CN102493822A - 一种通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有2m～5m的间隙；b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；通过在掌子面修筑止浆墙、分段前进式帷幕注浆等相结合的方式，降低了突发性大涌水发生的可能性，施工方案更加安全可靠，且施工工期较短、成本较低，并可为注浆钻孔设备提供足够的操作空间，尤其适用于凝灰熔岩地质条件下的涌水的帷幕注浆施工。

Description

一种通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法
技术领域
本发明涉及一种隧道施工方法，特别涉及一种适用于凝灰熔岩地质条件下的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法。
背景技术
目前，隧道施工时，地下水排放采用“以排为主”的原则；对于隧道穿过岩溶、断裂破碎带，预计地下水较大、当采用以排为主而影响生态环境时，我们采用“以堵为主，限量排放”的原则，达到赌水有效、防水可靠、环保、经济合理的目的。
在2009年4月出版的第11期《山西建筑》中，公开了一种《超前帷幕注浆技术在高压富水隧道中的应用》，文章编号：1009-6825(2009)11-0286-03。主要通过施工地质超前预报情况、施工地质条件分析及施工方法确定、及超前帷幕注浆施工三大步骤，完成高压富水段的隧道的施工。
该方法技术要求高、施工工艺复杂、工期较长、成本较大，如果在实施处理中稍有不慎，会对涌水封堵造成遗留问题、甚至造成二次封堵返工。
如向莆铁路青云山隧道，该隧道的左线长22175m，右线长21843m，共设有4个斜井，总长7792m。F9断层属2#斜井施工工区范围，斜井综合坡度为7％，斜井口与正洞交叉口高差为182.5m，隧道设计为7‰上坡，即进口方向为反坡排水，出口方向为顺坡排水。进口方向将先后穿越F9、F8、F7三个断层。其中F9、F7属强富水构造断层带。在进入F9断层影响带施工前，按照“先预报，后施工”的原则，对进口方向左右线进行了TSP地质预报及超前水平深孔钻，炮眼加长探测及地质素描等方式相互印证，经探测显示有小段节理裂隙发育围岩破碎，但地下水不发育。TSP地质超前预报情况如下表所示：
Figure BDA0000126819020000021
在施工过程中，通过施工地质超前预报情况、施工地质条件分析及施工方法确定、及超前帷幕注浆施工三大步骤完成隧道施工后，隧道掌子面左上方由少量渗水、小股出水突发至瞬间大涌水淹没正洞及部分斜井。
经分析，主要原因如下：
(1)由于该地段地质条件为F9断层影响带，属压扭性断层，断层及影响带宽度约115m，隧道上部为凝灰质砂砾岩与二长斑岩接触带，为富水构造。同时沿F9断层影响带地貌上形成了深切的冲沟，地表汇水面积大，水量丰富。
(2)从地质纵断面分析，在DK502+015～DK503+500段落，有长达1435m的次火山岩类的侵入岩，以岩株形式侵入上部凝灰质砂砾岩形成非整合接触带，受后期多次构造影响，该非整合接触带和上部的凝灰质砂砾岩节理裂隙发育，成为富水构造。该处隧道埋深575m，地下水位埋深115m，形成高压水头。
(3)F9断层带切穿凝灰质砂砾岩和二长斑岩非整合岩性接触带，及上部富水构造，成为富水构造排水通道。当隧道掘进到DK502+385处，掌子面拱顶出现渗水，在处理过程中，因上部高压水头的作用，隧道拱部岩壁被击穿，产生突发性大涌水。
因此，采用现有技术中的隧道施工方法对富水断层影响带的施工中，仍然存在不足之处，易发生渗水、及突发性涌水的紧急情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种突发性大涌水发生的可能性低、施工方案更加安全可靠的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有2m～5m的间隙；
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
e、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为5m～10m。
通过在掌子面修筑止浆墙、分段前进式帷幕注浆等相结合的方式，降低了突发性大涌水发生的可能性，施工方案更加安全可靠，且施工工期较短、成本较低，并可为注浆钻孔设备提供足够的操作空间，尤其适用于凝灰熔岩地质条件下的涌水的帷幕注浆施工。
整个隧道均不设辅助坑道，以避免对周围风景区的环境影响；
大厚度止浆墙难以喷附在掌子面上，采用修筑、并回填的方式，可增加止浆墙的稳定性和厚度。
优选的，所述步骤e之前，对隧道进行围岩加固堵水。由于掌子面前方常常存在高压富水区，具有较大规模的涌水、突水可能，或水压虽相对较低但岩体结构性能较弱，开挖可能导致岩壁失稳而诱发涌水、突水处，采用围岩加固堵水的方法，可避免较大规模的涌水、突水对隧道结构和隧道施工安全构成威胁，使得施工方案更加安全可靠。
