CN105041345B - 一种隧道突涌水全寿命周期治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，包括：联合地质资料、开挖资料、综合地球物理探测的探测结果及数值计算结果，获取隧道突涌水区段导水构造三维形态特征；考虑注浆封堵突涌水同时改善围岩物理力学参数，进行隧道突涌水区段的治理方案设计，并针对突涌水主控构造，进行关键孔和引排关键孔的设计；通过对按设计方案加固后的隧道段进行数值模拟，确保隧道在施工期的稳定和运营期的安全；根据设计方案进行注浆施工，并在施工过程中埋设监测装置，实施反馈优化设计；对隧道的注浆加固段的治理效果进行检查，确定开挖时间。本发明保障隧道施工期围岩稳定、运营期隧道不突水，杜绝“十隧九漏”痼疾，实现隧道突涌水有效治理和环境保护。

Description

一种隧道突涌水全寿命周期治理方法

技术领域

本发明涉及一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，属于交通运输安全工程领域。

背景技术

随着我国公路铁路及城市地下交通体系的逐步完善，大批交通运输隧道投入建设运营，在修建过程中，经常穿越地形、地貌及地质条件复杂区域，施工过程中易引发塌方、突涌水等重大工程灾害，导致施工期突涌水灾害频发，施工建设完成后，受地下水作用及不良地质影响，隧道运营期常面临隧道渗漏水问题，降低了隧道使用寿命，威胁了交通运输安全。隧道施工期及运营期不良地质水害造成的人员伤亡、经济损失与工期延误排在各种地质灾害的前列，此外，地下水大量涌出会严重破坏工程周边水环境，诱发地表塌陷和地下水枯竭，导致环境灾害。地下工程领域正面临日益严峻的水害防治形势。

目前隧道施工期及运营期突涌水治理工作通常采用注浆方法，在突涌水区域施工钻孔然后通过钻孔向含导水构造内进行注浆，实现封堵含导水构造、改善围岩物理力学性质，从而恢复隧道工程正常开挖或运营。

但是这种传统的突涌水治理设计方法仅仅针对当前的突涌水状况采取相应措施，即在当时的设定范围内各参数满足相应规范的指标即可。但是这种设计施工存在盲目性和经验性，存在下述缺点：

1、不能确保施工期隧道开挖过程中围岩稳定，无法保证隧道围岩在运营期内受地下水压及渗流作用下不漏水，造成隧道在实际使用中，存在不安全因素。

2、由于没有考虑时间的因素，隧道在突涌水治理过后，每隔一两年就又会出现渗漏水乃至突涌水现象，导致隧道需要经常性的反复整修，耗费了大量的人力、物力、和财力。

3、隧道在运营过程中的例行整修频繁，给隧道的使用方带来了极大的不便。

4、由于隧道在运营过程中突水风险的不确定性导致的隧道返修，使得在隧道的设计阶段，无法对隧道的运营成本作出准确的预算，对于隧道的全寿命周期，无法做到成本可控。

5、仅考虑解决当前突涌水问题，未能从隧道施工期及运营期全寿命周期整体最优规划考虑，未考虑隧道长期运营期间围岩稳定及防地下水击穿的需求。

发明内容

本发明针对我国隧道施工期突涌水灾害频发、运营期“十隧九漏”、突涌水灾害治理治标不治本、有效期较短的现实以及上述重大科学问题，进行隧道突涌水治理全寿命周期治理方法研究，目的在于保障隧道施工期围岩稳定、运营期隧道不突水，杜绝“十隧九漏”痼疾，实现隧道突涌水有效治理和环境保护，建立涵盖施工期及运营期的隧道突涌水治理全寿命周期治理方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，包括以下步骤：

步骤1：联合地质勘探资料、施工开挖资料、综合地球物理探测的探测结果及数值计算结果，获取隧道突涌水区段导水构造三维形态特征；

步骤2：考虑注浆封堵突涌水同时改善围岩物理力学参数，进行所述隧道突涌水区段的治理方案设计，对所述治理方案的围岩稳定性进行分析，并针对突涌水主控构造，进行关键孔和引排关键孔的设计；

