CN105297741A - 上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，方法步骤为：第一步、确定施工现场地质情况；第二步、控制爆破开挖基坑深度以上的岩石；第三步、注双组份聚氨酯高聚物材料封堵空洞；第四步、采用注双组份聚氨酯高聚物材料与高压旋喷成桩相结合的方法封堵地层中地下水渗流路径；第五步、优化爆破参数；第六步、继续下一单元爆破区爆破，直至该层爆破区爆破完成；待该层爆破施工完毕后，进行下一层爆破区的施工。本发明克服了基坑爆破施工条件下空洞封堵效果不明显、易发生二次涌水等缺点和不足，实现上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水的有效防治。

Description

上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法

技术领域

本发明涉及一种建筑、水利、交通、环境等地下工程领域中的施工技术，具体地，涉及一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法。

背景技术

基坑工程是高层建筑物建设和地下空间工程的重要组成部分。随着城市规模的扩展、土地成本的上涨和施工技术的进步，我国基坑工程逐渐呈现出深、大的趋势，部分基坑深度已达40m。基坑工程通常采用地下连续墙等围护结构作为挡土与挡水结构。在我国华南地区，广泛分布有上软下硬地层，一般在厚度不太大的砂性土层下面存在石灰岩、花岗岩等微风化岩层。在这种复合地层中，基坑开挖通常要采用爆破的方法破碎岩体，爆破产生的冲击波易造成围护结构洞穿，形成空洞，地下水和地层周围砂土沿空洞涌入基坑，引发坑外上层砂土流失甚至基坑坍塌等工程事故，危及基坑施工安全。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利号为20121001119.X，专利公开号为：102535518A，专利名称为：一种地下连续墙大裂缝的封堵方法，该专利自述为：“对于基坑开挖阶段暴露的地下连续墙搭接缝缺陷，首先采取常规应急封堵措施，然后在该缺陷处外侧紧贴地下连续墙施工混凝土柱体，最后对混凝土柱体和地下连续墙接触位置两侧的土体加固。”该专利所述的常规应急封堵措施主要是外包焊接加固、双快水泥浆抹面、基坑外侧注浆施工和高压旋喷。所述外包焊接加固和双快水泥浆抹面的方法并不能有效解决围护结构涌水问题，在多次爆破冲击波的影响下，处理过的地方易发生二次渗漏。在上软下硬地层中，所述的旋喷施工只能应用于上部软土层，在下部硬岩层中难以施工；所述的注浆方法采用水泥浆与水玻璃浆液传统注浆浆液，这种浆液凝固时间较短、流动性差、颗粒较大，不易注入岩层裂缝，因此难以实现封堵。该专利在缺陷处外侧紧贴地下连续墙施工混凝土柱体的方法并不适用于爆破条件下基坑围护结构的渗漏防治，原因是混凝土柱体紧贴地下连续墙，施工难度大，工程量大，易对地下连续墙造成破坏，而且混凝土柱体和地下连续墙的结合部位也易在爆破冲击波的影响下发生破坏。该专利未考虑围护结构洞穿形成空洞的情况，处理方法不适用围护结构空洞的封堵。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，该方法克服了现有技术中存在的基坑爆破施工条件下空洞封堵效果不明显、易发生二次涌水等缺点和不足，实现上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水的有效防治。

为实现以上目的，本发明提供一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，所述施工方法包括如下步骤：

第一步、确定施工现场地质情况：查阅地质勘查报告，确定地下水水位、围护结构设计深度范围内的岩石标准无侧限抗压强度分布值σ、岩石的风化程度和土层分布，通过静力触探法确定各土层的渗透系数k；

第二步、控制爆破开挖基坑深度以上的岩石：

(1)测定基准线：平整场地，清除地面障碍物；在基坑平面设计图上绘制基准线，确定基准线控制点坐标，利用全站仪的坐标外放功能在基坑内实地放样，布设基准线平面与高层控制点，在基准线各控制点之间拉直绳索，沿绳索抛洒石灰粉绘制基准线；

(2)切割破碎岩体，施工保护区：切割机沿基准线切割岩体，破碎保护区岩石，清理碎石，继续下一段切割破岩工作，直至在基坑内侧完成围绕围护结构一周的保护区；

(3)划分单元爆破区：保护区内的基坑为一层爆破区，将一层爆破区划分为多个单元爆破区，单元爆破区的规模和形状根据基坑施工方案确定，并根据爆破顺序排序；

(4)钻孔装药：选用硬质合金钻头在一个单元爆破区内钻孔至设计深度，钻孔结束后装药，爆破为浅孔松动爆破；

(5)启动爆破，爆破完成后清理碎石；

第三步、注双组份聚氨酯高聚物材料封堵空洞：

(1)清理围护结构空洞外围边缘附着泥土和混凝土碎屑，使空洞外边缘平滑；

(2)将带有可移动锥形阻流器的单向注浆管伸入空洞处，使可移动锥形阻流器紧贴空洞外边缘；

(3)设置注浆压力P_s，利用注浆机向空洞内注入高浓度双组份聚氨酯高聚物材料，当空洞边缘流出的泥水量小于0.2m³/h或没有明显泥水成股流出时，向外移动注浆管，边移动边注浆，待空洞填满后结束注浆；

