CN101922302A - 高压富水区域断层处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压富水区域断层处理方法，包括以下步骤：a、通过地质勘察及超前地质预测预报查明隧道穿越断层的边界，并判断断层的来水方向；b、根据所述断层的来水方向，在隧道旁断层的来水侧开挖排水洞；c、在排水洞排水降压条件下，在隧道掌子面对隧道实施每循环超前注浆预加固；d、在隧道每循环注浆预加固达到要求后，准备开挖前，在排水洞内向隧道方向钻孔，利用所钻的孔加大排水能力，进一步降低隧道周边围岩内渗透水压力；e、从隧道掌子面处开挖隧道。本发明通过设置排水洞，降低隧道附近渗透水压力，有效避免了施工过程中断层破碎岩体在高压水作用下发生突水、突泥(石)现象，提高隧道施工及运营的安全、可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道穿越高压富水区域断层的处理方法，属于隧道及地下工程领域。
背景技术
随着我国交通建设的快速发展，隧道工程将可能经常遭遇高压富水区域断层，高压富水区域断层一般规模宏大，断层内岩体破碎，加之高压富水的影响，隧道施工过程中极易发生大规模突水、突泥(石)现象，导致人员伤亡，严重影响隧道施工及运营安全。
目前，针对隧道穿越高压富水区域断层一般按照“以堵为主”的原则，采用超前全断面注浆法对断层破碎带进行加固及堵水，在隧道周边形成注浆加固圈来抵抗强大的水土压力，以防止隧道开挖过程中发生突水、突泥(石)现象，避免对隧道施工造成影响。
现有技术完全靠注浆加固圈来抵抗隧道开挖施工过程中的强大水土压力，一方面注浆加固范围大，一般为1～2倍隧道洞径，注浆孔数量多，加之在高压水条件下注浆工艺复杂，施工时间长；另一方面由于注浆加固效果受地层不均一性、材料选择和技术水平的影响较大，在工程实施过程中易出现注浆盲区，高压富水断层中的破碎岩体在高水压作用下极易击穿注浆盲区，产生突水、突泥(石)现象，隧道施工存在极大的安全隐患，不利于隧道的安全施工。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种能降低隧道周围的渗透水压力，改善隧道超前注浆预加固环境，降低注浆难度、缩短注浆施工时间的高压富水区域断层处理方法，使其能提高注浆加固效果，避免高压富水断层发生的突水、突泥(石)现象，提高隧道施工及运营的安全性和可靠性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：高压富水区域断层处理方法，包括以下步骤：
a、通过地质勘察及超前地质预测预报查明隧道穿越断层的边界，并判断断层的来水方向；
b、根据所述断层的来水方向，首先在隧道旁断层的来水侧开挖排水洞；
c、在排水洞排水降压条件下，在隧道掌子面对隧道实施每循环超前注浆预加固；
d、在隧道每循环注浆预加固达到要求后，准备开挖前，在排水洞内向隧道方向钻孔，利用所钻的孔加大排水能力，进一步降低隧道周边围岩内渗透水压力；
e、最后从隧道掌子面处开挖隧道。
在上述方案中，所述排水洞开口位置可以位于隧道掌子面附近，也可位于其他辅助支洞内，排水洞与隧道间净距控制在10～15m，排水洞坑底标高高于隧道轨面标高至少0.75m。
在上述方案中，所述排水洞断面采取尽可能小的断面，能满足开挖施工要求即可。
优选地，在排水洞开挖过程中，排水洞位于断层处的掌子面超前隧道掌子面不小于30m。
优选地，所述排水洞开挖采取超前大管棚配合密排超前小导管进行预支护，支护结构采取透水式衬砌。
优选地，在工序c中，在隧道掌子面实施超前注浆预加固半径为隧道洞径的0.5～1.0倍，纵向一次加固长度25～30m。
优选地，在工序d中，由排水洞内向隧道方向钻孔的直径不小于100mm，钻孔终孔位于隧道注浆预加固附近。
优选地，在隧道开挖通过断层并施做完二次衬砌结构后，对排水洞施做永久的透水衬砌，并预埋排水管，进行控制排放。
本发明所述的高压富水区域断层处理方法的优点是：通过增设排水洞排水减压，使隧道周围相对稳定的高水压变为渗透水压力，大幅度降低隧道周边围岩内的水压力，为隧道超前注浆预加固提供有利条件，缩短注浆施工周期，避免施工过程中断层破碎岩体在高压水作用下发生突水、突泥(石)风险，提高隧道施工及运营的安全性和可靠性。
附图说明
图1本发明所述排水洞平面示意图；
图2本发明流程示意图。
图中示出构件、部位名称及对应的标记：隧道1、排水洞2、断层边界3、排水减压钻孔4。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。
实施例：如图1、2所示，本实施例处理方法包括以下步骤：