步骤3：通过对按设计方案加固后的隧道段进行数值模拟，确定隧道围岩承载水压的安全厚度，确认所述设计方案得以保障隧道在施工期的稳定和运营期的安全；

步骤4：根据所述设计方案进行注浆施工，并在施工过程中埋设监测装置，实施反馈优化设计；

步骤5：对所述隧道的注浆加固段的治理效果进行检查，确定开挖时间。

全寿命周期突涌水治理设计方法为：以精细探查为前提，确定突涌水通道，可以以施工期和运营期安全为目标，提出初步治理方案，优选出关键孔的同时，确定隧道围岩承载水压的安全厚度，最后根据监测信息进行反馈优化设计。该设计方法既保证了施工期有效封堵，又可消除运营期安全隐患，是突涌水设计方法的重要进步。

本发明的隧道突涌水治理设计方法从保障隧道建设及运营全寿命周期内围岩稳定出发，不仅考虑解决当前突涌水问题，还能从隧道施工期及运营期全寿命周期整体最优规划考虑，综合考虑隧道长期运营期间围岩稳定及防地下水击穿需求。

其中，所述步骤1中，所述综合地球物理探测是指：在距离突涌水区域2-30m范围的近段采用地质雷达方法，在距离突涌水区域30-80m范围内的中段采用超高密度电法，同时联合全空间瞬变电磁及跨孔电阻率CT探测方法，针对所述隧道在施工期涌水和所述运营期渗漏水问题，实现所述隧道工程从区域分布到全空间展布精细化探测。

使用综合地球物理探测方法，可以明确突涌水治理工作中围岩含导水构造空间发育规律，能做到针对含导水构造的精确探查，注浆工作针对主控构造实施，避免水流绕行而引发其他区域涌水及次生灾害。

所述步骤1中，所述数值计算，是基于综合地球物理探测结果，结合区域地质资料，开展的区域流场计算分析。

基于综合地球物理探测结果和区域地质资料，进行区域流场计算分析，可以更直观的明确水文地质状况，实现地下水流场的定量计算，获得诸如水压、流量等涌水关键参数，增进对治理区域含导水构造特征认识，为注浆封堵设计提供依据和便利。

所述步骤2中，所述考虑注浆封堵突涌水同时改善围岩物理力学参数的方案设计，是指根据所述注浆治理前后的围岩弹性模量、粘聚力、内摩擦角及渗透率改善情况，确定所述隧道在全寿命周期内加固圈隔水层的安全厚度。

克服传统注浆设计方法未将注浆加固结石体及隧道围岩视为共同体的局限性，在注浆过程中不仅考虑地下水压及渗流作用，还考虑浆液及围岩之间的流固耦合作用，同时基于浆液的粘度时变特性，分析浆液在沉淀及凝结固化作用下由流态向固态转变过程中的浆液及围岩共同体的时变作用，并且以围岩稳定为核心分析长期运营过程中注浆加固圈强度及整体稳定的时空效应。

所述步骤2中，所述治理方案设计为将隧道与地下工程突涌水灾害分为富水断层破碎型、节理裂隙型、岩溶管道型及孔隙微裂隙型，并针对不同类型，采取相应的设计方案。

将地下工程突涌水类型进行分类，并针对不同类型采取相应的设计方案，使得设计方案针对性强，并有利于对相同类型的方案进行归纳总结，有利于推动学科的进步。

所述步骤2中，所述关键孔的设计为，针对所述突涌水主控构造，通过导水通道流场模拟、小区域联通试验、钻孔压水试验与浆液运移仿真模拟，通过层次分析优选方法，选出主控突涌水封堵效果的关键孔；当所述关键孔的单点涌水量大于设定值时，在距离所述关键孔设定距离处，布设所述引排关键孔。

