CN104612130A - 一种隧道底部隐伏溶洞注浆处治方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道工程技术领域，公开了一种隧道底部隐伏溶洞注浆处治方法。所述处治方法包括：第一溶洞检测步骤，针对隧道底部位置，综合运用超前地质预报法来确定隧道底部溶洞的位置，在检测到隐伏溶洞位置处做好标记；第二孔位设计步骤，依据弹性平板中圆形孔洞周围二维应力分布状况，在第一步骤的基础上进行注浆孔位置设计；第三注浆步骤，针对隐伏溶洞应力集中部位采用喷射注浆加固；第四注浆步骤，针对形隐伏溶洞洞身，采用压密注浆技术对其进行填充。本发明以弹性平板中圆形孔洞周围二维应力分布状态为理论依据，克服以往主要靠经验进行施工的弊端，确保隐伏溶洞上部隧道围岩的稳定性，保证隧道后期的正常运行。

Description

一种隧道底部隐伏溶洞注浆处治方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉一种隧道底部隐伏溶洞注浆处治方法。

背景技术：

当前有关岩溶隧道建设方面的研究在不断深入，岩溶区隧道建设正在蓬勃发展。当隧道底部有隐伏溶洞存在时，如何采取合理的方法对其进行治理是个相当棘手的技术难，它关系到隧道能否顺利施工和安全运营，并且在一定程度上也影响到隧道路线的选取，为了绕过隐伏溶洞而不得不增加路线长度，间接地提高了工程造价。

目前，针对隧道穿越岩溶地区时可能遇到隐伏溶洞，大部分专家学者主要致力于研究隐伏溶洞与隧道之间的安全距离，对隧道底部隐伏溶洞的处治技术研究很少。为保证岩溶区隧道的安全性，降低工程造价，提高岩溶区隧道设计水平与施工技术，有必要提出一种快速、合理的治理隧道底部隐伏溶洞的方法。

背景技术 

按照地质条件、注浆压力、浆液对土体的作用机理、浆液的运动形式和替代方式，注浆技术可以分为渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆和喷射注浆四类。

(1)渗透注浆是指浆液在填满土颗粒空隙的过程中，对土颗粒的排列不产生破坏，同时通过浆液的胶结作用将土颗粒胶结为一个整体，一般适用于砂砾土层中。

(2)劈裂注浆是指通过外部压力，土体经过浆液的作用而处于受压状态，当外部压力大于土体的劈裂压力时，浆液发生流动，地层发生劈裂，土体进而被压密，达到加固地基的作用，一般用于砂土层的加固。

(3)压密注浆是指采用极稠密的浆液，通过钻孔挤向土体，在注浆处形成球形浆泡，靠浆液的扩散挤压周围土体，浆液不向土体渗透，只对土体产生挤压作用，使土体密实，因而土体不发生水力劈裂。

(4)喷射注浆是指浆液通过喷嘴呈射流状冲击和破坏土体，浆液和土体搅拌混合形成固结体，从而起到加固地基的作用。

以上注浆方法各具特点，在实际工程中，仅仅采用单一的注浆方法已经不能满足工程设计的要求，必须综合考隐伏溶洞的规模、充填物、水文地质条件和溶洞与隧道的距离等情况，提出一种高效地处治隐伏溶洞的注浆方法。

发明内容

本发明的目的在解决上述技术问题而提供一种隧道底部隐伏溶洞注浆处治方法，旨在解决隧道底部隐伏溶洞影响隧道围岩稳定性的问题。该处治方法采用多种注浆技术与注浆材料，合理布设钻孔密度，根据隧道施工过程中未及时揭示的隐伏溶洞，在隧道运营交付前根据埋藏的不同深度，采用不同的注浆工艺进行处理。

本发明一种隧道底部隐伏溶洞的注浆处治方法，其特征在于，包括如下步骤：第一溶洞检测步骤，针对隧道底部位置，综合运用超前地质预报法来确定隧道溶洞的位置，在检测到溶洞位置处做好标记；第二孔位设计步骤，相对于整个地下岩层，溶洞显的特别小，可以把溶洞形状假想为圆形，结合弹性平板中圆形孔洞周围二维应力分布状况，在第一步骤的基础上进行注浆钻孔位置的设计，在圆形截面应力集中位置加密布设钻孔；第三注浆步骤，针对隐伏溶洞应力集中部位采用喷射注浆加固；第四注浆步骤，针对隐伏溶洞洞身，采用压密注浆技术对其进 行填充。

上述注浆加固方法中，所述第一溶洞检测步骤中，首先采用TSP超前地质预报法检查隧道底部是否存在隐伏溶洞；在有可能出现隐伏溶洞的部位进行地质雷达测试，精确确定隐伏溶洞的位置。

