CN105041325A - 一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法 - Google Patents

一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法 Download PDF

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CN105041325A CN201510407632.4A CN201510407632A CN105041325A CN 105041325 A CN105041325 A CN 105041325A CN 201510407632 A CN201510407632 A CN 201510407632A CN 105041325 A CN105041325 A CN 105041325A
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凌同华
张胜
黄阜
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长沙理工大学
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Abstract

本发明公开了一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,步骤如下:采用地质超前预报方法探明隧道掌子面前方的断层软弱角砾岩的分布情况;在隧道内双侧布置L形渐变式排水洞,设置扇形排水孔及注浆孔,上层注浆下层排水;设置复合式柱面止浆墙,实施全断面超前化学注浆加固;采用环向封闭式带基础的超前管棚导向墙进行超前长管棚的施工,布置锥形梅花状检查排水孔检测注浆效果,最后开挖隧道。本发明采用三层立体注浆排水,水泥水玻璃和环氧树脂分序注浆等技术,克服了在松散软弱角砾岩及高压富水的围岩地区注浆固结效果差和堵水作用不明显的问题。

Description

一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种隧道的施工方法,特别是涉及一种高压富水特大断层软弱角砾岩 隧道的施工方法。
背景技术
[0002] 随着国民经济的迅速发展,一大批工程建设正如火如荼的进行。隧洞工程作为主 要的工程结构形式,已经广泛应用于水利水电的地下工程、交通工程、输水工程、矿山工程 等。隧洞工程建设过程中通常会遇到不良地质体,由地质构造作用形成的断层软弱角砾岩 就是常见的一种,由于其力学强度较低,透水性好,胶结不良、易变形,充填物为泥,往往成 为制约工程建设的关键因素之一。
[0003] 断层角砾岩作为断层破碎岩中的一种,是沉积碎肩岩,由岩石碎裂变形逐渐加剧 所成,在断层应力作用下,断层的俩个端盘移动时,上、下俩盘之间的岩石不断的被糅合,原 岩破碎成角砾状,角砾杂乱松散,砾间由软弱的泥质包包裹,含有丰富的粘土矿物,含水量 较大时较软弱且呈塑性。因此,隧洞穿过往往成为工程建设中的控制性因素,开挖支护施工 难度很大,容易出现涌水、突泥、塌方、泥石流等地质灾害,甚至发生人员伤亡等事故。
[0004] 软弱角砾岩断层破碎带富含的地下水为孔隙水,节理裂隙发育,岩体很破碎,无胶 结,地下水渗透路径通畅,且连通性好,地下水运移速度和相互补给速度快。在饱和条件下 的抗压、抗剪强度很弱,具有较大的渗透性和地层不稳定性,很难成洞。在施工过程中必须 采用多种措施加强支护,做好堵水、排水工作。
[0005] 目前,高压富水特大断层软弱角砾岩隧道按照常规的施工方法无法达到预期围岩 加固效果,不能满足隧道排水和堵水的要求。因此,必须根据断层软弱角砾岩隧道的特点和 工程要求,采取针对性的方案,堵排结合,围岩加固,找到穿越富水特大软弱角砾岩断层破 碎带的施工方法。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种能降低洞顶及周边裂隙水压、减少隧洞涌 水量、提高注浆围岩的加固及堵漏效果和稳固开挖围岩的高压富水特大断层软弱角砾岩隧 道的施工方法。
[0007] 为了解决上述技术问题,本发明提供的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工 方法,包括以下步骤:
[0008] 步骤1 :采用地质超前预报方法探明隧道掌子面前方的断层软弱角砾岩的分布情 况,走向,渗水涌水位置及水流方向,水压大小,涌水量大小,为下一步的隧道施工设计提供 依据;
