钻孔施工，所述钻孔包括下部透空段32与上部的注浆段31，例如对于隧道排水，调查隧道岩溶、断层、节理密集带、蚀变带、瓦斯等有害气体富集的段落的洞壁渗水点的位置与范围，从而确定钻孔位置；

在透空段32内放置透水管5，钻孔内放置伸入透水管5的排水管7，排水管7的具体设置方式可以参考现有的隧道排水管7，通常排水管7的进水口的高程大于排水管7的出水口的高程，排水管7的扬程小于隧道内大气压对应的水柱高度，排水管7的进水口可设置透水管靴，所述的排水管7和透水管靴可采用聚丙烯塑料管等不易被石蜡溶解液溶解的材质；

向透水管5内注入液态石蜡，在透空段32与注浆段31之间设置止水构件4，液态石蜡可以采用固体石蜡现场加热获取，注入时，由于液体的流动性，其可以自动充实透水管5。具体可以在石蜡完全凝固之前即设置止水构件4，不过更优选的方式是，等液态石蜡凝固后观察其填充质量，确保充分填充后在覆盖止水构件4，防止液态石蜡流入岩体缝隙，造成透水管5内石蜡量不足。

待液态石蜡凝固形成整体结构的石蜡填充体8后，在注浆段31内设置带有若干注浆口34注浆套管33，所述注浆套管33上至少对应断层或岩溶段的部位外周套设有弹性橡胶套35；

在注浆套管33中注入浆液11，填充注浆段31，并使弹性橡胶套35膨胀堵塞断层或岩溶腔10；正如背景技术中所述，岩溶或断层9隧道常会出现突然涌水的问题，在注浆段31内的浆液11还未充分凝固前，涌水会冲散浆液11，降低浇注的质量甚至造成浇注失败。在注浆套管33注入浆液11后，浆液11通过注浆套管33的注浆口34充满注浆段31，并使弹性橡胶套35充满浆液11，膨胀并堵塞断层9或岩溶腔10。为了保证弹性橡胶套35的膨胀达到要求，需要较大的注浆压力，通常要求在1-2Mpa。而整体结构的石蜡填充体8抗压强度可达1.88Mpa-3.04Mpa，完全可以满足要求。

注浆结束后，待注浆段31浆液11凝固并达到最大强度后，向透水管5内注入石蜡溶解液，将石蜡填充体8溶解，并抽出溶解后的液体。

如图2和3所示，上述施工完成后的钻孔排水结构，包括下倾的钻孔，所述钻孔包括位于下部的透空段32与位于上部的注浆段31，所述透空段32与注浆段31之间设置止水构件4，所述透空段32内设有透水管5，所述透水管5内具有空腔，所述透水管5内设置有穿过止水构件4向外延伸的排水管7，所述注浆段31内设置有注浆套管33，所述注浆套管33上开设有若干注浆口34，所述注浆套管33上至少对应断层或岩溶段的部位外周套设有弹性橡胶套35，所述的弹性橡胶套35充满浆液11膨胀并堵塞断层或岩溶腔10。

弹性橡胶套35可以仅设置于对应断层9、岩溶腔10的位置，不过此种方式设置的难度相对较大，因此，在本申请的优选实施方式中，所述注浆套管33的整***于所述弹性橡胶套35内。当向注浆套管33注入浆料时，弹性橡胶套35在断层9、岩溶腔10的位置自动膨胀达到堵塞作用。此外，还可根据断层9、岩溶腔10的位置，在该段预留更多的弹性橡胶套35，从而保证其膨胀的幅度达到要求。

石蜡溶解液可以采用汽油、煤油、柴油等，考虑到汽油的危险性，优选采用柴油或者煤油，通过输入泵13泵入透水管5。当隧道围岩或边坡内部的地下水位线2上升引起排水管7进水口的水头高度大于钻孔3的孔口高程时，透空段32内的地下水在水位差的作用下由排水管7排出，排入侧沟12内，随着排水过程的不断发生，会产生虹吸作用并引起透空段32内产生负压，使围岩内的地下水加速流向透空段32内，排干钻孔3附近隧道围岩及透空段32内的地下水时，排水管7的吸排作用消失，一次排水过程结束。

向透水管5内注入石蜡溶解液时，可以直接通过排水管7注入，但是由于内部压力，此种注入方式实施较为困难，因此，在本申请的优选实施方式中，所述透水管5内设置有穿过止水构件4向外延伸的石蜡溶解液注入管6，所述石蜡溶解液注入管6的内端部位于透水管5的上部靠近止水构件4的位置，所述排水管7的内端部位于透水管5的底部。在放置透水管5后，在钻孔3内放置伸入透水管5的石蜡溶解液注入管6，向透水管5内注入石蜡溶解液时，通过石蜡溶解液注入管6注入，利用排水管7将透水管5中液态物质抽出，直到抽出的物质为纯净的石蜡溶解液，即表明石蜡填充体8已被完全溶解。在石蜡填充体8溶解后，剪断石蜡溶解液注入管6外露的部分，向石蜡溶解液注入管6中注入浆液柱，封闭石蜡溶解液注入管6，管内浆液柱的长度在10cm-20cm，即可达到封闭效果。浆液11相对于聚氨酯更加易得方便，直接利用现场的浆液11即可。考虑到石蜡是整体结构，需要较长的时间才能实现上下贯通，为此，可以在注入液态石蜡时，就在其中设置贯穿透水管5上下的孔或者管道，缩短溶解时间。此外，还可在所述石蜡溶解液注入管6的内端部套设有带孔空壳61，加大酸性溶液与固体填充材料的接触面积，为给酸性溶液提供溶解空间。