克服了传统的涌水治理区域注浆范围不明确的缺点，关键孔的设计不仅根据地下水压力、涌水量及地层孔隙率拟定注浆压力或注浆量，还根据突涌水主控构造，有针对性的进行封堵，使得浆液在关键部位得到更有效的发挥，避免注浆量过小或过大，以及注浆钻孔针对性差，钻孔设计中无效钻孔较多的缺点。

此外，引水关键孔克服了以往大流量突涌水点直接封闭极为困难的难题，不仅降低了对高压涌水点的封闭施工难度，而且施工环境更加安全，引排设计方法也更加成熟。

所述步骤3中，所述数值模拟根据水文地质及工程地质条件，结合加固后的围岩力学参数和所设计的加固圈的安全厚度，基于流固耦合理论及岩石断裂力学理论，得出所述隧道全寿命周期内所述施工期的稳定情况和所述运营期的安全情况。

传统的设计施工具有盲目性和经验性，这导致现有突涌水治理治标不治本，导致施工期治理后数年内“十隧九漏”，运营期隧道渗漏水治理及支护结构围护频繁返工。采用更加科学及适用性的数值模拟方法，确保了隧道在施工期的稳定和运营期的安全，使隧道突涌水全寿命周期的治理方法成为可能。

所述步骤4中，所述监测装置是指在隧道围岩、钢拱架及混凝土支护结构中所埋设的渗流传感器、渗压传感器、应力传感器和位移传感器，以反馈所述隧道在施工期及运营期的相应参数的变化；

所述反馈优化设计为：注浆施工过程中，以设定频率开展隧道围岩变形监控量测，密切关注隧道围岩变形，通过动态实时监测，调整注浆压力、浆液浓度、浆液配比注浆参数；

通过综合分析动态信息及注浆参数调整过程，实时优选注浆钻孔、引排泄压孔、截流分散孔与效果检验孔，分析注浆过程中浆液对围岩作用由荷载向承载渐进转化规律，调整钻孔布置、孔口管长度调节、浆液凝胶时间及注浆压力控制方法，形成系统的治理方案；

根据所述监测装置的监测结果，分析围岩在施工及运营期各项物理力学参数变化规律，评估基于隧道全寿命周期的安全的设计方法，并根据反馈信息返回至所述步骤2，进行相应调控。

采用反馈优化设计，可以对设计方案进行进一步验证，并及时纠正设计方案的不足，保证工程施工的安全可靠。监测装置所收集的相关数据，为后续的研究提供数据支持，有利于推动学科的进步。

所述步骤5中，所述治理效果的检查包括：注浆治理结束后，在设定时间，以设定布置方式，对设定比例的检查孔进行钻探取芯检查，当取芯率高于设定值时，检查合格；否则注浆效果不达标，进行补充钻探检查，针对钻探见明水的情况，下模袋注浆管进行注浆处理。

突涌水治理完成后，可以进行有效的监测和评价治理效果，并将评价结果量化，有利于工程施工的规范性，确保施工工程的安全。

所述步骤5中，所述开挖时间的确定为：隧道开挖时间选用弹性模量作为注浆加固后开挖判据因素；在注浆工程现场记录注浆浆液现场加固时间，记录注浆加固结石体强度增长规律，通过数值计算方法分析围岩开挖扰动作用下所需围岩弹性模量，确定现场试验注浆加固结石体弹性模量增长至围岩稳定所需弹性模量时间，即为隧道开挖拟定时间。

本发明的开挖时间确定方法更加科学，既能保证隧道结构的安全，又能减少不必要的时间成本，使得安全性和经济性达到很好的统一，而且避免了在工程继续开挖时二次遭遇突涌水的可能性。

本发明的有益效果为：

获取导水构造三维形态特征，为关键孔的设计提供依据：基于导水通道流场模拟、小区域连通试验、钻孔压水试验与浆液运移仿真模拟，优选出的关键孔，增加了关键孔的针对性和有效性，有效的达到主控突涌水封堵的效果，可以做到“一孔封水”，既节约钻孔工程量，又能增大围岩承载水压厚度，避免了传统盲目施工的弊端。