[0009] 步骤2 :在隧道内双侧布置排水洞,排水洞内设置扇形的排水孔及注浆孔,上层注 浆下层排水,对隧道进行排水降压的同时在上层预先设置一道防水屏障;
[0010] 步骤3 :在隧道掌子面设置复合式柱面止浆墙,实施全断面超前预注浆加固,形成 5. 0m_5. 5m注衆加固圈;
[0011] 步骤4:采用环向封闭式带基础的超前管棚导向墙进行超前长管棚的施工,并预 注浆,布置锥形梅花状检查排水孔排水和检查注浆效果,最后实施围岩开挖、临时支护以及 径向固结灌浆进行封堵措施。
[0012] 上述步骤1中所述的地质超前预报方法采用TGP206超前地质预报系统远探测、 Beam电法近预测、超前水平钻探补充探测和掌子面地质编录法临近预报相结合。超前水平 钻孔孔径为〇 108,孔数6-8个,长度应根据钻进过程中的钻孔速度、返流液体的颜色及携 带物的变化选取,防止涌水突泥的产生。
[0013] 上述步骤2中所述的排水洞为双侧L形渐变式排水洞,L形渐变式排水洞与隧道 平行段相距8m-10m,开挖位置应从隧道掌子面后退15m-30m处开始,排水段形状为城门型, 尺寸由2mX2. 5m渐变为2mX5m,增大断面后,方便上层注浆下层排水的布孔,同时便于钻 孔操作。排水洞的掌子面应距离断层破碎带3m-5m,以确保安全。
[0014] 在开挖排水洞时,当隧道开挖方向为逆坡时,在排水洞与隧道交集部位设置集水 池,采用C25砼浇筑,水池大小根据排水量大小及抽排能力确定,不小于5m3。
[0015] 排水洞在布孔掌子面处基底应高于同粧号隧道顶板标高至少3m。
[0016] 所述的排水孔布置为,向前钻设水平和倾角的排水孔;排水洞底部设置6排排水 孔,第1排排水孔长度45-55m,钻孔角度平行于隧道轴线,第2排长度50-60m,钻孔与隧 道轴线夹角5° -10°,第3排长度30-40m,钻孔与隧道轴线夹角20° -25°。第4排长 度20-25m,钻孔与隧道轴线夹角29° -35°。第5排长度18-20m,钻孔与隧道轴线夹角 45° -51°。第6排长度12-15m,钻孔与隧道轴线夹角65° -76°。排水洞顶部注浆孔的 布置与排水孔相同,这里不再阐述。
[0017] 排水洞的排水管采用0108无缝钢管,管壁上钻08小孔,环向10-12个,沿纵向 均匀分布,外裹3层2_X2mm网眼塑料网并扎紧,采用这种结构可过滤断层软弱角砾岩中 的碎石软泥,防止堵孔。排水管孔口装置采用〇11〇_高密度聚乙烯管,安装完成后充水压 力为 0• 1 ~0• 2MPa。
[0018] 排水洞内的排水孔钻孔深度应超过设计孔深不小于0. 5m。
[0019] 所述的复合式柱面止浆墙的砼标号不低于C30,厚度不低于3m,复合式柱面止浆 墙应嵌入岩体不低于lm,复合式柱面止浆墙与岩体接触部位布设025中空注浆径向锚杆, 锚杆长度不小于2m。
[0020] 所述的复合式柱面止浆墙的顶部断面应扩大50cm以上,左右两侧及底部应扩大 100cm以上,底部两侧浇筑宽度不小于1/2或1/3倍隧道宽度,使复合式柱面止浆墙嵌入岩 体锚固稳定,同时防止下沉。
[0021] 在复合式柱面止浆墙的结构设计中,复合式柱面止浆墙的圆弧角度a根据圆弧 半径r确定,当a为20°时,r取2倍隧道宽度,当a为30°时,r取1.8倍隧道宽度,当 a为40°时,r取1.6倍隧道宽度。往隧道前进方向修筑不小于3m的衆砌石滤水层并布 设钢丝网,采用这一新理念,不仅可作为复合式柱面止浆墙的压力缓冲层,同时可提高排水 效果。
[0022] 所述的全断面超前预注浆堵水加固,灌浆孔采用水平灌浆孔与斜向灌浆孔相结 合,斜向灌浆孔布置在隧道开挖轮廓线内侧10-20cm范围内,环向间距40-50cm,主要固结 止水范围为隧道开挖线外不小于5m围岩圈。水平灌浆孔布置在隧道断面中部,环形布置 2-3圈,环向间距100cm,主要固结隧道断面内围岩。
[0023] 在全断面超前预注浆过程中,应根据特大断层软弱角砾岩含水量的分布设置排水 管及水池。
[0024] 所述的全断面超前预注浆采用分段前进式帷幕化学注浆,环氧树脂灌浆材料与水 玻璃灌浆材料分序使用,其中I序孔采用水泥水玻璃双液浆灌浆,II序孔采用环氧树脂灌 浆,水泥-水玻璃双液浆为A液和B液的混合液,配合比为A液:B液=1 :0. 6~0. 4 (体积 比),CW环氧树脂化学注浆材料中基液:固化剂=7 :1 (重量比)。当灌前压水透水率大于 10Lu时,采用水泥-水玻璃灌浆,水玻璃掺量5%,灌至透水率小于5Lu时,改用环氧树脂加 固。