(4)清理空洞表面凝固浆液，在空洞外混凝土抹面处理。

第四步、采用注双组份聚氨酯高聚物材料与高压旋喷成桩相结合的方法封堵地层中地下水渗流路径；

第五步、优化爆破参数：

(1)减小爆破孔装药量；

(2)若爆破造成的飞石粒径d≥10cm或单次爆破飞石总质量大于单次岩石爆破总质量的5％，则需在爆破区侧壁竖向增加一层炮被；

第六步、继续下一单元爆破区爆破，直至该层爆破区爆破完成；待该层爆破施工完毕后，进行下一层爆破区的施工。

第一步中：

优选地，所述静力触探法采用60°锥角孔压静力触探仪；

优选地，所述通过静力触探法确定各土层渗透系数k使用以下公式：

$k=\frac{1}{3{\mathrm{\βe}}^{0.076\mathrm{\β}}}g\frac{{\mathrm{a\γ}}_w{\mathrm{UK}}_D}{{\mathrm{\σ}}_{v0}^{\′}}$

式中，β为土性参数，对于粘性土，0.35≤β≤1.5，对于粉土，0.3≤β≤0.35，对于砂土0.1≤β≤0.3；e为自然常数，取值2.71828；a为静力触探仪锥头半径；γ_w为地下水重度，查阅地质勘查报告获得；U为静力触探计锥头触探速度；σ′_v0为静力触探锥头处的竖向有效应力，σ′_v0＝γh-u₀；K_D为计算参数，当 $\frac{u_a-u_0}{{\mathrm{\&sigma;}}_{v0}^{\&prime;}}<0.45,K_D=\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{v0}^{\&prime;}}{u_a-u_0},$ 当 $\frac{u_a-u_0}{{\mathrm{\&sigma;}}_{v0}^{\&prime;}}>0.45,$ γ为土体重度；h为静力触探仪锥头至地表的高度；u_a静力触探仪锥头处实测孔隙水压力，由孔压探头测定；u₀为静力触探仪锥头处初始静力孔隙水压力，查阅地质勘查报告得。

第二步中：

优选地，所述(1)中，基准线为基坑爆破施工区域边界线，基准线内为爆破区，基准线与围护结构边界之间为保护区，基准线距基坑围护结构内侧边界2～3m，环绕基坑爆破区一圈闭合；

优选地，所述(2)中，切割机沿基准线切割岩体，单次切割深度1m，沿基准线每切割10m，破碎保护区岩石，清理碎石，继续下一段切割破岩工作，直至在基坑内侧完成深3m、宽2～3m、围绕围护结构一周的保护区；

优选地，所述(3)中，单元爆破区为基本爆破单元，每次爆破均需进行围护结构的检测和堵漏；所述的爆破顺序根据基坑施工方案确定，其与基坑施工顺序一致；

优选地，所述(4)中，钻孔结束2小时后装药，炸药选用2号卷型乳化炸药，爆破为浅孔松动爆破，中硬岩层爆破参数为：炮孔直径50mm，孔深3.3m，孔距1.6m；堵塞长度为1.2m，单位体积岩石炸药消耗量为q，单孔装药量为Q，不耦合系数为1.6；

优选地，所述(5)中，在爆破区域覆盖炮被，采用毫秒微差雷管分段起爆，爆破微差时间100～200ms。

优选地，所述的单位体积岩石炸药消耗量q根据所爆破岩层情况确定：

微风化坚硬大块结晶岩石与岩浆岩：q取值0.5～0.6kg/m³；

中等风化的块状结晶岩，变质岩或大块体少裂隙的沉积岩：q取值0.4～0.5kg/m³；

坚固的半岩性岩石、砂岩、粘土页岩、凝灰岩、强或中等裂隙的成层的岩浆岩：q取值0.3～0.4kg/m³；

半岩性岩石、软质石灰岩、胶结弱的砂岩及泥灰岩，裂隙发育的坚固的岩石：q取值0.2～0.3kg/m³。

优选地，所述的单孔装药量Q根据以下公式确定：

$Q={\mathrm{\&kappa;qd}}^{2}H\&times;\frac{\mathrm{\&sigma;}}{60}$

其中：κ单孔装药量参数，初次爆破时取1，q为单位体积岩石炸药消耗量，d为爆破孔间距，H为爆破孔深，σ为岩石标准无侧限抗压强度分布值(MPa)。

优选地，所述的硬质合金钻头为直径46～76mm的硬质合金钻头。

第三步中：

优选地，所述单向注浆管管身为PVC软管，直径30cm，注浆管头部分长60cm，管头尾部安装可移动锥形阻流器，管头前端设置有单向阀门，可防止泥浆堵塞注浆管；

优选地，所述可移动锥形阻流器为钢制锥形壳体，钢制壳体外附着一层4mm厚的PVC软胶垫层，阻流器前端设置有PVC橡胶环层，阻流器与注浆管头通过螺纹口接触，可沿注浆管头上下移动；

