CN102787846B - 海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下工程施工技术领域，公开一种海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法，其步骤如下：对隧道上半断面快速注浆加固，按注浆孔数的3%～5%设置检查孔，在隧道下半断面钻设排水检查孔，检测单孔最大涌水量小于预定标准时，进行隧道上半断面开挖和支护工作；然后对隧道下半断面快速开挖通过，并及时将隧道初期支护封闭成环，安全顺利的通过断层破碎带，并保证隧道基本无渗漏。本发明适用于海底隧道断层破碎带或富水裂隙发育的破碎岩体地层，在封闭的结构内进行施工，保证了隧道开挖施工安全的同时，减少了钻孔注浆加固堵水工程量，又满足了防排水要求。具有施工效率高，费用低，为隧道的顺利建成节约了投资和时间。

Description

海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法

技术领域

本发明涉及地下工程施工技术领域，尤其涉及海底隧道穿越富水断层破碎带及裂隙发育岩体时上半断面注浆堵水和下半断面开挖排水的一种海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法。

背景技术

由于我国沿海城市经济实力不断增长，城市建设日新月异，城市规模不断扩大，沿海地区将有多处修建海底隧道或水下隧道。在海底修建隧道将面临比陆地修建隧道更为严峻的地下水防治问题，海底隧道一般规模较大，工期较紧，一旦出现涌泥突水后果不堪设想，而海底隧道发生涌泥突水的地段一般位于断层破碎带或节理裂隙发育段等不良地质和岩层接触面。通常海底断层破碎带及其影响带围岩破碎、节理裂隙发育，围岩自稳能力较差，且节理裂隙多与海底贯通，在该种地层段落施工时极易发生突水坍塌等事故。

国内外在采用钻爆法修建隧道及地下工程时，对于富水断层破碎带及裂隙发育段的处理措施，通常有强行通过法、注浆加固法、冻结法、释能降压法等，针对海底隧道的特点常用的方法主要为注浆加固法和冻结法。

注浆法常用来实现堵水和加固双重目的，在海底隧道处理不良地层中应用最多。目前常用的注浆方式有全断面超前预注浆、超前周边帷幕注浆和局部断面注浆等；全断面超前预注浆通常加固隧道开挖面内及隧道开挖轮廓线外一定范围，注浆后隧道前方形成一圆台状加固体，其特点是钻孔数和注浆量较大，作业周期较长。超前周边帷幕注浆通常加固隧道开挖面周边一定范围，浆液在隧道开挖轮廓线外形成堵水帷幕，其特点是钻孔数和注浆量虽有所减少，但如水压和水量较大时，周边形成的帷幕容易破坏，易造成局部失稳。局部断面注浆主要是针对地层局部破碎或涌水等薄弱部位进行加固和堵水，其特点是虽然针对性较强，但不适合于隧道前方大范围破碎和富水地段的处理。

冻结法是应用冷媒传递冷量使含水地层降温达到冻结的方法，并依靠冻结后的岩土强度来承受围岩压力，使开挖和支护在冻结岩土的保护之下安全进行，该种方法成本昂贵、作业周期较长，通常应用在其他方法无法采用的地层。

以上方法有的处理断层破碎带周期较长，工作量较大；有的无法满足加固强度和隧道限量排水要求，因此，在实际施工中，单一处理方式，无法既保证施工开挖安全、满足隧道排水量要求，又能高效快速通过破碎带的要求，因此必须根据海底断层破碎带的特点和工程要求，进行有针对性的设计，寻求解决上堵下排的施工方法。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明的目的在于提出一种海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法。该方法在保证隧道开挖施工安全的同时，能最大限度的加快通过海底隧道断层破碎带的施工进度，从而达到安全、质量和进度效益的有机统一。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法，采用隧道上半断面快速注浆堵水加固和隧道下半断面开挖排水快速通过两大施工过程，其具体步骤如下：

第一步：隧道上半断面快速注浆加固，在到达富水断层破碎带或裂隙发育带之前和结束之后，在计划加固段长范围之内，通过钻孔对隧道上半断面及上半断面开挖轮廓线外间范围内进行注浆加固，封堵上半断面地层周围地下水，切断隧道上半断面开挖轮廓线外地下水流向隧道内的水力通道；

第二步：隧道上半断面周边注浆完成后，按注浆孔数的3%～5%设置检查孔，根据钻孔注浆情况，将若干检查孔布置在隧道上半断面的开挖面上，进行效果检查，注浆效果满足预定标准后，然后进行下步工作；

