CN211081894U - 一种富水地层隧道协同降水结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种富水地层隧道协同降水结构，包括止水帷幕和超前反向曲拱，所述止水帷幕设置在隧道的两侧，所述超前反向曲拱由隧道掌子面上方的超前钻孔注浆形成，并与两侧的所述止水帷幕连接，所述超前反向曲拱的底部设置泄水孔。本实用新型通过止水帷幕将隧道区水域与其他区域隔离，实现局部区域水位控制，通过在隧道掌子面钻孔注浆形成稳定的超前反向曲拱，利用反向曲拱的聚水效应进行排水，可将隧道区水位精确降到曲拱底部位置，实现隧道降水精准控制，具有操作简单方便、降水效果良好、施工成本低的特点，易于推广。

Description

一种富水地层隧道协同降水结构

技术领域

本实用新型属于地下及岩土工程领域，尤其涉及一种富水地层隧道协同降水结构。

背景技术

进入21世纪以来，随着经济的快速发展及国家对交通建设的大力支持，我国隧道及地下工程建设得到空前发展，其中以城市地铁隧道发展尤为迅速。不同于山岭隧道，地铁隧道建设要求对地层及周边环境的扰动更小，其控制标准也更加严格。但由于城市隧道往往埋深较浅(20m左右)，隧道施工更容易对地层甚至上部建筑产生较大影响，因此如何实现施工微扰动是当前城市隧道建设的热门话题。

隧道穿越富水地层时，降水、注浆和开挖是隧道施工过程中对地层扰动最大的几个环节。井点降水技术在隧道降水领域应用最广，但也存在明显的弊端，比如抽水泵长期持续工作造成的损耗问题、降水井壁进入泥沙堵塞抽水泵造成的降水网络局部阻断问题等，这些弊端都会导致实际排水量低于预计排水量，地层局部存在积水，设计降水效果难以达到。

以深圳某地铁暗挖隧道井点降水方案为例，原设计方案共打设56 口降水井，但降水过程中出现水泵烧坏、泥浆进入水泵导致堵塞、部分水泵抽水量极少等现象，导致最后正常工作水泵仅29台，远没有到达预期的降水效果，在后续隧道全断面注浆施工时，由于大量、高强度注浆导致地层孔隙水压力急剧上升，地表***严重，最大***量超过50cm，地层及周边环境受到了极大的影响。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此本实用新型的目的之一在于提供一种富水地层隧道协同降水结构，以解决前期降水效果不佳导致的地层存在积水、降水不均匀的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

一种富水地层隧道协同降水结构，包括止水帷幕和超前反向曲拱，所述止水帷幕设置在隧道的两侧，所述超前反向曲拱由隧道掌子面上方的超前钻孔注浆形成，并与两侧的所述止水帷幕连接，所述超前反向曲拱的底部设置泄水孔。

进一步的，所述隧道掌子外位于所述超前反向曲拱的两侧还设有注浆加固层。

进一步的，所述超前反向曲拱竖向中心线与隧道的竖向中心线共线。

进一步的，所述隧道的侧壁上设有支护层。

进一步的，所述止水帷幕采用旋喷桩止水帷幕。

进一步的，旋喷桩从地表垂直向下打设，并延伸至隧道底部基岩内。

进一步的，所述超前反向曲拱在水平面投影L等于两止水帷幕的距离，矢跨比ΔK＝H/L，控制在1/5-1/6，H为超前反向曲拱上圆弧高度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过止水帷幕将隧道区水域与其他区域隔离，实现局部区域水位控制，通过在隧道掌子面钻孔注浆形成稳定的超前反向曲拱，利用反向曲拱的聚水效应进行排水，可将隧道区水位精确降到曲拱底部位置，实现隧道降水精准控制，具有操作简单方便、降水效果良好、施工成本低的特点，易于推广。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的剖视图；

图3为超前反向曲拱钻孔注浆钻杆长度及角度正面示意图；

图4为超前反向曲拱钻孔注浆钻杆长度及角度剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1和图2，一种富水地层隧道协同降水结构，包括止水帷幕1和超前反向曲拱2，止水帷幕1设置在隧道的两侧，超前反向曲拱2由隧道掌子面上方的超前钻孔3注浆形成，并与两侧的止水帷幕 1连接，超前反向曲拱2的底部设置泄水孔4。