[0025] 灌浆压力在初期可采用IMPa,最大压力不超过2. 5MPa。第一环至第二环I序孔灌 浆压力为IMPa,II序孔灌浆压力为1. 5MPa,第三环至第五环I序孔灌浆压力为1. 5MPa,II 序孔灌浆压力为2.OMPa,第六环至第九环I序孔灌浆压力为2.OMPa,II序孔灌浆压力为 2. 5MPa。同时,在隧道断面内按注浆孔数的10%-15%设置排水检查孔,环向设置3-4个。 既可超前探测前方围岩注浆后的固结效果,也可作为排水孔检测含断层软弱角砾岩的隧道 断面内的排水量,当所测最大单孔排水量小于5L/m•min时,可对隧道进行开挖,当所测最 大单孔排水量为5-15L/m•min时,就针对较大排水部位进行注浆补强,当所测最大单孔排 水量大于15L/m/min时,应在隧道范围内重新布置注浆孔全断面注浆。
[0026] 所述的环向封闭式带基础的超前管棚导向墙采用C30砼,采用双层工字钢118沿 隧道开挖线环向布设,边墙及底部封闭成环,上下两层工字钢之间采有118工字钢连接固 定。孔口管固定在工字钢形成的矩形框内,焊接牢固。边墙沿隧道径向方向扩挖1. 5m,底部 向下扩挖0. 5m,饶筑C30轮拱圈及边墙、底板,形成环向混凝土管棚导向墙,可有效解决孔 口管固定不牢和导向墙整体下沉的问题。
[0027] 所述的超前长管棚,沿隧道拱部开挖线外侧20cm-3〇Cm布设,长管棚每循环长 度20m-30m,管径①108mm,壁厚12mm,环向间距40cm,外插角6 °,管棚循环搭接长度取 l〇-15m〇
[0028] 施工长管棚时对开挖线拱部和边墙管棚设置处进行扩挖,扩挖厚度为85-lOOcm。
[0029] 所述的超前长管棚第一节钢管顶端做成锥型,以便顶进。钢管采用4. 0m和6. 0m 两种规格,奇数孔首根4.Om,偶数孔首根6.Om,其余的均为6.Om,以避免钢管接头在同一断 面上。钢管采用丝扣联接。
[0030] 长管棚注浆时,应将空管注满水泥浆,同时可在钢管内插入016的钢筋,增强抗 压强度的同时也可增加抗拉强度。
[0031] 长管棚进行注浆时,孔号分为奇数孔和偶数孔,奇数孔采用无缝钢管,偶数孔采用 梅花钢管。偶数孔是在钢管上按间距15cm梅花形钻10mm的小孔。奇数孔成孔后及时安装 钢花管或无孔钢管,压注水泥水玻璃双液浆,如单孔最大排水量大于5L/m*min时,采用 环氧树脂化学灌浆,相关配合比参见隧道全断面注浆。偶数孔成孔后也必须立即安装钢管, 防止塌孔,同时偶数孔的施工一方面可以检查奇数孔注浆质量,另一方面也可以进行补充 注浆,提高注浆加固围岩的效果。
[0032] 所述的锥形梅花状检查排水孔,采用梅花形布置,孔数5-9个,钻孔为锥形发散 形,孔的长度为20m-30m。
[0033] 根据断层破碎带岩层情况布置注浆小导管,042钢花管,长度3m-4m。
[0034] 采用上述技术方案的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,与现有技术 相比,具有的有益效果如下:
[0035] 1.本发明形成了探测、排水、堵水、围岩加固技术为一体的高压富水特大断层软 弱角砾岩隧道的施工方法,尤其适用于高压富水特大断层软弱角砾岩条件下的地下工程施 工。
[0036] 2.首次隧道双侧采用L形渐变式排水洞上层注浆下层排水技术,上层注浆孔第一 次注浆封堵,下层扇形排水孔增大了排水面积,减小隧道部位水压及水量,为隧道上层区域 做一个天然屏障,排水泄压效果显著。
[0037] 3.隧道采用C30复合式柱面止浆墙,布孔选用水平灌浆孔与斜向灌浆孔、排水检 查孔相结合,既减少了孔数,降低了成本,效果又更加明显,有利于隧道前方的信息化探测。
[0038] 4.采用分段前进式帷幕化学注浆,环氧树脂灌浆材料与水玻璃灌浆材料复合使 用,分序注浆,彻底解决了高压富水隧洞的堵漏水问题,同时加固了断层破碎围岩,缩短注 浆周期,节约了工期,提高了施工效率,相比纯化学注浆可操作性更强,节省了成本,克服了 在松散堆积体及渗水量大的围岩地区注浆固结效果较差和堵水作用不明显的问题。
[0039] 5.通过采用排水洞与隧道注浆技术相结合,首次设计立体三层式注浆排水结构, 排水洞第一层为注浆,第二层为排水,隧道为第三层注浆堵水和加固。另外,采用了复合式 柱面止浆墙,环向封闭式带基础的超前管棚导向墙施工超前长管棚等新技术,该方法施工 效率高,隧道围岩稳定性好,节约了工期,保证了隧道的顺利贯通。