第三步：在隧道下半断面钻设排水检查孔，钻孔数为3个，分别位于隧道左、中、右侧，三个钻孔单孔最大涌水量小于预定标准时，然后进行下步工作；

第四步：隧道上半断面开挖支护，根据设计支护参数，进行隧道上半断面开挖和支护工作；设计支护参数一般为钢架间距50cm；

第五步：隧道下半断面快速开挖通过，隧道上半断面通过注浆加固和封堵地下水后，根据预定的开挖进尺，首先进行上半断面开挖和支护，隧道上半断面开挖一段距离后，再快速跟进下半断面开挖，及时将隧道初期支护封闭成环；

第六步：隧道初期支护封闭成环后，安全顺利通过断层破碎带后，如果初期支护渗漏水量大于隧道渗漏水量预定标准，则根据渗漏水情况，适时实施径向注浆堵水，保证隧道基本无渗漏。

上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第一步中，对隧道上半断面及上半断面开挖轮廓线外间范围之内进行注浆加固，其注浆加固范围一般为隧道开挖轮廓线外3～5m或注浆加固范围为隧道开挖轮廓线外隧道半径的0.5～1倍；

注浆加固预留止浆岩盘时，岩盘厚度一般为3～5m，设置止浆墙时，止浆墙采用标号C20以上等级混凝土，厚度1～3m；注浆加固长度一般为15～30m，注浆压力为静水压力的1～2倍；注浆孔在掌子面上形成环形布置，最外圈注浆孔距隧道开挖轮廓线不少于60cm；钻孔注浆顺序为：先外圈注浆孔，后内圈注浆孔，由上而下进行。

上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第二步中，所述检查孔孔数为注浆孔数的3%～5%；其中，检查孔最大单孔钻孔涌水量小于1L/min/m,全部检查孔累计涌水量小于10L/min，注浆堵水率达80%以上，地层渗透系数在10^-4cm/s以上；注浆效果预定标准为单孔钻孔涌水量，单孔钻孔涌水量小于2L/min/m，注浆堵水率达80%以上，地层渗透系数小于10^-4cm/s。

上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第三步中，所述隧道下半断面排水孔终孔位置位于隧道开挖轮廓线外2～3m，其中三个钻孔的单孔最大涌水量预定标准为5L/min/m。

上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第四步中，隧道上半断面支护工作，应按设计要求做好隧道上半断面每榀拱架两侧边墙锁脚锚管，以保证施工安全，上半断面台阶长度不得大于一倍隧道洞径。其每次开挖进尺不应超过两倍拱架间距。

上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第五步中，所述隧道下半断面开挖时应左右交错进行，当隧道上半断面开挖一段距离后，再快速跟进下半断面开挖，开挖时应左右交错进行，循环进尺根据围岩地质条件和初期支护钢架的间距确定，一般情况下每次开挖进尺小于一倍拱架间距；开挖过程中如有渗漏水，应及时抽排。

上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第六步中，所述初期支护渗漏水预定标准为5L/min/m；径向注浆管采用Φ42钢花管，呈梅花型布置，径向注浆压力为0.5～1MPa。

由于采用了上述技术技术方案，本发明具有如下优越性：

1、适用于海底隧道断层破碎带或富水裂隙发育的破碎岩体地层，该方法施工效率高，费用低，可以在保证隧道开挖安全的前提下，减少注浆加固堵水工程量、提高施工效率、减少处理断层破碎带或裂隙发育带的时间，为隧道的顺利建成节约投资和时间。

2、通过隧道上半断面注浆加固，在保证了隧道开挖施工安全的同时，减少了钻孔注浆数量，提高了注浆加固堵水的针对性和有效性。

3、通过隧道下半断面开挖排水，减少了作用在隧道上部注浆壳体的外水压力，给剩余地下水以一定出路，减少了作用在隧道结构上的外水压力。

4、隧道初期支护封闭成环，且通过断层破碎带后，根据预设渗漏水量标准进行径向注浆封堵，在封闭的结构内进行施工，在保证了施工安全性的同时，减少了注浆堵水的盲目性，又满足了防排水要求。

附图说明

图1是本发明海底隧道断层破碎带上堵下排施工方法步骤流程图；

图2是本发明隧道上半断面注浆加固剖面布置图；

图3是本发明隧道上半断面注浆加固纵断面示意图；

图4是本发明开挖完成后径向注浆示意图；

图中：1、隧道开挖轮廓线；2、钻孔；3、本阶段注浆孔图中的实线）；4、上阶段注浆孔（图中的虚线）；5、衬砌（初期支护用的钢架）；6、开挖掌子面；7、超前注浆加固区；8、下阶段注浆起点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步解释，需说明的是，公开本发明的目的旨在保护本发明构思内的施工方法及提出的相关技术标准和参数，只要隧道施工中采用上半断面注浆堵水和下半断面开挖排水方式通过断层破碎带或裂隙发育岩土带，均在本发明的保护范围之内。