上述注浆加固方法中，所述第二孔位设计步骤中，将隐伏溶洞简化为圆形，并且认为隐伏溶洞是干溶洞，不考虑溶腔内水压力，利用弹性平板中圆形孔洞周围二维应力分布状况，钻孔布设于隧道隐伏溶洞的正上部，孔距控制在0.8m～1.2m范围之内，针对隐伏溶洞应力集中部位，在原有孔位个数的基础上，增加钻孔数量。

上述注浆加固方法中，所述第三注浆步骤中，采用高压设备使注浆液压力大于6MPa，注浆材料为超细水泥(MC)，水灰比(W∶C)为1∶1。

上述注浆加固方法中，所述第四注浆步骤中，对隐伏溶洞洞身注浆采用特制的高压泵，将低流动性浆液注入到预定位置，注浆材料选用泥一水玻璃双浆液，在压密注浆结束后，注浆形成的结石体完整无裂隙。

上述注浆加固方法中，在所述第三注浆步骤前，还设置如下步骤：塞孔及切割清理溶洞步骤，预留清理溶洞需要的孔位，将其它已钻好的孔口进行塞孔处理，避免清理溶洞填充物时出现堵孔及回流的现象，采用高压清水切割法进行溶洞清理。

上述注浆加固方法中，在所述塞孔及切割清理溶洞前，还设置如下步骤：注浆材料选择步骤，根据隐伏溶洞内填充物的类型、流水量、空隙和水压大小选择高强、速凝、耐久性好、粘度低、抗分散性强和无毒无污染的水泥系注浆材料。

上述注浆加固方法中，在所述注浆材料的选择前，还设置如下步骤：注浆量计算步骤，采用公式Q＝A( )计算，式中Q-浆液注入量，；A-超扩散系数；-隐伏溶洞断面面积，；L-隐伏溶洞的长度，m；r-钻孔半径，m；-隐伏溶洞上部各钻孔深度，m；-隐伏溶洞下部各钻孔深度，m；N-岩石平均裂隙率；-岩石裂隙充填系数。

上述注浆加固方法中，在所述注浆量计算前，还设置如下步骤：注浆孔结构设计步骤，对于钻孔孔径采用φ100mm和φ200mm两种口径，在隐伏溶洞应力集中区用φ200mm口径的钻机进行钻孔，对于其他部位则采用φ100mm口径的钻机进行钻孔。

在本发明中，本发明的有益效果是：第一、适用于隧道底部存在隐伏溶洞进行注浆加固，该方法施工效率高，费用低。第二、充分利用各种注浆材料和注浆方式的优点，既能对隐伏溶洞应力集中处进行特殊加固处治，又可以大幅减小隐伏溶洞对隧道围岩应力的影响，提高隧道围岩的自稳能力。第三、第一步骤的目的是能够准确地确定隐伏溶洞的位置及与隧道的距离，判断隐伏溶洞与隧道间的距离是否安全，为确定隐伏溶洞的注浆设计提供前提条件；第二步骤目的是依据弹性平板中单一圆形孔洞周围二维应力分布，找准隐伏溶洞应力集中部位进行加固。第四、喷射注浆能增加隐伏溶洞应力集中处围岩的自稳能力，加固围岩提，压密注浆使得溶洞身形成一固结体，使隧道围岩应力不受下部隐伏溶洞的影响。

另外，本发明还可以通过切割清理隐伏溶洞，减少隐伏溶洞内部存下的充填物对注浆效果的影响，为后续的注浆加固围岩扫清障碍，提高注浆效果。另外，通过加密注浆孔位，增大钻孔直径，可以有针对性的对隐伏溶洞围岩应力集中处进行加固处理，加固效果明显，减少不必要的钻孔，进而缩短总钻孔时间，减少工人的劳动量，提高施工效率，减小工程造价，提高施工质量。

附图说明

图1本发明隧道底部隐伏溶洞注浆处治方法实施的步骤流程图；

图2本发明隧道底部隐伏溶洞注浆剖面图；

图3本发明隧道底部隐伏溶洞注浆孔位布设图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。

参照图1，图1为本发明隧道底部隐伏溶洞注浆处治方法加固方法实施例的步骤流程图，包括如下步骤：

第一溶洞检测步骤01，针对隧道底部的隐伏溶洞，采用综合超前地质预报确定溶洞位置以及隐伏溶洞与隧道之间的距离，判断是否需要对隐伏溶洞进行加固处理。

第二孔位设计步骤02，在所述第一注浆步骤之后，结合弹性平板中圆形孔洞周围二维应力分布状况，在第一检测步骤的基础上进行注浆钻孔位置的设计，在圆形截面应力集中位置加密布设钻孔。