[0040] 6.采用超前地质探测-排水洞立体式排水孔排水注浆-超前分段前进式帷幕化学 灌浆加固堵水-超前长管棚加小导管支护-锚喷网联合支护的施工控制方法,该方法安全 可靠,堵排水效果较好,围岩稳定性得到保障,避免了在特大断层隧道的施工过程中出现涌 水、泥石流、塌方等地质灾害现象,实现隧洞施工稳定的系统性控制。
[0041]综上所述,本发明是一种能降低洞顶及周边裂隙水压、减少隧洞涌水量、提高注浆 围岩的加固及堵漏效果和稳固开挖围岩的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法。
附图说明
[0042] 图1是本发明的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法步骤流程图。
[0043] 图2是本发明的双侧L形排水洞平面示意图。
[0044] 图3是本发明的双侧L形排水洞纵断面示意图。
[0045] 图4是本发明的双侧L形排水洞排水孔及注浆孔布置示意图。
[0046] 图5是本发明的复合式柱面止浆墙布置示意图。
[0047] 图6是本发明的环向封闭式带基础的超前管棚导向墙示意图。
[0048] 图7是本发明的全断面超前注浆堵水加固及锥形梅花状检查排水孔布置纵剖面 图。
[0049] 图8是本发明的全断面超前注浆堵水加固及锥形梅花状检查排水孔布置横断面 图。
[0050] 图中:1_隧道;2-L形渐变式排水洞;3-排水孔;4-注浆孔;5-断层带;6-隧道 开挖轮廓线;7-锚杆;8-浆砌石滤水层;9-复合式柱面止浆墙;10-钢丝网;11-钢拱架; 12-钢管;13-管棚;14-C30导向墙;15-检查及排水孔;16-斜向灌浆孔;17-水平灌浆孔; 18-灌浆孔边线。
具体实施方式
[0051] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0052] 实施例1 :
[0053] 结合图1-图8,以某隧道高压富水特大断层破碎带塌方体处理为例,具体描述隧 道施工过程中处治的方法及步骤。
[0054] 某公路隧洞,穿越断层F18,断层宽度120m,长度1500m,洞顶以上地表覆盖层 130m,规模罕见。断层破碎带充填的物质主要为软弱角砾岩及碎块等,大部分泥质胶结较密 实,富含的地下水为孔隙水,节理裂隙发育,岩体很破碎,无胶结。F18断层接受冲沟内的地 表水与两侧山体的地下水的补给,补给源丰富,隧洞内排水量达8500m3/d。
[0055] 实施的具体方法是:
[0056] 步骤1 :采用地质超前预报方法如TGP206超前地质预报系统、地质雷达、超前水平 钻孔摄像等方法探明隧道掌子面前方的断层软弱角砾岩的分布情况,走向,渗水涌水位置 及水流方向,水压大小,涌水量大小,为下一步的隧道施工设计提供依据。
[0057] 施工中采用TGP206超前地质预报系统探测掌子面前方特大断层软弱角砾岩的分 布情况,结合面的产状,岩性,断层软弱层的位置,富水带的位置等。
[0058] 在TGP206超前地质预报系统的基础上,采用地质雷达短距离探测,短距离一般指 30m,通过探测得到的数据与TGP206超前地质预报系统进行比较修正,快速探测软弱角砾 岩断层及富水带位置。
[0059] 为了更准确,更详细地了解隧道软弱角砾岩断层的大小,岩层结构性质,岩层强 度,水位变化情况等,在上述基础上,再增加超前水平钻孔摄像的最新型探测方式,超前钻 孔长度为30m-40m,该方法的钻孔设备采用YQ120型潜孔钻机。
[0060] 步骤2 :根据高压富水软弱角砾岩断层的工程特性,在隧道1内双侧采用L形渐变 式排水洞2,设置扇形的排水孔3及注浆孔4,上层注浆下层排水,对隧道进行排水降压的同 时在上层预先设置一道防水屏障。
[0061] 本实施例的L形渐变式排水洞2布置在隧道1粧号K42+385两侧,采用双侧L形, L形渐变式排水洞2与隧道1平行段相距10m,开挖位置应从隧道掌子面后退25m处开始, 排水段形状为城门型,尺寸由2mX2. 5m(高X宽)渐变为2mX5m(高X宽),上坡坡度为 10%,增大断面后,方便上层的注浆孔3和下层的排水孔4的布置,同时便于钻孔操作。掌 子面距离断层带5的距离为3. 0m。
[0062] 在开挖L形渐变式排水洞2时,隧道1开挖方向为逆坡,在L形渐变式排水洞2 与隧道1交集部位设置集水池,采用C25砼浇筑,集水池大小根据排水量大小及抽排能力 确定,这里选择8m3。由于隧道洞口距集水池的高差不大,选择WQ5520-462-300型潜水栗, 〇 110热乳无缝钢管接法兰盘连接至洞外。
[0063] L形渐变式排水洞2在布孔掌子面处基底高于同粧号隧道顶板标高3. 5m。