为使本发明的上述目的、特征和优点及相关技术参数能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

如图1所示，一种海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法，采用隧道上半断面快速注浆堵水加固和隧道下半断面开挖排水快速通过两大施工过程，其具体步骤如下：

第一步110：在到达富水断层破碎带或裂隙发育带之前和结束之后，在预定加固段长范围之内，通过钻孔对隧道上半断面及上半断面开挖轮廓线外一定范围内进行注浆加固，封堵上半断面地层周围地下水，其注浆加固范围一般为隧道开挖轮廓线外3～5m或为隧道半径的（0.5～1）倍。（见图2、图3）

第二步120；隧道上半断面周边注浆完成后，根据钻孔注浆情况，在隧道上半断面合适位置钻设一定数量的检查孔，进行效果检查，注浆效果满足预定标准后，方可进行下步工作。

第三步130：在隧道下半断面钻设排水检查孔，钻孔数为3个，分别位于隧道左、中、右侧，三个钻孔单孔最大涌水量小于预定标准时，方进行下步工作。

第四步140：隧道上半断面开挖支护，根据设计支护参数进行隧道上半断面开挖和支护工作。

第五步150：隧道下半断面快速开挖通过。隧道上半断面开挖一定距离后，再快速跟进下半断面开挖，及时将隧道初期支护封闭成环。

第六步160：隧道初支封闭成环后，如果初期支护渗漏水量大于隧道渗漏水量预定标准，则根据渗漏水情况，适时实施径向注浆堵水（见图4隧道径向注浆孔布置图），保证隧道初期支护基本无渗漏。

下面结合图2至图4对上述各个详细步骤进行详细的说明，并结合附图进行详细的说明，需要说明的是，本实例采用了本发明的技术方案进行施工，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明并不局限于下述的实例。

以某海底隧道穿越海底F2-1断层为例，该隧道设计为双向六车道，采用三孔形式，即左右两侧为左、右线主行车洞，中间为服务隧道穿越海底，采用钻爆法施工。

在上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第一步中，对隧道上半断面及上半断面开挖轮廓线外间范围之内进行注浆加固，其注浆加固范围一般为隧道开挖轮廓线外3～5m或注浆加固范围为隧道开挖轮廓线外隧道半径的0.5～1倍；注浆加固预留止浆岩盘时，岩盘厚度一般为3～5m，设置止浆墙时，止浆墙采用标号C20以上等级混凝土，厚度1～3m；注浆加固长度一般为15～30m，注浆压力为静水压力的1～2倍；注浆孔在掌子面上形成环形布置，最外圈注浆孔距隧道开挖轮廓线不少于60cm；钻孔注浆顺序为：先外圈注浆孔，后内圈注浆孔，由上而下进行。

在上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第二步中，所述检查孔孔数为注浆孔数的3%～5%；其中，检查孔最大单孔钻孔涌水量小于1L/min/m,全部检查孔累计涌水量小于10L/min，注浆堵水率达80%以上，地层渗透系数在10^-4cm/s以上；注浆效果预定标准为单孔钻孔涌水量，单孔钻孔涌水量小于2L/min/m，注浆堵水率达80%以上，地层渗透系数小于10^-4cm/s。

在上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第三步中，所述隧道下半断面排水孔终孔位置位于隧道开挖轮廓线外2～3m，其中三个钻孔的单孔最大涌水量预定标准为5L/min/m。

在上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第四步中，隧道上半断面支护工作，应按设计要求做好隧道上半断面每榀拱架两侧边墙锁脚锚管，以保证施工安全，上半断面台阶长度不得大于一倍隧道洞径。其每次开挖进尺不应超过两倍拱架间距。

在上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第五步中，所述隧道下半断面开挖时应左右交错进行，当隧道上半断面开挖一段距离后，再快速跟进下半断面开挖，开挖时应左右交错进行，循环进尺根据围岩地质条件和初期支护钢架的间距确定，一般情况下每次开挖进尺小于一倍拱架间距；开挖过程中如有渗漏水，应及时抽排。

在上述的隧道断层破碎带上堵下排施工方法第六步中，所述初期支护渗漏水预定标准为5L/min/m；径向注浆管采用Φ42钢花管，呈梅花型布置，径向注浆压力为0.5～1MPa。

