CN114991818B - 一种隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，施工方法包括以下步骤：步骤1，探测围岩区域，确定注浆加固区域，进行注浆设计；步骤2，喷射混凝土封面，标记第一梯度注浆区域钻孔点位；步骤3，实施第一梯度钻孔作业，并实施第一梯度注浆作业；步骤4，实施第二梯度探测钻孔作业，检查第一梯度注浆成果；步骤5，实施第二梯度钻孔作业，并实施第二梯度注浆作业，实施中下台阶锚杆锚索安装作业；步骤6，待第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域的超前注浆完成后，进行全断面锚杆锚索安装作业；步骤7，打设二衬结构，完成隧道的支护作业。本隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法使隧道更加稳固，从而保证隧道安全以及施工人员安全。
Description
技术领域
本发明属于隧道超前注浆技术领域，具体涉及一种隧道穿活动性断层的超前注浆技术。
背景技术
在隧道掘进过程中，水害、围岩破碎、活动性断层严重等会严重影响隧道施工质量以及施工进度。而往往活动性断层会致使围岩出现严重破碎的情况，为解决因围岩破碎等原因所带来的影响，现有技术采用超前注浆加固技术，对隧道掌子面前方上方未开挖岩体进行超前加固，以此来确保隧道施工质量以及施工进度；但现有技术还存在一定的缺陷。
例如：超前小导管注浆技术的主要缺点是导管长度较短，对较活动性断层与严重破碎围岩无法形成支护作用。因为导管长度不宜过长，所以该技术所能起到支护作用的范围很小，而无法形成破碎围岩所需要的支护范围。
前进式分段注浆技术的主要缺点是对于深孔注浆而言，该技术工作效率过低，严重影响工作循环接续。因为该方法是钻一段距离然后注浆一段距离，等这段距离形成稳定结构然后再进行下一循环的注浆，所以会严重影响工作效率。
钻杆后退式超前注浆技术的主要缺点是由于浆液充满钻杆与钻孔之间孔隙，固结后紧紧抱住钻杆并卡住钻头(钻头直径>钻杆直径)，要实现钻杆后退，需要大功率和大扭矩的钻机动力头，反复旋转捶打，震碎浆液凝固体后拉拔而出，对设备要求高、磨损大，动力头内的花键轴等核心配件保养更换费用较昂贵，在深孔注浆即大于20m过程中存在后退脱困失败的风险。
以上超前注浆技术都面临着一个最主要的缺点：即在活动性断层致使围岩很破碎的条件下，通过一次注浆无法对围岩进行有效注浆加固，导致需要多次重复注浆加固，大大降低了工作效率，增加了注浆成本。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，以至少解决目前现有注浆技术工作效率较低，且注浆成本较高等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，所述施工方法包括以下步骤：
步骤1，探测隧道破碎围岩区域，确定注浆加固区域，进行注浆设计；注浆加固区域包括第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域，注浆加固区域位于掌子面前方的***位置；
步骤2，在隧道掌子面喷射混凝土封面，制作人工止浆墙，在人工止浆墙上标记第一梯度注浆区域所需的钻孔点位；
步骤3，实施第一梯度钻孔作业，并实施第一梯度注浆作业；
步骤4，待第一梯度注浆完成，实施第二梯度探测钻孔作业，第二梯度探测钻孔至第一梯度注浆区域，检查第一梯度注浆成果；
步骤5，实施第二梯度钻孔作业，并实施第二梯度注浆作业，同时实施中下台阶锚杆锚索安装作业；
步骤6，待第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域的超前注浆完成后，进行全断面锚杆锚索安装作业；
步骤7，打设二衬结构，完成隧道的支护作业。
如上所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，优选地，第一梯度注浆区域位于掌子面前方***；第二梯度注浆区域位于第一梯度注浆区域的***。
如上所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，优选地，第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域在前后方向上相互错开，第二梯度注浆区域超前于第一梯度注浆区域，且第二梯度注浆区域与第一梯度注浆区域在竖直方向上具有重叠区域。