Claims (7)

1.岩溶或断层隧道的钻孔排水结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定打设排水钻孔的位置，并进行下倾的钻孔施工，所述钻孔包括位于钻孔下部的透空段（32）与位于钻孔上部的注浆段（31）；

在透空段（32）内放置透水管（5），钻孔内放置伸入透水管（5）的排水管（7）；

向透水管（5）内注入液态石蜡，在透空段（32）与注浆段（31）之间设置止水构件（4）；

待液态石蜡凝固形成整体结构的石蜡填充体（8）后，在注浆段（31）内设置带有若干注浆口（34）注浆套管（33），所述注浆套管（33）上至少对应断层或岩溶段的部位外周套设有弹性橡胶套（35）；

在注浆套管（33）中注入浆液（11），填充注浆段（31），并使弹性橡胶套（35）膨胀堵塞断层或岩溶腔（10）；

注浆结束后，待注浆段（31）浆液（11）凝固并达到最大强度后，向透水管（5）内注入石蜡溶解液，将石蜡填充体（8）溶解，并抽出溶解后的液体；

在放置透水管（5）后，在钻孔内放置伸入透水管（5）的石蜡溶解液注入管（6），所述石蜡溶解液注入管（6）的内端部位于透水管（5）的上部靠近止水构件（4）的位置，所述排水管（7）的内端部位于透水管（5）的底部，然后再注入液态石蜡；

向透水管（5）内注入石蜡溶解液时，通过石蜡溶解液注入管（6）注入，利用排水管（7）将透水管（5）中液态物质抽出，直到抽出的物质为纯净的石蜡溶解液。

2.如权利要求1所述的岩溶或断层隧道的钻孔排水结构的施工方法，其特征在于，在石蜡填充体（8）溶解完成后，剪断石蜡溶解液注入管（6）外露的部分，向石蜡溶解液注入管（6）中注入浆液柱，封闭石蜡溶解液注入管（6）。

3.如权利要求1所述的岩溶或断层隧道的钻孔排水结构的施工方法，其特征在于，注入的石蜡溶解液为煤油或柴油。

4.岩溶或断层隧道的钻孔排水施工结构，包括下倾的钻孔，所述钻孔包括位于钻孔下部的透空段（32）与位于钻孔上部的注浆段（31），所述透空段（32）与注浆段（31）之间设置止水构件（4），所述透空段（32）内设有透水管（5），所述透水管（5）内具有空腔，所述透水管（5）内设置有穿过止水构件（4）向外延伸的排水管（7），其特征在于，所述透水管（5）内填充有石蜡填充体（8），所述石蜡填充体（8）是由液体石蜡凝固形成的整体结构；

所述注浆段（31）内设置有注浆套管（33），所述注浆套管（33）上开设有若干注浆口（34），所述注浆套管（33）上至少对应断层或岩溶段的部位外周套设有弹性橡胶套（35），所述的弹性橡胶套（35）充满浆液（11）膨胀并堵塞断层或岩溶腔（10）；

所述透水管（5）内设置有穿过止水构件（4）向外延伸的石蜡溶解液注入管（6），所述石蜡溶解液注入管（6）的内端部位于透水管（5）的上部靠近止水构件（4）的位置，所述排水管（7）的内端部位于透水管（5）的底部。

5.如权利要求4所述的岩溶或断层隧道的钻孔排水施工结构，其特征在于，所述注浆套管（33）整***于所述弹性橡胶套（35）内。

6.如权利要求5所述的岩溶或断层隧道的钻孔排水施工结构，其特征在于，所述石蜡溶解液注入管（6）的内端部套设有带孔空壳（61）。

7.岩溶或断层隧道的钻孔排水结构，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的施工方法，所述钻孔排水结构包括下倾的钻孔，所述钻孔包括位于钻孔下部的透空段（32）与位于钻孔上部的注浆段（31），所述透空段（32）与注浆段（31）之间设置止水构件（4），所述透空段（32）内设有透水管（5），所述透水管（5）内具有空腔，所述透水管（5）内设置有穿过止水构件（4）向外延伸的排水管（7），所述注浆段（31）内设置有注浆套管（33），所述注浆套管（33）上开设有若干注浆口（34），所述注浆套管（33）上至少对应断层或岩溶段的部位外周套设有弹性橡胶套（35），所述的弹性橡胶套（35）充满浆液（11）膨胀并堵塞断层或岩溶腔（10）。

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