优选的，所述围岩加固堵水的方法为全断面径向注浆堵水，沿开挖轮廓线沿径向向外注浆形成加固圈，所述加固圈的厚度为8m。采用全断面径向注浆堵水的方法，具有堵水效果好、面积大、安全系数更高的有益效果。
优选的，所述全断面径向注浆堵水的注浆浆液为水泥浆液，全断面径向注浆堵水的注浆压力为0.5～1.0MPa。采用这样的方法，使之具有较好的堵水效果的同时、注浆成本低。
优选的，所述加固圈的纵深方向进行大管棚超前支护。采用这样的方法，通过在沿加固圈长度范围内进行大管棚超前支护，进一步使得施工方案更加安全可靠。
优选的，所述围岩加固堵水的方法为围岩固结，所述围岩固结的注浆孔环向间距为1.5m～2m，所述注浆孔纵向间距为2m～3m，所述注浆扩散半径为2m，所述注浆的浆液为水泥浆液，所述注浆压力为0.5MPa～1.0MPa；采用这样的方法，可有效应对开挖后岩面出现较大渗水需要堵水的情况，使得施工方案更加安全可靠。
优选的，所述止浆墙与掌子面之间设置有若干锚杆，所述锚杆之间的间距为0.5m，所述锚杆嵌入掌子面的深度为80cm～120m。采用这样的方法，可使止浆墙的结构更加稳固。
优选的，所述止浆墙的内墙在掌子面横截面方向呈台阶状。采用这样的方法，在掌子面内部形成水平的施工平台，便于掌子面内部钻机等设备的作业施工。
优选的，所述步骤e之后，对注浆孔进行检查，当钻孔渗水量大于0.2L/min·m、或漏水量大于10L/min时，对该钻孔补注浆液。采用这样的方法，可进一步保证注浆质量。
优选的，所述注浆的顺序为先填充注浆，再进行高压劈裂注浆，最后渗透注浆。采用这样的方法，具有注浆效率高、且注浆质量好的有益效果。
优选的，所述止浆墙的强度达到设计值的70％以上后，开始分段前进式注浆步骤。采用这样的方法，在保证施工质量的前提下，提高了施工效率。
优选的，所述步骤b中，所述注浆加固堵水的方法为围岩固结，所述注浆孔环向间距为1.5m～2m，所述注浆孔纵向间距为2m～3m，所述注浆扩散半径为2m，所述注浆浆液为水泥浆液，所述注浆压力为0.5MPa～1.0MPa。采用这样的方法，可有效应对开挖后岩面出现较大渗水需要堵水的情况，使得施工方案更加安全可靠。
优选的，所述步骤b之前，在加固圈的深度范围内进行大管棚超前支护。采用这样的方法，通过在超前帷幕注浆之前，沿加固圈长度范围内进行大管棚超前支护，进一步使得施工方案更加安全可靠。
上述通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法中，所述步骤b中，注浆加固堵水的方法为全断面径向注浆堵水，注浆孔的环向间距1.5m～2.5m，注浆孔的纵向间距为2m～3m，注浆扩散半径为2m。采用这样的方法，可根据超前探水及地质综合评判结果，当掌子面前方水压低，水量不大时，因岩体较完整，岩体结构可保证开挖安全，则采取开挖后对洞身周围进行全断面径向注浆堵水，使施工方案更加安全可靠的同时，节省成本和施工时间。
优选的，所述止浆墙由C30混凝土浇筑而成。采用这样的方法，具有施工方案安全可靠、施工效率高的有益效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在掌子面修筑止浆墙、分段前进式帷幕注浆等相结合的方式，降低了突发性大涌水发生的可能性，施工方案更加安全可靠，且施工工期较短、成本较低，并可为注浆钻孔设备提供足够的操作空间，尤其适用于凝灰熔岩地质条件下的涌水的帷幕注浆施工。整个隧道均不设辅助坑道，以避免对周围风景区的环境影响；大厚度止浆墙难以喷附在掌子面上，采用修筑、并回填的方式，可增加止浆墙的稳定性和许用厚度上限。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明中止浆墙的施工结构图；
图3为本发明中围岩加固堵水的结构示意图；
图4为本发明的注浆孔开孔布置示意图；
图5为本发明注浆孔的A、B、C序终孔图；
图6为本发明注浆孔的D序终孔图；
图7为本发明注浆孔的E序终孔图；
图8为本发明注浆孔的F序终孔图；
图9为本发明注浆孔的钻孔纵断面示意图；
图10为本发明中水泥浆与水玻璃浆液的一种体积比、胶凝时间关系图；
图11为本发明中水泥浆与水玻璃浆液的另一种体积比、胶凝时间关系图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
请参阅图1至图11，本实施例通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有2m的间隙；
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
e、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为5m。
通过在掌子面修筑止浆墙、分段前进式帷幕注浆等相结合的方式，降低了突发性大涌水发生的可能性，施工方案更加安全可靠，且施工工期较短、成本较低，并可为注浆钻孔设备提供足够的操作空间，尤其适用于凝灰熔岩地质条件下的涌水的帷幕注浆施工；整个隧道均不设辅助坑道，以避免对周围风景区的环境影响；且大厚度止浆墙难以喷附在掌子面上，采用修筑、并回填的方式，可增加止浆墙的稳定性和厚度的上限。