如上所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，优选地，注浆设计包括确定注浆范围，确定第一梯度注浆长度与第二梯度注浆长度，浆液扩散半径，钻孔参数，注浆参数以及注浆材料选型。
如上所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，优选地，钻孔角度为α，
式中：α为钻孔角度；
L1n为第n梯度钻孔径向长度；
L2n为第n梯度钻孔轴向长度；
LZ为钻孔长度。
如上所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，优选地，注浆参数包含有注浆量，所述注浆量的估算公式如下：
V＝πr2l
式中：S—注浆总量，m3；
V—注浆体积，m3；
P—孔隙率，％；
λ—浆液填充系数(选取范围为0.7-0.9)；
—浆液损耗系数。
l—钻孔需要打入的长度，m。
r—注浆孔洞的半径,m。
如上所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，优选地，第一梯度注浆区域采用前进式分段超前注浆技术，第一梯度超前注浆长度为10至13m。
如上所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，优选地，在步骤4中，实施第二梯度钻孔作业时，先打设与第一梯度深度相同的探测孔，用来检查第一梯度注浆效果，且探测孔需要与第二梯度注浆孔外翻角相同。
如上所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，优选地，在步骤5中，第一梯度注浆所形成的稳定结构可作为第二梯度注浆的止浆墙，第二梯度注浆采用套管式注浆技术，第二梯度超前注浆范围为第一梯度注浆终点到设计全注浆范围。
如上所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，优选地，所述锚杆或锚索选用NPR锚杆或NPR锚索。
有益效果：本隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法利用超前注浆对围岩的加固，能活动性断层、减少地下水以及围岩不稳定对隧道施工带来的不利影响，同时可以有效保证施工人员及设备的安全。采用双梯度超前注浆技术，可以解决现有一次性注浆技术注浆不充分的缺陷，从而保证围岩形成完整的稳定结构。采用双梯度注浆以及NPR锚杆索支护技术，可以使隧道初衬更加稳固，从而保证隧道安全以及施工人员安全。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例中隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中第一梯度超前注浆沿隧道轴向的剖面图；
图3为本发明实施例中第二梯度超前注浆沿隧道轴向的剖面图；
图4为本发明实施例中第一梯度超前注浆沿隧道径向的剖面图；
图5为本发明实施例中第二梯度超前注浆沿隧道径向的剖面图。
图中：1、NPR锚杆或NPR锚索；2、第二梯度注浆区域；3、第一梯度注浆区域；4、第一梯度注浆管；5、破碎带；6、注浆泵；7、二衬结构；8、第二梯度注浆管。
具体实施方式
下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
根据本发明的具体实施例，如图1-5所示，本发明提供一种隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，其特征在于，施工方法包括以下步骤：
步骤1，探测隧道破碎围岩区域，确定注浆加固区域，进行注浆设计；注浆加固区域包括第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域，注浆加固区域位于掌子面前方的***位置。
在本实施例中，第一梯度注浆区域位于掌子面前方***；第二梯度注浆区域位于第一梯度注浆区域的***。