通过数值模拟，可以分析注浆加固圈在地应力、地下水压力、渗流作用影响下，地下水对围岩的弱化作用，即随着渗水量增大，围岩物理力学参数弱化作用逐渐增大，为保证隧道全寿命周期运营安全，围岩注浆加固圈需要的厚度和物理力学性能，从而确保隧道围岩在施工期和长期运营过程中的稳定性，使隧道突涌水全寿命周期的治理方法成为可能。

将关键孔的设计施工与围岩加固后围岩参数的改变情况相结合，一方面可以保证注浆加固范围在预定设计范围内，避免隧道在运营期中由于未考虑含导水主控构造因素的影响，而导致的突涌水现象，并对一次性永久封堵进行理论验证，实现隧道突涌水的全寿命周期治理；另一方面通过二者配合工作，可以使围岩加固层厚度趋于合理，避免单一性设计中由于围岩加固层过薄或过厚，造成的加固层支护及隔水性差、或浪费浆液的现象，从而实现协调安全性与经济性的最优设计。

注浆工程具有高敏感性，将注浆施工设计与围岩稳定性检测相结合进行动态调整，在保证注浆效果的同时，可以保障围岩安全，实现高压高效注浆及围岩安全的协调统一。

通过注浆关键孔和引排关键孔的设计施工与反馈优化设计的配合工作，可以确保隧道在全寿命周期的安全；避免了单独进行注浆关键孔和引排关键孔时，不能对隧道的加固效果进行验证的弊端，对于地质条件特别复杂、注浆关键孔和引排关键孔的设计有所偏差的情况，也能根据反馈结果优化原设计方案，彻底保证隧道的安全。

以往的工程中，由于无法准确获取导水构造，也没有使用关键孔来根本性解决突涌水治理的这一有效措施，因而无法进行数值模拟来实现隧道突涌水全寿命治理方案的预测。由于本发明从根本上解决隧道施工期突涌水灾害频发、运营期“十隧九漏”这一技术难题，避免施工期遭遇二次突涌水、运营期地下水击穿的现象，减少了隧道大量的维修成本，使得隧道在整体施工和运营期的成本可控，具有重大的经济效益。

附图说明

图1：隧道突涌水治理全寿命周期治理方法；

图2：注浆及引排关键孔施工示意图；

图3：关键孔注浆施工示意图；

图4：有效隔水层示意图；

其中，1为突涌水主控构造，2为注浆关键孔，3为履带式钻机，4为注浆泵，5为注浆浆液，6为有效隔水层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明针对隧道工程施工期突涌水及运营期渗漏水灾害的处治过程中，基于现场勘查，详细分析了隧道勘察及施工过程中揭露的工程地质及水文地质资料，基于包括地质雷达、瞬变电磁、高密度电法及跨孔CT的综合物探精细化探查技术，结合区域流程计算分析，获取导水通道三维形态及流场特征，为治理方案提供依据。在突涌水通道确定基础上，基于小区域连通试验、钻孔压水试验与浆液-围岩耦合数值模拟，获得针对不同类型的突涌水治理方法及参数，围绕注浆治理围岩稳定性分析，形成基于全寿命周期安全的治理方案设计，给出初步的钻孔及注浆方案设计；在初步设计基础上，结合含导水构造发育主从关系，开展关键孔层次分析优选，并针对性调整注浆参数，优选出主控突涌水封堵效果的关键孔，同时以关键孔为核心，确定引排泄压孔、截流分散孔与效果检验孔，形成了以围岩稳定为核心的系统的治理方案；治理过程中通过隧道围岩变形实时监测，开展了反馈优化设计，对浆液配比、注浆压力进行了实时调控，同时系统分析关键孔在注浆治理过程中的作用，进行实时反馈调整；注浆结束后，通过分析注浆加固共同体强度变化，确定了施工期隧道开挖时间，同时给出了运营期隧道治理评价依据，保障了隧道施工期围岩稳定，运营期内隔水层不击穿、不突水，形成了以围岩稳定为核心的考虑隧道施工。