[0064] 排水孔3布置为,向前钻设水平和倾角的排水孔3。隧洞底部设置6排排水孔,第 1排排水孔长度45-55m,钻孔角度平行于隧道轴线,第2排长度50-60m,钻孔与隧道轴线夹 角5° -10°,第3排长度30-40m,钻孔与隧道轴线夹角20° -25°。第4排长度20-25m, 钻孔与隧道轴线夹角29° -35°。第5排长度18-20m,钻孔与隧道轴线夹角45° -51°。 第6排长度12-15m,钻孔与隧道轴线夹角65° -76°。注浆孔4的布置参照排水孔3。
[0065] 排水孔3内的排水管采用0108无缝钢管,管壁上钻0 8小孔,环向10-12个,沿 纵向均匀分布,外裹3层2_X2mm网眼塑料网并扎紧,采用这种结构可过滤断层软弱角砾 岩中的碎石软泥,防止堵孔。排水管孔口装置采用〇11〇_高密度聚乙烯管,安装完成后充 水压力为〇• 1~〇• 2MPa。
[0066] 排水孔3的钻孔深度超过设计孔深0. 5m。
[0067] L形渐变式排水洞2采用全断面开挖,特殊地段可分台阶开挖,L形渐变式排水洞 2中部设置排水沟,断面0. 5mX0. 5m,排水沟两侧设2%的坡度,中间低两边高。临时支护采 用C25喷射混凝土,厚20cm,拱部和边墙设随机0 25中空锚杆,隧道设116型钢拱架。具体 可参照隧道1的临时支护的设计。
[0068] 步骤3 :在隧道掌子面设置复合式柱面止浆墙9,实施全断面超前预注浆加固,形 成5. 0m_5. 5m注衆加固圈。
[0069] 复合式柱面止浆墙9采用C30砼标号,止浆墙的厚度3m,复合式柱面止浆墙9嵌入 隧道开挖轮廓线6以内的岩体lm,复合式柱面止浆墙9与岩体接触部位布设〇 25中空注浆 径向的锚杆7,锚杆7长度2m。
[0070] 复合式柱面止浆墙9承载能力要比普通平面形高得多,复合式柱面止浆墙9厚度 可以用下式表示:
[0071]
Figure CN105041325AD00091
[0072] 式中,r一柱面半径,cm;
[0073] 8p一止衆墙厚度,cm;
[0074] ka-安全系数,取1. 7~1. 8 ;
[0075] Fq-荷载,N;
[0076] [ 0 ] -允许抗压强度,MPa。
[0077] 施作复合式柱面止浆墙9前,用风镐对周边围岩开挖沟槽,复合式柱面止浆墙9的 顶部断面扩大l〇〇cm,左右两侧及底部扩大150cm,底部两侧浇筑宽度300cm,使复合式柱面 止浆墙9嵌入岩体锚固稳定,同时防止下沉。然后铺设08钢筋网,再砌筑厚度3m的浆砌 石滤水层8,预埋注浆导管,浇筑C30柱面混凝土后,对复合式柱面止浆墙9与围岩,初支等 空隙部位进行堵漏,使复合式柱面止浆墙9嵌入到围岩内。
[0078] 复合式柱面止浆墙9的结构设计中,复合式柱面止浆墙9的圆弧角度a根据圆弧 半径r确定,当a为20°时,r取2倍隧道宽度,当a为30°时,r取1.8倍隧道宽度,当 a为40°时,r取1. 6倍隧道宽度。往隧道前进方向修筑3m的浆砌石滤水层8并布设钢 丝网10,采用这一新理念,不仅可作为复合式柱面止浆墙9的压力缓冲层,同时可提高排水 效果。
[0079] 全断面超前预注浆堵水加固,灌浆孔采用水平灌浆孔17与斜向灌浆孔16相结合, 水平灌浆孔17与斜向灌浆孔16形成灌浆孔边线18,斜向灌浆孔16布置在隧道开挖轮廓线 6内侧15cm范围内,环向间距50cm,主要固结止水范围为隧道开挖线外5m围岩圈。水平灌 浆孔17布置在隧道断面中部,环形布置2-3圈,环向间距100cm,主要固结隧道断面内围岩。
[0080] 在全断面超前预注浆过程中,应根据特大断层软弱角砾岩含水量的分布设置排水 管及水池。
[0081] 全断面超前预注浆采用分段前进式帷幕化学注浆,环氧树脂灌浆材料与水玻璃灌 浆材料分序使用,其中I序孔采用水泥水玻璃双液浆灌浆,II序孔采用环氧树脂灌浆,水 泥-水玻璃双液浆为A液和B液的混合液,配合比为A液:B液=1 :0. 6~0. 4 (体积比), CW环氧树脂化学注浆材料中基液:固化剂=7 :1(重量比)。当灌前压水透水率大于10Lu 时,采用水泥-水玻璃灌浆,水玻璃掺量5%,灌至透水率小于5Lu时,改用环氧树脂加固。
[0082] 灌浆压力初期可采用IMPa,最大压力不超过2. 5MPa。第一环至第二环I序孔灌浆 压力为IMPa,II序孔灌浆压力为1.5MPa,第三环至第五环I序孔灌浆压力为1.5MPa,II 序孔灌浆压力为2.OMPa,第六环至第九环I序孔灌浆压力为2.OMPa,II序孔灌浆压力为 2. 5MPa。同时,在隧道断面内按注浆孔数的10% -15%设置锥形排水检查孔,环向设置3-4 个。锥形排水孔扩大的检查范围,既可超前探测前方围岩注浆后的固结效果,也可作为排水 孔检测含断层软弱角砾岩的隧道断面内的排水量。