步骤a、通过地质勘察及超前地质预测预报查明断层边界3，并对断层的工程特性分析。在隧道1内采用物探和钻探的方法，查明断层边界3，具体可采用电法、电磁法、地震波法、声波法或红外线法进行超前地质预测预报；断层的工程特性分析主要是对地质调查、地表深孔、超前预测预报资料进行综合分析，得出断层处理所必须具备的一些重要特征，如断层的来水方向、断层的边界里程、断层介质性质、水压力等工程地质和水文地质参数。
步骤b、根据所述断层的工程特性，在隧道1附近开挖排水洞2。根据所述断层的工程特征，在断层的来水侧增设排水洞，排水洞2开口位置可以位于隧道掌子面附近，也可位于其他辅助支洞内(若存在)，排水洞断面一般采取2.5m×3.0m(宽×高)的小型断面，能满足开挖施工要求即可，排水洞2与隧道1间净距(排水洞与隧道之间相邻两侧之间距离)控制在10～15m，排水洞2坑底标高应高于隧道1轨面标高0.75m，排水洞2开挖采取超前大管棚配合密排超前小导管进行预支护，支护结构采取透水式衬砌；排水洞位于断层处的掌子面超前隧道掌子面不小于30m，最好不小于50m。
步骤c、在排水洞2排水降压条件下，隧道1实施超前注浆加固。在排水洞2排水降压条件下，根据隧道1每循环掌子面的超前地质预测预报成果，实施超前注浆加固，注浆加固圈半径一般为隧道洞径的0.5～1.0倍，纵向一次加固长度25～30m，每循环掌子面施做2.5m厚止浆墙，注浆开孔全部布置在上台阶掌子面，注浆参数和注浆材料根据注浆试验具体确定，采取前进式分段注浆工艺。
注浆实施过程中先外圈孔再内圈孔，同圈孔应间隔跳孔进行注浆，对局部水量大的区域注浆完成后有针对性的进行补强注浆；注浆过程中采用“定压定量相结合，以定压为主”的控制方式，注浆终孔压力为断层实测水压的2～3倍，当单孔注浆长时间压力不上升时，定量控制，以2倍于普通段注浆量控制。
注浆效果检查可采用P-Q-t曲线分析法、出水量与注浆量综合分析法、检查孔法、孔内成像法等综合进行判断注浆效果。
步骤d、隧道1注浆加固达到要求，开挖前，在排水洞2内向隧道设置钻孔4加大排水能力，进一步降低隧道周边围岩内渗透水压力。排水洞2内向隧道设置钻孔4的直径一般不小于100mm，钻孔终孔位于隧道注浆加固圈附近，钻孔数量根据断层富水程度具体确定。
步骤e、隧道1实施超前管棚注浆预支护，按照三台阶分部开挖法进行开挖，按照隧道支护结构参数进行支护。隧道超前管棚一般采取直径φ108mm，壁厚9mm的热轧无缝钢管，管棚长度与注浆长度一致，环向间距0.3～0.4m。隧道施工采取三台阶分部开挖法，必要时上台阶预留核心土，开挖后及时按照设计参数进行支护，二次衬砌及时跟进，具体施做时机由监控量测结果确定。
在隧道开挖通过断层并施做完二次衬砌结构后，对排水洞采取引排或控制排放的方式进行处理。排水洞施做永久的透水衬砌，并预埋排水管，进行控制排放。
本发明通过设置排水洞降低隧道附近渗透水压力，降低了隧道超前注浆预加固施工难度，降低开挖施工风险，有效避免了施工过程中断层破碎岩体在高压水作用下发生突水、突泥(石)现象，提高隧道施工及运营的安全性和可靠性。
Claims (8)
1.高压富水区域断层处理方法，包括以下步骤：
a、通过地质勘察及超前地质预测预报查明隧道穿越断层的边界，并判断断层的来水方向；
b、根据所述断层的来水方向，首先在隧道旁断层的来水侧开挖排水洞；
c、在排水洞排水降压条件下，在隧道掌子面对隧道实施每循环超前注浆预加固；
d、在隧道每循环注浆预加固达到要求后，准备开挖前，在排水洞内向隧道方向钻孔，利用所钻的孔加大排水能力，进一步降低隧道周边围岩内渗透水压力；
e、最后从隧道掌子面处开挖隧道。
2.根据权利要求1所述的高压富水区域断层处理方法，其特征在于：所述排水洞开口位置位于隧道掌子面附近，或位于其他辅助支洞内，排水洞与隧道间净距控制在10～15m，排水洞坑底标高高于隧道轨面标高至少0.75m。
3.根据权利要求1所述的高压富水区域断层处理方法，其特征在于：所述排水洞断面采取尽可能小的断面，能满足开挖施工要求即可。
4.根据权利要求1所述的高压富水区域断层处理方法，其特征在于：在排水洞开挖过程中，排水洞位于断层处的掌子面超前隧道掌子面不小于30m。
5.根据权利要求1所述的高压富水区域断层处理方法，其特征在于：所述排水洞开挖采取超前大管棚配合密排超前小导管进行预支护，支护结构采取透水式衬砌。
6.根据权利要求1所述的高压富水区域断层处理方法，其特征在于：在工序c中，在隧道掌子面实施超前注浆预加固半径为隧道洞径的0.5～1.0倍，纵向一次加固长度25～30m。
7.根据权利要求1所述的高压富水区域断层处理方法，其特征在于：在工序d中，由排水洞内向隧道方向钻孔的直径不小于100mm，钻孔终孔位于隧道注浆预加固附近。
8.根据权利要求1所述的高压富水区域断层处理方法，其特征在于：在隧道开挖通过断层并施做完二次衬砌结构后，对排水洞施做永久的透水衬砌，并预埋排水管，进行控制排放。
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