实施例2
请参阅图1至图11，本实施例通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有5m的间隙；
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
e、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为10m。
实施例3
请参阅图1至图11，本实施例通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有5m的间隙；
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
e、对隧道内部进行围岩加固堵水；
f、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为10m。
实施例4
请参阅图1至图11，本实施例通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有5m的间隙；
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
e、对隧道内部进行围岩加固堵水；所述围岩加固堵水的方法为全断面径向注浆堵水，沿开挖轮廓线沿径向向外注浆形成加固圈，所述加固圈的厚度为8m。所述全断面径向注浆堵水的注浆浆液为水泥浆液，全断面径向注浆堵水的注浆压力为0.5～1.0MPa。
f、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为10m。
实施例5
请参阅图1至图11，本实施例通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有5m的间隙；
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
e、对隧道内部进行围岩加固堵水；所述围岩加固堵水的方法为全断面径向注浆堵水，所述加固圈的纵深方向进行大管棚超前支护。
f、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为10m。
实施例6
请参阅图1至图11，本实施例通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有5m的间隙；
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
e、对隧道内部进行围岩加固堵水；所述围岩加固堵水的方法为围岩固结，所述围岩固结的注浆孔环向间距为1.5m～2m，所述注浆孔纵向间距为2m～3m，所述注浆扩散半径为2m，所述注浆的浆液为水泥浆液，所述注浆压力为0.5MPa～1.0MPa。
f、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为10m。
实施例7
请参阅图1至图11，本实施例通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有5m的间隙；所述止浆墙的内墙在掌子面横截面方向呈台阶状。
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
e、对隧道内部进行围岩加固堵水；所述围岩加固堵水的方法为全断面径向注浆堵水，所述加固圈的纵深方向进行大管棚超前支护。
f、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为10m。
实施例8
请参阅图1至图11，本实施例通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有5m的间隙；所述止浆墙与掌子面之间设置有若干锚杆，所述锚杆之间的间距为0.5m，所述锚杆嵌入掌子面的深度为80cm～120m。
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
e、对隧道内部进行围岩加固堵水；所述围岩加固堵水的方法为全断面径向注浆堵水，所述加固圈的纵深方向进行大管棚超前支护。
f、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为10m。
实施例9
请参阅图1至图11，本实施例通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有5m的间隙；所述止浆墙与掌子面之间设置有若干锚杆，所述锚杆之间的间距为0.5m，所述锚杆嵌入掌子面的深度为80cm～120m。
止浆墙按台阶式设置，在止浆墙基础处施作临时仰拱作为嵌入式基础，嵌入围岩80～120cm，并施作锚杆，以保证止浆墙与岩体可靠连接。锚杆采用砂浆锚杆。