第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域在前后方向上相互错开，第二梯度注浆区域超前于第一梯度注浆区域，且第二梯度注浆区域与第一梯度注浆区域在竖直方向上具有重叠区域；这也就使得第一梯度注浆所形成的稳定结构中的一部分可作为第二梯度注浆的止浆墙，同时第二梯度注浆区域超前第二梯度注浆区域的部分，也可以作为下一个周期中第一梯度注浆区域的止浆墙，而且第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域相互错开一部分，使得上一个周期中的第二梯度注浆区域与下一个周期中的第一梯度注浆区域具有相互重合的部分，进而使得任意相邻两个周期的注浆区域能够相互重叠，保证所有注浆周期内的注浆区域能够更好的连接为一个整体，使得超前注浆区域具有足够的整体结构强度，从而保证本施工方法具有更好的超前注浆效果。
在本实施例中，通过破碎围岩区域以及锚杆锚索长度来确定注浆深度以及区域，进而划分第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域。注浆设计包括确定注浆范围，确定第一梯度注浆长度与第二梯度注浆长度，浆液扩散半径，钻孔参数，注浆参数(包括注浆效率，注浆终压，单孔注浆量)以及注浆材料选型。
钻孔角度为α，
式中：α为钻孔角度；
L1n为第n梯度钻孔径向长度；
L2n为第n梯度钻孔轴向长度；
LZ为钻孔长度。
注浆参数包含有注浆量，注浆量的估算公式如下：
V＝πr2l
式中：S—注浆总量，m3；
V—注浆体积，m3；
P—孔隙率，％；
λ—浆液填充系数(选取范围为0.7-0.9)；
—浆液损耗系数。
l—钻孔需要打入的长度，m。
r—注浆孔洞的半径，m。
步骤2，在隧道掌子面喷射混凝土封面，制作人工止浆墙，在人工止浆墙上标记第一梯度注浆区域所需的钻孔点位；喷射混凝土的厚度为20-40cm。孔位均在上台阶掌子面设计，第一梯度孔位在人工止浆墙外周，第二梯度孔位在人工止浆墙内周，由于第二梯度注浆区域处于第一梯度注浆区域上方，且第二梯度注浆区域超前一部分，位于内周的孔位延伸至注浆区域位置超前于外周的孔位。
步骤3，实施第一梯度钻孔作业，并实施第一梯度注浆作业；第一梯度注浆采用前进式分段超前注浆技术，对掌子面附近破碎围岩进行注浆加固，使得掌子面前方能够拥有自稳定结构。注浆区域的分段长度可依据围岩破碎等级查表得出，在本实施例中，第一梯度超前注浆长度为10-13m；使用注浆泵6将注浆材料通过第一梯度注浆管4注入破碎带5，从而在近掌子面区域形成第一梯度注浆区域3。
步骤4，待第一梯度注浆完成，实施第二梯度探测钻孔作业，第二梯度探测钻孔至第一梯度注浆区域，检查第一梯度注浆成果；在步骤4中，实施第二梯度钻孔作业时，先打设与第一梯度深度相同的探测孔，用来检查第一梯度注浆效果，且探测孔需要与第二梯度注浆孔外翻角相同；这样第二梯度超前注浆可以使用探测孔进行进一步打孔，提高了探测孔的利用率。
步骤5，实施第二梯度钻孔作业，并实施第二梯度注浆作业，同时实施中下台阶锚杆锚索安装作业。
在本实施例中，第二梯度注浆采用套管式注浆技术，对深部破碎围岩进行注浆加固，第二梯度超前注浆范围为第一梯度注浆终点到设计全注浆范围；采用套管式注浆技术，能够穿过第一梯度注浆区域，直接对第二梯度注浆区域进行注浆，从而避免对浅部位置重复注浆，而深部位置注浆不充分问题。具体的，使用注浆泵6将注浆材料通过第二梯度注浆管8注入破碎带5，从而在第一梯度注浆区域3外侧形成第二梯度注浆区域2。
第一梯度注浆和第二梯度注浆均在上台阶进行，且第一梯度注浆完成后，近掌子面围岩已经形成稳定结构，故可以对上一循环已经注浆加固的围岩在中、下台阶实施锚杆支护作业，而且需要确保锚杆或锚索锚固段位于注浆加固区。
在本实施例中，锚杆或锚索选用NPR锚杆或NPR锚索1，NPR锚杆或NPR锚索1均锚固到第二梯度注浆区域中。第一梯度注浆区域对紧邻掌子面外部的围岩进行加固，为施工提供安全的施工环境，第二梯度对深部进行超前注浆，目的为有效结合NPR锚杆索技术，对NPR锚杆索锚固段附近围岩进行注浆加固，避免NPR锚杆索因锚固不住而失效，充分发挥NPR材料的恒阻大变形特性，双梯度注浆技术与NPR锚杆索技术相结合，从而有效控制破碎围岩隧道的变形量，降低翻修率，提高施工掘进效率。
步骤6，待第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域的超前注浆完成后，进行全断面NPR锚杆或NPR锚索1安装作业。