本实施例，从地表打设的位于隧道两侧的竖向旋喷桩止水帷幕1，隧道上方通过钻孔注浆形成的超前反向曲拱2和超前反向曲拱2底部设置的泄水孔4，在地表井点降水实施的同时，通过竖向旋喷桩切断隧道区与其他区域水路，超前反向曲拱2聚集地下多余积水由泄水孔 4排放至地层5外，完成隧道区域协同降水。

上述富水地层隧道协同降水结构的施工过程主要包括施做旋喷桩、形成超前反向曲拱2和曲拱底部钻孔泄水三个环节。

其中，旋喷桩的施做时间应先于后两个环节施工时间，一般利用前期井点降水时所打设的旋喷桩。

超前反向曲拱2形成时间应介于本循环隧道初期支护6完成和下循环隧道超前注浆(包括超前小导管或管棚注浆、全断面深孔注浆等) 施工之间。超前反向曲拱2最小厚度(位于隧道开挖轮廓线正上方) 应不小于2m，最小厚度可根据设计降水水位7确定。

超前反向曲拱2在水平面投影L(跨度)等于两旋喷桩净距，其上圆弧高度为H(矢高)，则其矢跨比ΔK＝H/L，控制在1/5～1/6，超前反向曲拱2竖向中心线应与隧道本体的竖向中心线共线。

具体的，隧道初期支护6应根据实际围岩情况设置，通常由立钢拱架、施做环向***锚杆和挂钢筋网喷射混凝土三个环节完成。

一种富水地层隧道协同降水结构的施工方法，包括以下步骤：

A、地表竖向旋喷桩施做

竖向旋喷桩位于隧道两侧，旋喷桩中线距离隧道开挖轮廓线距离 2～3m，为保证隔水效果良好，旋喷桩应设置为双排。竖向旋喷桩施工参数参考常规旋喷桩参数：桩径为600mm，间距450mm，浆液材料采用水泥单液浆，水灰比1:1，注浆压力20～30MPa。

B、本循环隧道初期支护6完成

初期支护6应根据隧道岩土层强度等级设置，通常由立钢拱架、施做环向***锚杆和挂钢筋网喷射混凝土三个环节完成。首先挖掘出隧道毛断面，进行混凝土初喷，然后打环向***锚杆，挂钢筋网、立钢拱架，最后进行混凝土复喷，完成初期支护6施工。初期支护6参数，如混凝土初喷和复喷厚度、钢拱架型号及纵向间距、***锚杆型号及布置等不需要单独设计，依据设计参数施工即可。

C、超前反向曲拱区域钻孔注浆

超前反向曲拱2由隧道掌子面10上方的超前钻孔3内的注浆管8 注浆形成，首孔位于反向曲拱底部的隧道支护结构外侧，其余孔以首孔钻杆所在线为中轴对称分布。每孔设置有三个打设角度(钻杆与水平面夹角)以保证浆液在隧道纵向上均匀扩散，根据每个打设角度打入设计长度钻杆，以后退式方式完成注浆。钻孔注浆时应遵循跳孔施工原则以保证浆液均匀扩散。

注浆以渗透挤密地层而不发生劈裂注浆为佳，因此注浆压力应小于地层的起劈压力，可通过在现场逐步提高注浆压力看揭露地层是否有浆脉生成判断地层起劈压力大小，有浆脉生成的最小注浆压力为地层起劈压力。注浆压力一般不大于0.5MPa。

注浆材料以普通水泥-水玻璃双液浆和硫铝酸盐单液浆为主，普通水泥-水玻璃双液浆配比：W：C＝(0.8～1)：1，C：S＝1：1；硫铝酸盐单液浆配比：W：C＝(0.6～0.8)：1。

结合图3～4对各钻杆的打设参数进行说明。确定掌子面所在平面内注浆管参数，见图3。

其中，l_i’为某根注浆管在掌子面所在平面投影长度；θ_i为该注浆管与首根注浆管夹角，θ_i与注浆管环向间距有关，根据经验浆液扩散半径一般为25cm，故注浆管环向间距不得大于50cm；R为超前反向曲拱半径；r为隧道上半圆半径；d为隧道拱顶位置超前反向曲拱厚度。