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
正式注浆前，先进行注浆试验，以掌握浆液填充率、注浆量、浆液配比、浆液凝结时间、浆液的扩散半径、注浆终压等参数，为后续注浆提供科学依据，确保注浆质量。
注浆的顺序为先填充注浆，再进行高压劈裂注浆，最后渗透注浆。
用于注浆的浆液为水泥-水玻璃双液浆，所述水泥-水玻璃双液浆配比如下：水灰比0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1。
采用上述水泥-水玻璃浆液，在不同条件下的胶凝时间如表1所示：
表1：水泥-水玻璃浆液不同条件下的胶凝时间(M＝3.0)
Figure BDA0000126819020000121
采用上述水泥-水玻璃浆液，当水泥浆与水玻璃浆液不同体积比的胶凝时间关系图请参阅图10、图11。
根据现场试验数据统计结果显示，在保证浆液可灌性和有效扩散距离前提下，应根据渗漏水情况、节理裂隙发育情况合理选用浆液配比，并同时在实际施工中根据吸浆量和注浆压力适时做以调整。
e、对隧道内部进行围岩加固堵水；所述围岩加固堵水的方法为全断面径向注浆堵水，所述加固圈的纵深方向进行大管棚超前支护。
在注浆加固地段按原设计V级围岩加强处理，即采用设计的Vb型衬砌，并设置全包封闭式防水。
f、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为10m，所述注浆的顺序为先填充注浆，再进行高压劈裂注浆，最后渗透注浆。
g、对注浆孔进行检查，当钻孔渗水量大于0.2L/min·m、或漏水量大于10L/min时，对该钻孔补注浆液。
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

Claims (10)

1.一种通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、止浆墙施工；在掌子面内部修筑止浆墙，所述止浆墙与掌子面沿径向设置有2m～5m的间隙；
b、对止浆墙与掌子面之间的间隙进行回填；
c、在止浆墙上标出钻孔位置及孔号；
d、制浆；制备水泥、水玻璃双液浆，其中水泥的水灰比为0.6∶1～1∶1，水玻璃浓度为30～40Be，水泥∶水玻璃的体积比为1∶0.5～1∶1；
e、以分段前进式注浆的方法，完成钻孔及注浆，每一循环进尺为5m～10m。
2.根据权利要求1所述的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，其特征在于：所述步骤e之前，对隧道进行围岩加固堵水。
3.根据权利要求2所述的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，其特征在于：所述围岩加固堵水的方法为全断面径向注浆堵水，沿开挖轮廓线沿径向向外注浆形成加固圈，所述加固圈的厚度为8m。
4.根据权利要求3所述的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，其特征在于：所述全断面径向注浆堵水的注浆浆液为水泥浆液，全断面径向注浆堵水的注浆压力为0.5～1.0MPa。
5.根据权利要求4所述的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，其特征在于：所述加固圈的纵深方向进行大管棚超前支护。
6.根据权利要求2所述的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，其特征在于：所述围岩加固堵水的方法为围岩固结，所述围岩固结的注浆孔环向间距为1.5m～2m，所述注浆孔纵向间距为2m～3m，所述注浆扩散半径为2m，所述注浆的浆液为水泥浆液，所述注浆压力为0.5MPa～1.0MPa。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，其特征在于：所述止浆墙与掌子面之间设置有若干锚杆，所述锚杆之间的间距为0.5m，所述锚杆嵌入掌子面的深度为80cm～120m。
8.根据权利要求7所述的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，其特征在于：所述止浆墙的内墙在掌子面横截面方向呈台阶状。
9.根据权利要求8所述的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，其特征在于：所述步骤e之后，对注浆孔进行检查，当钻孔渗水量大于0.2L/min·m、或漏水量大于10L/min时，对该钻孔补注浆液。
10.根据权利要求9所述的通过富水断层影响带的隧道的帷幕注浆施工方法，其特征在于：所述注浆的顺序为先填充注浆，再进行高压劈裂注浆，最后渗透注浆。
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