隧道突涌水全寿命周期治理方法，包括如下步骤：

一、突涌水通道确定

1.结合隧道工程前期地质勘察资料及基坑开挖信息，基于地质构造、地层特征及水文地质资料方面开展地层含导水构造空间发育特征分析，针对施工期隧道工程，初步给出地层信息及突涌水含导水构造发育信息，针对运营期隧道，初步获得隧道渗漏水区域地层信息及导水构造发育特征。

2.采用综合地球物理探测方法，针对施工期突涌水及运营期渗漏水问题开展分区域精细化探测，包括在突涌水区域近端采用地质雷达方法，在中段距离采用超高密度电法，同时联合全空间瞬变电磁及跨孔电阻率CT探测方法，实现隧道工程从区域分布到全空间展布精细化探查。

3.基于综合地球物理探测结果，结合区域地质资料，开展区域流场计算分析，联合地质资料、开挖资料、物探及数值计算结果，分析突涌水含导水构造发育规律及空间展布特征，获取导水通道三维形态特征，为治理方案确定提供依据。

二、基于全寿命周期的安全的治理方案设计

1.该发明基于隧道施工及运营期全寿命周期安全，治理方案设计原则为考虑注浆封堵突涌水，同时改善围岩物理力学参数，保障施工期隧道顺利开挖且抑制运营期内围岩裂隙萌生扩展，避免运营期内围岩隔水层在渗流及地下水压力作用下被击穿引发突水。

2.基于大量工程实践，基于全寿命在后期的安全的治理方案设计方法，为将隧道与地下工程突涌水灾害分为富水断层破碎带、节理裂隙、岩溶管道及孔隙微裂隙型涌水，针对不同灾害特征及相应地质条件，分析各种突涌水类型在注浆治理前后围岩弹性模量、粘聚力、内摩擦角及渗透率改善情况，基于固流耦合理论及岩石断裂力学理论，采用理论分析及数值方法获得不同水文地质及工程地质条件下隧道全寿命周期内加固圈隔水层物理力学参数变化规律及安全厚度，保障不同类型突涌水灾害注浆治理结束后，隧道运营期内围岩变形量及裂隙萌生扩展程度可控，防止地下水击穿隔水层引发突水。

其中数值模拟的内容，涵盖内容如下，数值模拟内容为分析注浆加固圈在地应力、地下水压力、渗流作用影响下，地下水对围岩的弱化作用，即随着渗水量增大，围岩物理力学参数弱化作用逐渐增大，为保证隧道全寿命周期运营安全，围岩注浆加固圈需要的厚度和物理力学性能。数值模拟建模对象包括选择隧道及三倍洞径范围空间，选取三倍洞径依据为，岩土工程中隧道之外三倍洞径处可认为边界不发生位移、应力状态不发生变化、地下水渗流不发生变化；主控含导水构造设置为一倍洞径以外区域，主要依据为前期隧址区选取通过地质资料、钻探及物探方法避免了多数隧道直接穿过主控含导水构造的情况。数值模拟主要参数为围岩孔隙率、渗透率、弹性模量、泊松比、内摩擦角、粘聚力、地应力、地下水压力、地下水渗流速度与渗透率变化的相互关系；数值模拟具体内容为，当注浆加固圈厚度增加，地下水渗流路径变长，渗流速度降低、对围岩的弱化作用变慢，数值模拟判据主要为隧道涌水量及围岩变形情况，渗水量数值模拟内容为在特定隧道条件下，当前渗水量为一定值，在隧道全寿命运营期内，渗水量不能超过特定值；围岩变形数值模拟为隧道全寿命运营期内围岩变形不超过多大，为达到上述需求，隧道加固圈厚度需要达到多大。