同一注浆孔内三根注浆管在隧道掘进方向加固长度分别为m、2m、 3m，则注浆管长度分别为：

设某一注浆孔钻杆三个不同打设角度分别为α_i1、α_i2、α_i3，由注浆孔位置和纵向注浆加固长度控制，

最终，同一注浆孔每一根注浆管由θ_i和α_i1、α_i2、α_i3定位，长度为l_i1、l_i2、l_i3。

D、隧道周边加固注浆

为保证隧道周边地层的整体稳定性，完成隧道顶部超前反向曲拱2 注浆后，应对隧道两侧地层进行注浆加固，形成注浆加固层9。注浆压力、浆液参数及注浆管间距与超前反向曲拱2注浆参数相同。钻孔注浆应由上至下进行，跳孔施工，加固范围为隧道上半圆区域周边地层。

E、静置

C、D两环节注浆结束后，应静置2～3日，以使浆液凝固成形，加固区强度逐渐上升，地层逐渐稳定。至此，隧道上方超前反向曲拱2 加固与两侧注浆加固已完成。

F、钻泄水孔4排水

超前反向曲拱2形成后，在其底部沿隧道掘进方向均匀钻泄水孔 411，其间距设置在1m，泄水孔4内塞入孔口管，外接水管，超前反向曲拱2上方积水通过水管汇集排出。水管不再出水时说明曲拱上方积水已排放完毕，拆除水管，堵塞孔口管。拆除的水管可以为下一循环超前反向曲拱2利用。

应用例

本实用新型在深圳某地铁暗挖隧道降水施工中得到应用，方案一在暗挖隧道第一、第二循环施工时采用，方案二在后续循环施工时采用。

方案一：传统井点降水方案

该方案采用传统井点降水方法，隧道施工前施做地表旋喷桩将隧道区与其他地区水域隔离，沿隧道两侧各均匀设置28口降水井抽水。降水过程中出现水泵烧坏、泥浆进入水泵导致堵塞、部分水泵抽水量极少等现象，导致最后正常工作水泵仅29台，损坏水泵27台，占总数量的46.6％。但限于场地等因素限制，重新打设降水井难度较大，因此如何在井点降水方案实施效果不佳的情况下补偿降水亟待解决。由于前期降水没有达到预期效果，在后续第一、第二循环隧道全断面注浆环节，大量、高强度注浆引起地层超孔隙水压力急剧上升，地层从而产生明显***，监测数据显示地表最大***超过50cm。

方案二：传统井点降水+后续超前反向曲拱2降水方案

在上述严重地表***现象发生后，各方积极寻求补救方法，最终采用本实用新型内容，即在隧道内通过超前注浆形成超前反向曲拱2 聚水然后钻孔泄水的补偿降水方案。需要说明的是，本实用新型实施同时，地表现有降水井仍然主动降水。在地表降水与洞内协同降水的作用下，隧道区域水位如预期降到设计水位，并且洞内渗水现象也得到改善，在后续隧道全断面注浆工作中，地表出现一定***，但最大***量为18.7cm，相较方案采用前，地表***减小63％，洞内协同降水方案起到了良好的降水效果。

上述实施例仅仅是清楚地说明本实用新型所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种富水地层隧道协同降水结构，其特征在于：包括止水帷幕和超前反向曲拱，所述止水帷幕设置在隧道的两侧，所述超前反向曲拱由隧道掌子面上方的超前钻孔注浆形成，并与两侧的所述止水帷幕连接，所述超前反向曲拱的底部设置泄水孔。

2.根据权利要求1所述的富水地层隧道协同降水结构，其特征在于：所述隧道掌子外位于所述超前反向曲拱的两侧还设有注浆加固层。

3.根据权利要求1或2所述的富水地层隧道协同降水结构，其特征在于：所述超前反向曲拱的竖向中心线与隧道的竖向中心线共线。

4.根据权利要求1或2所述的富水地层隧道协同降水结构，其特征在于：所述隧道的侧壁上设有支护层。

5.根据权利要求1或2所述的富水地层隧道协同降水结构，其特征在于：所述止水帷幕采用旋喷桩止水帷幕。

6.根据权利要求5所述的富水地层隧道协同降水结构，其特征在于：旋喷桩从地表垂直向下打设，并延伸至隧道底部基岩内。

7.根据权利要求1或2所述的富水地层隧道协同降水结构，其特征在于：所述超前反向曲拱的矢跨比ΔK＝H/L，控制在1/5-1/6，其中，H为超前反向曲拱上圆弧高度，L为超前反向曲拱在水平面的投影长度。

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