步骤7，打设二衬结构7，完成隧道的支护作业。
综上所述，本发明提供的一种隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法的技术方案中，将超前预注浆分为两个梯度进行注浆，有效提高隧道围岩强度，降低围岩变形，确保施工环境安全。通过第一梯度注浆形成近掌子面稳定无裂隙结构，可以确保第二梯度注浆能够专注于注浆深部位置，避免对浅部位置重复注浆，而深部位置注浆不充分问题，而且对于活动性断层与极破碎围岩，掌子面极其不稳定，第一梯度注浆可以快速注浆加固近掌子面围岩，使掌子面附近形成稳定结构，从而为施工提供安全的工作环境。这样既解决了注浆不充分问题，也能适应围岩条件极差的环境，而且可以大大提高工作效率。
可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：
步骤1，探测隧道破碎围岩区域，确定注浆加固区域，进行注浆设计；注浆加固区域包括第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域，注浆加固区域位于掌子面前方的***位置；
步骤2，在隧道掌子面喷射混凝土封面，制作人工止浆墙，在人工止浆墙上标记第一梯度注浆区域所需的钻孔点位；
步骤3，实施第一梯度钻孔作业，并实施第一梯度注浆作业；
步骤4，待第一梯度注浆完成，实施第二梯度探测钻孔作业，第二梯度探测钻孔至第一梯度注浆区域，检查第一梯度注浆成果；
步骤5，实施第二梯度钻孔作业，并实施第二梯度注浆作业，同时实施中下台阶锚杆锚索安装作业；
步骤6，待第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域的超前注浆完成后，进行全断面锚杆锚索安装作业；
步骤7，打设二衬结构，完成隧道的支护作业，第一梯度注浆区域位于掌子面前方***；第二梯度注浆区域位于第一梯度注浆区域的***，第一梯度注浆区域与第二梯度注浆区域在前后方向上相互错开，第二梯度注浆区域超前于第一梯度注浆区域，且第二梯度注浆区域与第一梯度注浆区域在竖直方向上具有重叠区域。
2.根据权利要求1所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，其特征在于，注浆设计包括确定注浆范围，确定第一梯度注浆长度与第二梯度注浆长度，浆液扩散半径，钻孔参数，注浆参数以及注浆材料选型。
3.根据权利要求2所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，其特征在于，钻孔角度为α，
式中：α为钻孔角度；
L1n为第n梯度钻孔径向长度；
L2n为第n梯度钻孔轴向长度；
LZ为钻孔长度。
4.根据权利要求2所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，其特征在于，注浆参数包含有注浆量，所述注浆量的估算公式如下：
V＝πr2l
式中：S—注浆总量，m3；
V—注浆体积，m3；
P—孔隙率，％；
λ—浆液填充系数(选取范围为0.7-0.9)；
—浆液损耗系数；
l—钻孔需要打入的长度，m；
r—注浆孔洞的半径,m。
5.根据权利要求1所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，其特征在于，第一梯度注浆区域采用前进式分段超前注浆技术，第一梯度超前注浆长度为10至13m。
6.根据权利要求1所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，其特征在于，在步骤4中，实施第二梯度钻孔作业时，先打设与第一梯度深度相同的探测孔，用来检查第一梯度注浆效果，且探测孔需要与第二梯度注浆孔外翻角相同。
7.根据权利要求1所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，其特征在于，在步骤5中，第一梯度注浆所形成的稳定结构可作为第二梯度注浆的止浆墙，第二梯度注浆采用套管式注浆技术，第二梯度超前注浆范围为第一梯度注浆终点到设计全注浆范围。
8.根据权利要求1-7任一所述的隧道穿活动性断层的超前注浆施工方法，其特征在于，所述锚杆或锚索选用NPR锚杆或NPR锚索。
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