3.针对具体突涌水水害类型选取相应治理方法后，基于水文地质资料，综合数值计算方法，开展围岩稳定性分析，同时在施工期隧道围岩、钢拱架及砼支护结构中埋设渗流、渗压、应力、位移传感器，分析隧道施工期及运营期注浆加固圈渗透率、渗透压力、应力、应变变化规律，监测围岩在长期运营过程中断裂损伤变化，评估反馈基于全寿命周期的安全的治理方案设计方法。

设计方案主要包括注浆钻孔设计(注浆钻孔数量、注浆钻孔类型如一序、二序、检查孔等)、注浆钻孔布置范围及参数(注浆钻孔间距、深度、注浆钻孔施工顺序)、注浆钻孔施工工艺、注浆材料及配比和适用工况、注浆工艺、注浆过程控制。举例如下：

某工程，在破碎带注浆治理过程中，首先采用水灰比为1：1的硅酸盐水泥单液浆对注浆管进行注浆，通过观察地层跑浆及各涌水点串浆情况分析地层含导水构造发育及空间展布特征。

根据地层跑浆及涌水点串浆情况，动态调整水泥-水玻璃注浆材料体积配比，根据不同体积配比水泥-水玻璃注浆材料初凝时间不同，选用不同配比浆液，实现涌水封堵的动态调控。注浆过程中，注浆压力达到1MPa、地层开始隆起或吸浆量小于1L/min时，停止注浆。

注浆结束后，先停注浆泵再关闭孔口闸阀，然后冲洗注浆泵及输浆管路，直至水清为止。拆卸注浆泵的缸体再次检查并冲洗，不准留有残留物。注浆结束后，按各自分工岗位将设备及废弃物清理干净并运离现场，保持清洁卫生。

注浆量估算、注浆效果检查，举例如下：

(1)南京地铁TA05标临江破碎地层注浆治理工程要服务于地铁基坑开挖工程，注浆效果检验要以保障地铁基坑顺利开挖为根本。

(2)注浆效果检验以检查孔法为主，检查孔不少于钻孔数量的5％,地铁基坑以下形成稳定防渗隔离层则认定已达到注浆效果。

三、注浆关键孔设计及施工

1.基于突涌水通道分析，如图2所示，针对突涌水主控构造1，通过导水通道流场模拟、小区域联通试验、钻孔压水试验与浆液运移仿真模拟，优选出主控突涌水封堵效果的注浆关键孔2，采用履带式钻机3施工关键孔，当单点涌水水量＜300m³/h时，可直接施工关键孔1，当单点涌水量＞300m³/h时，应设计引排关键孔，引排关键孔应距离注浆关键孔20m以上，以提供足够的施工及跑浆空间，引排关键孔及注浆关键孔应安装6-10m孔口管。

2.孔口管安装结束后，如图2所示，采用注浆泵4针对突涌水主控构造1进行注浆，注入浆液5，增大围岩承载水压厚度，形成围岩加固体的有效隔水层6，如图4所示。其中富水断层破碎带治理技术要领为深部截源引流、浅层注浆加固，采用高早强膏状速凝加固材料；节理裂隙型涌水治理技术要领为径向孔浅层加固、关键孔深部封堵，采用速凝型浆液；岩溶管道型涌水治理技术要领为模袋高压充填、径向系统加固，采用膨胀型高分子堵水充填材料；孔隙微裂隙型涌水治理技术要领为浅部低压慢渗、深部高压强充，采用强渗透纳米级硅胶注浆材料。

四、反馈优化设计

1.注浆施工过程中，开展隧道围岩变形监控量测，监测频率为30min一次，密切关注隧道围岩变形，通过动态实时监测，调整注浆压力、浆液浓度、浆液配比等注浆参数。

2.通过综合分析动态信息及注浆参数调整过程，实时优选注浆钻孔、引排泄压孔、截流分散孔与效果检验孔，分析注浆过程中浆液对围岩作用由荷载向承载渐进转化规律，调整钻孔布置、孔口管长度调节、浆液凝胶时间及注浆压力控制方法，形成系统的治理方案。