第三注浆步骤03，针对隐伏溶洞底部与两侧端部围岩处，在溶洞切割清理完毕之后，采用喷射浆施作；所述注浆施作用于加固所述溶洞底部与两侧端部围岩。

第四注浆步骤04，在上述第三注浆步骤结束之后，针对隐伏溶洞洞身，采用压密注浆，所述注浆施作用于填充溶洞。

其中，在所述第三注浆步骤之前，还设置有塞孔及切割清理溶洞步骤，即，预留清理溶洞需要的孔位，将其它已钻好的孔口进行塞孔处理，钻孔钻至设计要求深度后，通过下管线采用高压水泵对溶洞内充填物进行高压清水切割，切割压力(30MPa～35MPa)、转速(5r/min～10r/min)、提升速度(5cm/min～10cm/min)，溶洞重复切割次数大于3次，切割深度为洞底部下方0.20m，待切割完成之后，使用污水泵抽出洞内的污水。

并且，在所述塞孔及切割清理溶洞步骤前，还设置有注浆材料选择步骤，根据隐伏溶洞内填充物的类型、流水量、空隙和水压大小选择高强、速凝、耐久性好、粘度低、抗分散性强和无毒无污染的水泥系注浆材料。在所述注浆材料选择步骤之前，还设置有注浆量计算步骤，采用公式Q＝A()计算，但是注浆量的精确值还受到现场施工条件的限制，在现场施工时灵活调整注浆量。在所述注浆量计算步骤之前，还设置有注浆孔结构设计步骤，对于钻孔孔径采用φ100mm和φ200mm两种口径，在隐伏溶洞应力集中区用φ200mm口径的钻机进行钻孔，对于其他部位则采用φ100mm口径的钻机进行钻孔。

下面结合图2和图3对上述各个步骤进行详细的说明。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，但本发明的保护范围不局限于下述的实例。

以湖北省的龙潭隧道在K71+500～K71+510处的隐伏溶洞为例，该隧道设计为上下行分离式隧道，全长8693米，该隧道穿越1370m岩溶地质、123m高地应力段及1920m岩溶水、裂隙水发育区，在隧道底部多处出现隐伏溶洞。隧道K71+500～K71+510处的底部隐伏溶洞顶部距离隧道底部2.1m，溶洞断面直径为5m，溶洞长4.2m。

为保证隧道安全通过隐伏溶洞上部，采用注浆技术，具体施工步骤如下：

步骤1：溶洞检测步骤，如图1所示，采用TSP超前地质预报法检查隧道底 部是否存在隐伏溶洞；在有可能出现隐伏溶洞的部位进行地质雷达测试，精确确定隐伏溶洞的位置。

步骤2：孔位设计步骤，结合弹性平板中圆形孔洞周围二维应力分布状况，得知隐伏溶洞应力集中部位如图2所示，在溶洞的a、b、c、d处溶洞围岩应力最为集中，在上述部位加密布设钻孔，具体布孔如图3所示。

步骤3：第三注浆步骤，如图2所示，针对隐伏溶洞在应力集中部位(a、b、c)，采用高压设备使注浆液压力成为不小于6MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来(水灰比为1∶1)冲击切割围岩体，喷嘴喷射的高压射流通过切割作用破坏围岩壁的岩体结构，从而使岩体与注入的浆液能够混合搅拌，最终凝结成高强度的固结体，每个孔位持续注浆时间为20min，具体注浆时间视现场实际情况灵活改变。

步骤4：第四注浆步骤，如图2所示，隐伏溶洞洞身注浆采用特制的高压泵，将低流动性浆液注入到预定位置，浆液形成一个各向同性的固结体，在压密注浆结束后，注浆形成的结石体完整无裂隙。

步骤5：塞孔及切割清理溶洞步骤，预留清理溶洞需要的孔位，将其它已钻好的孔口进行塞孔处理，钻孔钻至设计要求深度后，通过下管线采用高压水泵对溶洞内充填物进行高压清水切割，切割压力(30MPa～35MPa)、转速(5r/min～10r/min)、提升速度(5cm/min～10cm/min)，溶洞重复切割次数大于3次，切割深度为洞底部下方0.20m，待切割完成之后，使用污水泵抽出洞内的污水。

步骤6：注浆孔结构设计步骤，对于钻孔孔径采用φ100mm和φ200mm两种口径，在隐伏溶洞应力集中区用φ200mm口径的钻机进行钻孔，如图3所示，钻孔标号为1，；对于其他部位则采用φ100mm口径的钻机进行钻孔，如图3所示，钻孔标号为2。