[0083] 循环灌浆段内预留固结止水段长度为15m。
[0084] 采用分段前进式,注浆分段长度为5m,洞内超前灌浆每循环长度20m,每循环洞 内设置九环注浆孔,其中第1环至第7环为斜向灌浆孔,第8环至第9环为水平灌浆孔, 第1环长度为8. 54-9.44m之间,倾角为2. 39° -31.55°,轴向偏角为0° -32°。第2环 长度为12. 083m-12. 37m之间,倾角为1.86° -24. 4°,轴向偏角为0-24. 4°。第3环孔 深为14.87m-16.28m之间,倾角为1.51° -19.65°,轴向偏角为0° -19.7°。第4环孔 深为17. 72m-20. 19m之间,倾角为1.27° -16.39°,轴向偏角为0° -16.39°。第5环孔 深为20. 03m-20. 50m之间,倾角为0.52° -12. 68°,轴向偏角为0° -12. 68°。第6环孔 深为20. 18m,倾角为0.61° -7.83°,轴向偏角为0° -7.94°。第7环为20. 03m,倾角为 0.23° -2.86°,轴向偏角为0° -2.86°。第8环和第9环均为水平注浆孔。
[0085] 注浆施工质量的检查为:注浆结束待凝后布置检查排水孔15,进行施工质量检 查。检查排水孔15长度为20m,通过取岩芯及摄像检查,当所测最大单孔排水量小于5L/ m•min时,可对隧道进行开挖,当所测最大单孔排水量为5-15L/m•min时,就针对较大排水 部位进行注浆补强,当所测最大单孔排水量大于15L/m/min时,应在隧道范围内重新布置 注浆孔全断面注浆。
[0086] 步骤4:采用环向封闭式带基础的超前管棚导向墙进行超前长管棚的施工,并预 注浆,布置锥形梅花状检查排水孔排水和检查注浆效果,最后实施围岩开挖、临时支护以及 径向固结灌浆进行封堵等措施。
[0087] 环向封闭式带基础的超前管棚导向墙采用C30砼,采用双层工字钢118沿隧道开 挖线环向布设,边墙及底部封闭成环,上下两层工字钢之间采有118工字钢连接固定。孔口 管固定在工字钢形成的矩形框内,焊接牢固。边墙沿隧道径向方向扩挖1. 5m,底部向下扩挖 0. 5m,饶筑C30轮拱圈及边墙、底板,形成环向混凝土管棚导向墙。
[0088] 超前长管棚,沿隧道拱部开挖线外侧20cm-3〇Cm布设,长管棚每循环长度20m,管 径①108mm,壁厚12mm,环向间距40cm,外插角6°,管棚13循环搭接长度取10m〇
[0089] 施工长管棚时对开挖线拱部和边墙管棚设置处进行扩挖,扩挖厚度为100cm。
[0090] 超前长管棚第一节钢管顶端做成锥型,以便顶进。钢管12采用4. 0m和6. 0m两 种规格,奇数孔首根4. 0m,偶数孔首根6. 0m,其余的均为6. 0m,以避免钢管接头在同一断面 上。钢管采用丝扣联接。
[0091] 长管棚注浆时,应将空管注满水泥浆,同时在钢管12内插入016的钢筋,增强抗 压强度的同时也可增加抗拉强度。
[0092] 长管棚进行注浆时,孔号分为奇数孔和偶数孔,奇数孔采用无缝钢管,偶数孔采用 梅花钢管。偶数孔是在钢管上按间距15cm梅花形钻10mm的小孔。奇数孔成孔后及时安 装钢花管或无孔钢管,压注水泥水玻璃双液浆,如单孔最大排水量大于5L/m•min时,采用 环氧树脂化学灌浆,相关配合比参见隧道全断面注浆。偶数孔成孔后也必须立即安装钢管 12,防止塌孔,同时偶数孔的施工一方面可以检查奇数孔注浆质量,另一方面也可以进行补 充注浆,提高注浆加固围岩的效果。
[0093] 应根据断层破碎带岩层情况布置注浆小导管,0 42钢花管,长度3. 5m。
[0094] 检查排水孔15采用梅花形布置,孔数9个,钻孔为锥形发散形,孔的长度为20m。
[0095] 拆除复合式柱面止浆墙9时,采用钻孔爆破法施工,合理布置炮孔,炮孔长度为 2m-2. 5m,采取分段装药控制爆破技术,防止对围岩和支护结构造成损害。
[0096] 断层隧道的开挖采用松动爆破配合挖掘机械如炮机进行。对于围岩较好洞段采 用弱爆破开挖。临时支护采用全断面118工字钢拱架,间距30cm;钢拱架11间连接筋采用 022,环向间距1.0m;〇25注浆锚杆7,锚杆长3.0m,间距l.OmXl.Om。钢筋网012,间距 20mmX20mm;喷射混凝土分层施工,开挖后立即素喷C25混凝土 5cm,再织钢筋网然后喷砼 20cm,喷射混凝土总厚度为25cm。