3.通过施工期埋设渗流、渗压、应力及位移传感器，分析围岩在施工及运营期各项物理力学参数变化规律，评估并反馈基于隧道全寿命周期的安全的设计方法，并进行相应调控。调整注浆压力、浆液浓度、浆液配比及注浆量,通过注浆压力及注浆浓度调整影响浆液注入量及扩散范围，其中注浆压力增大时，注浆扩散范围增大，注浆量提高，浆液配比会影响浆液初终凝时间。

五、治理效果检查

1.注浆治理结束后，开展治理效果检查工作，检查时间为注浆材料达到初凝时间之后，检查方法为施工不少于总注浆管数量5％的检查孔，于突涌水治理注浆加固区均匀布置，同时额外选取涌水点附近区域钻探取芯检查，钻孔深度为治理设计深度，若无涌水且岩芯取芯率高于90％，则认为该项检查达标，否则为不达标。

2.注浆实施结束后通过地质雷达探测治理区富水区域分布情况，主要探测内容为隧道工程围岩整体稳定性及含导水构造发育情况，若治理区域不存在富水区，则认为该项检查合格。若物探方法检查发现治理区域存在富水区，则补充钻探检查，若钻探见明水则下模袋注浆管进行注浆处理。

3.重复注浆检查步骤1-2，直至完全达标。

4.按照常规注浆检查方法进行检查，此项检查及其标准为公知内容，不再赘述。

六、开挖时间分析

1.突涌水注浆灾害治理结束后，分析施工期埋深传感器物理力学参数变化，同时加固圈范围内岩心开展物理力学性质测试，分析注浆加固圈强度变化，由于影响注浆加固圈结石体强度的粘聚力、内摩擦角与渗透系数与弹性模量相关性较大，且弹性模量监测方法较为简易，选用弹性模量作为注浆加固后开挖判据因素。注浆加固由浆液凝结固化过程决定，两者存在直接相关性。地层注浆治理后开挖标准通过其加固强度判定，由弹性模量表征，分析注浆加固圈结石体1d，3d，7d的抗压强度数据及强度增长规律，确定围岩强度提高程度。

2.开挖时根据地层条件，针对突涌水区域，需采用机械开挖，避免放炮开挖，开挖完成后，密切关注隧道内围岩变形监测数据变化，监测围岩变形数据，分析围岩变形量，配合数值计算方法，分析其塑性区及破裂区，及时施工初期支护，提高围岩及注浆结石体对水压的承载能力，并确定治理后开挖时间。

3.开挖时间的确定为：隧道开挖时间由注浆加固区围岩弹性模量、粘聚力、内摩擦角与渗透系数所决定，而其中起主控作用的因素为弹性模量，而粘聚力、内摩擦角与渗透系数与弹性模量都呈正相关关系，且弹性模量监测方法较为简易，选用弹性模量作为注浆加固后简易开挖判据因素。弹性模量采用单轴抗压实验获得。在注浆工程现场开展注浆浆液现场加固时间，记录注浆加固结石体强度增长规律，通过数值计算方法分析围岩开挖扰动作用下所需围岩弹性模量，确定现场试验注浆注浆加固结石体弹性模量增长至围岩稳定所需弹性模量时间，定为隧道开挖拟定时间，同时在注浆工程现场对注浆加固体开展取芯验证，当岩芯普遍达到围岩稳定所需要弹性模量，即为隧道开挖时间。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：联合地质勘探资料、施工开挖资料、综合地球物理探测的探测结果及数值计算结果，获取隧道突涌水区段导水构造三维形态特征；

步骤2：考虑注浆封堵突涌水同时改善围岩物理力学参数，进行所述隧道突涌水区段的治理方案设计，对所述治理方案的围岩稳定性进行分析，并针对突涌水主控构造，进行关键孔和引排关键孔的设计；

步骤3：通过对按设计方案加固后的隧道段进行数值模拟，所述数值模拟基于流固耦合理论及岩石断裂力学理论，确定隧道围岩承载水压的安全厚度，确认所述设计方案得以保障隧道在施工期的稳定和运营期的安全；