上述实施案例具有如下优点：

第一、适用于隧道底部存在隐伏溶洞时在溶洞应力集中区进行加固处治，该方法施工部位明确，施工效率高，工程造价低，溶洞加固效果明显。

第二、注浆量是在理论计算的基础上进行，使用量更符合工程实际的使用量，避免靠经验估算注浆量而造成注浆材料的浪费。

第三、注浆孔位布设是依据弹性平板中圆形孔洞周围二维应力分布状况进行确定的，其布设更科学、更合理，避免不必要的钻孔，节省了钻孔总时间，间接加快了施工速度。

第四、注浆孔结构设计中直径有大有小，在应力集中部位采用大直径，满足加固效果，同时周围辅以小直径钻孔，对症下药，避免大材小用，节省工程预算。

第五，注浆方式根据注浆对象合理选择，注浆材料依据注浆方式优化搭配，既充分发挥不同注浆材料在不同注浆方式中的优势，又解决了不同注浆对象所采用注浆方式不同的难题，综合利用各注浆方式与注浆材料，高效加固隧道底隐伏溶洞，把隐伏溶洞对隧道围岩应力的影响降到最低。

以上对本发明所提供的一种隧道底部隐伏溶洞注浆处治方法进行了详细介绍，本文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，以上实例的说明只是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，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种隧道底部隐伏溶洞注浆处治技术，其特征在于，包括以下步骤：

第一溶洞检测步骤，针对隧道底部位置，综合运用超前地质预报法来确定隧道溶洞的位置，在检测到溶洞位置处做好标记；

第二孔位设计步骤，相对于整个地下岩层，溶洞显的特别小，可以把溶洞形状假想为圆形，结合弹性平板中圆形孔洞周围二维应力分布状况，在第一步骤的基础上进行注浆钻孔位置的设计，在圆形截面应力集中位置加密布设钻孔；

第三注浆步骤，针对隐伏溶洞应力集中部位采用喷射注浆加固；

第四注浆步骤，针对隐伏溶洞洞身，采用压密注浆技术对其进行填充。

2.根据权利要求1所述的注浆处治方法，其特征在于，所述第一溶洞检测步骤中，首先采用TSP超前地质预报法检查隧道底部是否存在隐伏溶洞；在有可能出现隐伏溶洞的部位进行地质雷达测试，精确确定隐伏溶洞的位置。

3.根据权利要求1所述的注浆处治方法，其特征在于，所述第二孔位设计步骤中，钻孔布设于隧道隐伏溶洞的正上部，孔距控制在0.8m～1.2m范围之内，针对隐伏溶洞应力集中部位，在原有孔位个数的基础上，增加钻孔数量。

4.根据权利要求1所述的注浆处治方法，其特征在于，所述第三注浆步骤中，采用高压设备使注浆液压力大于6MPa，注浆材料为超细水泥(MC)，水灰比(W∶C)为1∶1。

5.根据权利要求1所述的注浆处治方法，其特征在于，所述第四注浆步骤中，对隐伏溶洞洞身注浆采用特制的高压泵，将低流动性浆液注入到预定位置，浆液形成一个各向同性的固结体，在压密注浆结束后，注浆形成的结石体完整无裂隙。

6.根据权利要求1所述的注浆处治发方法，其特征在于所述第三注浆步骤前，还设置如下步骤：

塞孔及切割清理溶洞步骤，预留清理溶洞需要的孔位，将其它已钻好的孔口进行塞孔处理，避免清理溶洞填充物时出现堵孔及回流的现象，采用高压清水切割法进行溶洞清理。

7.根据权利要求6所述的注浆处治方法，其特征在于所述塞孔及切割清理溶洞前，还设置如下步骤：

注浆材料选择步骤，根据隐伏溶洞内填充物的类型、流水量、空隙和水压大小选择高强、速凝、耐久性好、粘度低、抗分散性强和无毒无污染的水泥系注浆材料。

8.根据权利要求7所述的注浆处治方法，其特征在于所述注浆材料选择步骤前，还设置如下步骤：

注浆量计算步骤，采用公式Q＝A()计算，式中Q-浆液注入量，；A-超扩散系数；-隐伏溶洞断面面积，；L-隐伏溶洞的长度，m；r-钻孔半径，m；-隐伏溶洞上部各钻孔深度，m；-隐伏溶洞下部各钻孔深度，m；N-岩石平均裂隙率；-岩石裂隙充填系数。

9.根据权利要求8所述注浆处治方法，其特征在于所述注浆量计算步骤前，还设置如下步骤：

注浆孔结构设计步骤，对于钻孔孔径采用φ100mm和φ200mm两种口径，在隐伏溶洞应力集中区用φ200mm口径的钻机进行钻孔，对于其他部位则采用φ100mm口径的钻机进行钻孔。