[0097] 本发明在上述实施例中,形成了探测、排水、堵水、围岩加固技术为一体的高压富 水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,结合断层地质情况、涌水情况,本发明首次采用双 侧L型排水洞上层注浆下层排水,隧道再次进行注浆加固的三层立体堵、排、堵施工技术, 包括采用扇形排水孔排水,复合式柱面止浆墙注浆,布孔选用水平灌浆孔与斜向灌浆孔、排 水检查孔相结合,环氧树脂灌浆材料与水玻璃灌浆材料分序复合使用的化学注浆,环向封 闭式带基础的超前管棚导向墙等相关新技术,形成了信息化超前地质探测-排水洞注浆排 水-超前分段前进式帷幕化学灌浆加固堵水-超前长管棚加小导管支护-锚喷网联合支护 的施工控制方法,在现场取得了非常好的效果,使隧道项目安全顺利贯通,彻底解决了高压 富水隧洞的堵漏水问题,同时加固了断层破碎围岩,扩大了注浆范围,且节约成本,缩短注 浆周期,加固堵水效果明显,提高了施工效率,克服了在松散软弱角砾岩及高压富水的围岩 地区注浆固结效果较差和堵水作用不明显的问题。
[0098] 以上是本发明所提供的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法的详细介 绍,以上实例是本方法的实施工程之一,本发明并不限于上述方式,凡是与本方法的实质相 同或相近的技术方法,都不会超出本发明的保护范围,此外各种参数和数据等可以根据具 体条件适当选取。

Claims (10)

1. 一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,其特征是:包括以下步骤: 步骤1:采用地质超前预报方法探明隧道掌子面前方的断层软弱角砾岩的分布情况, 走向,渗水涌水位置及水流方向,水压大小,涌水量大小,为下一步的隧道施工设计提供依 据; 步骤2 :在隧道内双侧布置L形渐变式排水洞,排水洞内设置扇形的排水孔及注浆孔, 上层注浆下层排水,对隧道进行排水降压的同时在上层预先设置一道防水屏障; 步骤3 :在隧道掌子面设置高强度复合式柱面止浆墙,实施全断面超前预注浆加固,形 成5. 0m_5. 5m注衆加固圈; 步骤4:采用环向封闭式带基础的超前管棚导向墙进行超前长管棚的施工,并预注浆, 布置锥形梅花状检查排水孔排水和检查注浆效果,最后实施围岩开挖、临时支护以及径向 固结灌浆进行封堵措施。
2. 根据权利要求1所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,其特征在 于:上述步骤2中所述的排水洞为双侧L形渐变式排水洞,L形渐变式排水洞与隧道平行 段相距8m-10m,开挖位置从隧道掌子面后退15m-30m处开始,排水段形状为城门型,尺寸由 2mX 2. 5m渐变为2mX 5m,布孔采用上层注浆下层排水,L形渐变式排水洞的掌子面距离断 层破碎带3m-5m ;开挖所述的排水洞时,当隧道开挖方向为逆坡时,在排水洞与隧道交集部 位设置集水池,采用C25砼浇筑,集水池大小根据排水量大小及抽排能力确定,不小于5m 3; 上述步骤2中所述的排水洞在布孔掌子面处基底高于同粧号隧道顶板标高至少3m。
3. 根据权利要求1或2所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,其 特征在于:上述步骤2中排水孔布置为,向前钻设水平和倾角的排水孔,L形渐变式排水 洞的底部设置6排排水孔,第1排排水孔长度45-55m,钻孔角度平行于隧道轴线,第2排 长度50-60m,钻孔与隧道轴线夹角5° -10°,第3排长度30-40m,钻孔与隧道轴线夹角 20° -25°。第4排长度20-25m,钻孔与隧道轴线夹角29° -35°,第5排长度18-20m,钻 孔与隧道轴线夹角45° -51°,第6排长度12-15m,钻孔与隧道轴线夹角65° -76°,L形 渐变式排水洞的顶部的注浆孔与排水孔的布置方式基本一致。
4. 根据权利要求1或2所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,其特征 在于:上述步骤3中复合式柱面止浆墙的砼标号不低于C30,厚度不低于3m,复合式柱面止 浆墙嵌入岩体不低于lm,复合式柱面止浆墙与岩体接触部位布设(625中空注浆径向锚杆, 锚杆长度不小于2m ;复合式柱面止浆墙的顶部断面扩大50cm以上,左右两侧及底部扩大 IOOcm以上,底部两侧浇筑宽度不小于1/2或1/3倍隧道宽度;复合式柱面止浆墙的圆弧角 度a根据圆弧半径r确定,当a为20°时,r取2倍隧道宽度,当a为30°时,r取1. 8 倍隧道宽度,当a为40°时,r取1.6倍隧道宽度,往隧道前进方向修筑不小于3m的浆砌 石滤水层并布设钢丝网。