步骤4：根据所述设计方案进行注浆施工，并在施工过程中埋设监测装置，实施反馈优化设计；

步骤5：对所述隧道的注浆加固段的治理效果进行检查，确定开挖时间。

2.根据权利要求1所述的一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，其特征在于：所述步骤1中，所述综合地球物理探测是指：在距离突涌水区域2-30m范围的近段采用地质雷达方法，在距离突涌水区域30-80m范围内的中段采用超高密度电法，同时联合全空间瞬变电磁及跨孔电阻率CT探测方法，针对所述隧道在施工期涌水和所述运营期渗漏水问题，实现所述隧道工程从区域分布到全空间展布精细化探测。

3.根据权利要求1所述的一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，其特征在于：所述步骤1中，所述数值计算，是基于综合地球物理探测结果，结合区域地质资料，开展的区域流场计算分析。

4.根据权利要求1所述的一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，其特征在于：所述步骤2中，所述考虑注浆封堵突涌水同时改善围岩物理力学参数的方案设计，是指根据所述注浆治理前后的围岩弹性模量、粘聚力、内摩擦角及渗透率改善情况，确定所述隧道在全寿命周期内加固圈隔水层的安全厚度。

5.根据权利要求1所述的一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，其特征在于：所述步骤2中，所述治理方案设计为将隧道与地下工程突涌水灾害分为富水断层破碎型、节理裂隙型、岩溶管道型及孔隙微裂隙型，并针对不同类型，采取相应的设计方案。

6.根据权利要求1所述的一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，其特征在于：所述步骤2中，所述关键孔的设计为，针对所述突涌水主控构造，通过导水通道流场模拟、小区域联通试验、钻孔压水试验与浆液运移仿真模拟，通过层次分析优选方法，选出主控突涌水封堵效果的关键孔；当所述关键孔的单点涌水量大于设定值时，在距离所述关键孔设定距离处，布设所述引排关键孔。

7.根据权利要求1所述的一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，其特征在于：所述步骤4中，所述监测装置是指在隧道围岩、钢拱架及混凝土支护结构中所埋设的渗流传感器、渗压传感器、应力传感器和位移传感器，以反馈所述隧道在施工期及运营期的相应参数的变化；

所述反馈优化设计为：注浆施工过程中，以设定频率开展隧道围岩变形监控量测，密切关注隧道围岩变形，通过动态实时监测，调整注浆压力、浆液浓度、浆液配比注浆参数；

通过综合分析动态信息及注浆参数调整过程，实时优选注浆钻孔、引排泄压孔、截流分散孔与效果检验孔，分析注浆过程中浆液对围岩作用由荷载向承载渐进转化规律，调整钻孔布置、孔口管长度调节、浆液凝胶时间及注浆压力控制方法，形成系统的治理方案；

根据所述监测装置的监测结果，分析围岩在施工及运营期各项物理力学参数变化规律，评估基于隧道全寿命周期的安全的设计方法，并根据反馈信息返回至所述步骤2，进行相应调控。

8.根据权利要求1所述的一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，其特征在于：所述步骤5中，所述治理效果的检查包括：注浆治理结束后，在设定时间，以设定布置方式，对设定比例的检查孔进行钻探取芯检查，当取芯率高于设定值时，检查合格；否则注浆效果不达标，进行补充钻探检查，针对钻探见明水的情况，下模袋注浆管进行注浆处理。

9.根据权利要求1所述的一种隧道突涌水全寿命周期治理方法，其特征在于：所述步骤5中，所述开挖时间的确定为：隧道开挖时间选用弹性模量作为注浆加固后开挖判据因素；在注浆工程现场记录注浆浆液现场加固时间，记录注浆加固结石体强度增长规律，通过数值计算方法分析围岩开挖扰动作用下所需围岩弹性模量，确定现场试验注浆加固结石体弹性模量增长至围岩稳定所需弹性模量时间，即为隧道开挖拟定时间。