本发明相比全断面注浆帷幕注浆减少了工程量减少处理断层破碎带的时间；相比全断面注浆帷幕注浆减少了工程量；

以上对本发明所提供的一种海底隧道断层破碎带上堵下排施工方法进行了详细介绍，本文在具体实施过程中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明旨在用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，在具体实施方式及其应用范围上均会有所改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法，其特征在于：采用隧道上半断面快速注浆堵水加固和隧道下半断面开挖排水快速通过两大施工过程，其步骤如下：

第一步：隧道上半断面快速注浆加固，在到达富水断层破碎带或裂隙发育带之前和结束之后，在计划加固段长范围之内，通过钻孔对隧道上半断面及上半断面开挖轮廓线外的范围进行注浆加固，封堵隧道上半断面地层周围地下水，切断隧道上半断面开挖轮廓线外地下水流向隧道内的水力通道；

第二步：隧道上半断面及半断面开挖轮廓线外的范围周边注浆完成后，按注浆孔数设置的检查孔为：3%注浆孔数≤检查孔数＜5%注浆孔数，根据钻孔注浆情况，将若干检查孔布置在隧道上半断面的开挖面上，进行效果检查，注浆效果满足预定标准后，然后进行下步工作；

第三步：在隧道下半断面钻设排水检查孔，钻孔数为3个，分别位于隧道左、中、右侧，三个钻孔单孔最大涌水量小于预定标准时，然后进行下步工作；

第四步：隧道上半断面开挖支护，根据设计支护参数，进行隧道上半断面开挖和支护工作；设计支护参数钢架间距为50cm；

第五步：隧道下半断面快速开挖通过，隧道上半断面及半断面开挖轮廓线外的范围通过注浆加固和封堵地下水后，根据预定的开挖进尺，首先进行上半断面开挖和支护，隧道上半断面开挖一段距离后，再快速跟进下半断面开挖，及时将隧道初期支护封闭成环；

第六步：隧道初期支护封闭成环后，安全顺利通过断层破碎带后，如果初期支护渗漏水量大于隧道渗漏水量预定标准，则根据渗漏水情况，适时实施径向注浆堵水，保证隧道基本无渗漏；

其中的第一步中，对隧道上半断面及半断面开挖轮廓线外的范围进行注浆加固，其中，隧道上半断面指的是隧道起拱线以上的拱部部位，注浆堵水加固范围为隧道起拱线以上开挖轮廓线外的一段范围，其隧道上半断面开挖轮廓线外注浆加固范围设置为：3m≤隧道上半断面开挖轮廓线外的范围＜5m；

注浆加固预留止浆岩盘时，岩盘厚度为3～5m，设置止浆墙时，止浆墙采用标号C20以上等级混凝土，厚度1～3m；注浆加固长度为15～30m，注浆压力为静水压力的1～2倍；注浆孔在掌子面上形成环形布置，最外圈注浆孔距隧道开挖轮廓线不少于60cm；钻孔注浆顺序为：先外圈注浆孔，后内圈注浆孔，由上而下进行；

所述第二步中，检查孔数按3%注浆孔数≤检查孔数＜5%注浆孔数进行设置，其中，检查孔最大单孔钻孔涌水量小于1L/min/m,全部检查孔累计涌水量小于10L/min，注浆堵水率达80%以上，地层渗透系数在10^-4cm/s以上；

所述第三步中，在隧道下半断面钻设排水检查孔，所述排水检查孔的中孔位置位于隧道开挖轮廓线外2～3m，其中三个钻孔的单孔最大涌水量预定标准为5L/min/m。

2.根据权利要求1所述的海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法，其特征在于：所述第四步中，隧道上半断面支护工作，应按设计要求做好隧道上半断面每榀拱架两侧边墙锁脚锚管，以保证施工安全，上半断面台阶长度不得大于一倍隧道洞径；其每次开挖进尺不应超过两倍拱架间距。

3.根据权利要求1所述的海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法，其特征在于：所述第五步中，所述隧道上半断面开挖一段距离后，再快速跟进下半断面开挖时应左右交错进行，循环进尺根据围岩地质条件和初期支护钢架的间距确定，每次开挖的进尺小于一倍拱架间距；开挖过程中如有渗漏水，应及时抽排。

4.根据权利要求1所述的海底隧道断层破碎带上堵下排的施工方法，其特征在于：所述第六步中，所述初期支护的隧道渗漏水量预定标准为5L/min/m，径向注浆的注浆管采用Φ42钢花管，呈梅花型布置，径向注浆压力为0.5～1MPa。