5. 根据权利要求1或2所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,其特征 在于:上述步骤3中所述的全断面超前预注浆堵水加固,灌浆孔采用水平灌浆孔与斜向灌 浆孔相结合,斜向灌浆孔布置在隧道开挖轮廓线内侧10-20cm范围内,环向间距40-50cm, 主要固结止水范围为隧道开挖线外不小于5m围岩圈,水平灌浆孔布置在隧道断面中部,环 形布置2-3圈,环向间距100cm,主要固结隧道断面内围岩。
6. 根据权利要求1或2所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,其特征 在于:上述步骤3中全断面超前预注浆过程中,根据特大断层软弱角砾岩含水量的分布在 复合式柱面止浆墙设置排水管及水池。
7. 根据权利要求1或2所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,其特征 在于:上述步骤3中所述的全断面超前预注浆采用分段前进式帷幕化学注浆,环氧树脂灌 浆材料与水玻璃灌浆材料分序使用,其中I序孔采用水泥水玻璃双液浆灌浆,II序孔采用 环氧树脂灌浆,水泥-水玻璃双液浆为A液和B液的混合液,配合比按体积比计为A液:B液 =1 :0. 6~0. 4,按重量比计CW环氧树脂化学注浆材料中基液:固化剂=7 :1 ;当灌前压水 透水率大于IOLu时,采用水泥-水玻璃灌浆,水玻璃掺量5%,灌至透水率小于5Lu时,改用 环氧树脂加固。
8. 根据权利要求1或2所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,其特 征在于:上述步骤3中灌浆压力初期采用IMPa,最大压力不超过2. 5MPa,第一环至第二环 I序孔灌浆压力为IMPa,II序孔灌浆压力为I. 5MPa,第三环至第五环I序孔灌浆压力为 I. 5MPa,II序孔灌浆压力为2. OMPa,第六环至第九环I序孔灌浆压力为2. OMPa,II序孔灌 浆压力为2. 5MPa,同时,在隧道断面内按注浆孔数的10% -15%设置排水检查孔,环向设置 3-4个,当所测最大单孔排水量小于5L/m ^in时,对隧道进行开挖,当所测最大单孔排水量 为5-15L/m • min时,就针对较大排水部位进行注浆补强,当所测最大单孔排水量大于15L/ m/min时,在隧道范围内重新布置注浆孔全断面注浆。
9. 根据权利要求1或2所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,其特征 在于:上述步骤4中环向封闭式带基础的超前管棚导向墙采用C30砼,双层工字钢118沿隧 道开挖线环向布设,边墙及底部封闭成环,上下两层工字钢之间采有118工字钢连接固定。 孔口管固定在工字钢形成的矩形框内,焊接牢固。边墙沿隧道径向方向扩挖1.5m,底部向下 扩挖0. 5m,浇筑C30砼拱圈及边墙、底板,形成环向混凝土管棚导向墙;长管棚沿隧道拱部 开挖线外侧20cm-30cm布设,长管棚每循环长度20m-30m,管径C>108mm,壁厚12mm,环向间 距40cm,外插角6°,管棚循环搭接长度取10-15m ;施工长管棚时对开挖线拱部和边墙管棚 设置处进行扩挖,扩挖厚度为85-lOOcm ;超前长管棚第1节钢管顶端做成锥型,以便顶进, 钢管采用4. Om和6. Om两种规格,奇数孔首根4. 0m,偶数孔首根6. 0m,其余的均为6. 0m,以 避免钢管接头在同一断面上,钢管采用丝扣联接;长管棚注浆时,将空管注满水泥浆,同时 在钢管内插入(616的钢筋。
10. 根据权利要求1或2所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法,其特 征在于:上述步骤4中对长管棚进行注浆孔号分为奇数孔和偶数孔,奇数孔采用无缝钢管, 偶数孔采用梅花钢管,偶数孔是在钢管上按间距15cm梅花形钻IOmm的小孔,奇数孔成孔 后及时安装钢花管或无孔钢管,压注水泥水玻璃双液浆,如单孔最大排水量大于5L/m • min 时,采用环氧树脂化学灌浆,相关配合比参见隧道全断面注浆,偶数孔成孔后必须立即安 装钢管;所述的锥形梅花状检查排水孔,布孔采用梅花形布置,锥形发散形,孔的长度为 20m-30m,孔数 5-9 个。
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