优选地，所述注浆压力P_s满足以下公式：

P_s＝Aγ_sH_s

式中，A为土层参数，对于粘性土，8≤A≤10，对于粉土，7≤A≤8，对于砂土6≤A≤7，γ_s为土层饱和重度，Hs为空洞至地表垂直距离；

优选地，所述注浆机为双液注浆机；

优选地，所述高浓度双组份聚氨酯高聚物注浆由甲、乙两种组分组成，甲组分与乙组分的体积比为1:1；其中：

甲组分包括聚氧化丙烯三元醇、氢醌一二(β一羟乙基)醚(HQEE)、溴化环氧树脂和三乙烯二胺，其质量百分比为80％：10％：5％：5％；

乙组分包含聚环氧丙烯二元醇、二苯基甲烷异氰酸酯和磷酸，其质量百分比为85％：14％：1％。

第四步中：

在基坑外侧，上部软土层采用高压旋喷成桩贴近围护结构形成止水帷幕，下部硬岩层采用双组份高聚物注浆技术封堵岩体中地下水渗流路径；

(1)清理地表，在地下连续墙外侧地表与空洞对应处标记钻孔位置，钻孔距围护结构2～3m，钻孔中心间距1～2m；

(2)钻孔及冲洗：采用小孔径回转式岩芯钻机在上述标记的钻孔位置钻孔至注浆设计深度，边钻边下套管；在套管与钻孔之间的缝隙中注入水泥浆；注水冲洗套管，回水澄清10min后停止冲洗；

(3)提升套管注浆：沿套管下注浆塞和注浆管至钻孔底部，将套管提升2～3m，设置注浆压力，灌注双组份聚氨酯高聚物注浆，注浆速率1.5～3L/min，边注浆边提升，提升速率80mm/min，当注浆速率小于0.5L/min时，停止注浆，再将套管提升2～3m，开始注浆，循环此过程直至完成岩层部分钻孔内注浆；

(4)拔出套管，在原钻孔处换用直径为150～200mm钻头钻孔至岩层，入岩深度0.5m，钻杆兼作旋喷管；

(5)开始旋喷：根据旋喷参数旋喷水玻璃与水泥混合浆液，在钻孔底部旋喷1min后，自动提升旋喷管至地表下0.5m；

(6)清理地表残余浆液，2h后进行下一个钻孔注浆和旋喷施工，直至封堵完毕。

优选地，所述的注浆设计深度为围护结构入岩深度以下5m～7m之间，且岩层裂隙发育程度越高注浆设计深度越深。

优选地，所述的在套管与钻孔之间的缝隙中注入水泥浆水灰质量配比为1:1.25，水泥浆拌制采用32.5级普通硅酸盐水泥。

优选地，所述的双组份聚氨酯高聚物注浆由甲、乙两种组分组成，甲组分与乙组分的体积比为1:1.2；其中：

甲组分包括聚氧化丙烯三元醇、氢醌一二(β一羟乙基)醚(HQEE)、溴化环氧树脂和三乙烯二胺，其质量百分比为70％：15％：10％：5％；

乙组分包含聚环氧丙烯二元醇、二苯基甲烷异氰酸酯和磷酸，其质量百分比为75％：24％：1％。

优选地，所述的注浆压力P采用如下公式确定：

P＝aP₀+nh

其中：a为安全系数，P₀为岩土分界处岩层允许注浆压力，n为入岩深度增加1m时增加的压力，h为注浆深度；

优选地，所述的旋喷参数包括：

旋转速度为15r/min，提升速度为100mm/min，空气压力0.7MPa，空气流量6m³/min，水玻璃浆液和水泥浆液旋喷压力P_r，水玻璃流量18-26.5L/min，水泥浆流量80-98L/min。

优选地，所述的水玻璃与水泥混合浆液水灰比为1:1。

更优选地，所述a、P₀和n的确定方法如下：

具有陡倾裂隙及低透水性的坚固大块结晶岩石与岩浆岩：a取值0.9，P₀取值0.3～0.5MPa，n取值0.2～0.5MPa/m，P常取值4～6MPa；

中等风化的块状结晶岩，变质岩或大块体少裂隙的沉积岩：a取值0.8～0.9，P₀取值0.2～0.3MPa，n取值0.1～0.2MPa/m，P常取值1.5～4.0MPa；

坚固的半岩性岩石、砂岩、粘土页岩、凝灰岩、强或中等裂隙的成层的岩浆岩：a取值0.7～0.8，P₀取值0.15～0.2MPa，n取值0.05～0.1MPa/m，P常取值0.5～1.5MPa；

半岩性岩石、软质石灰岩、胶结弱的砂岩及泥灰岩，裂隙很发育的较坚固的岩石：a取值0.6～0.7，P₀取值0.05～0.15MPa，n取值0.025～0.05MPa/m，P常取值0.25～0.5MPa。

更优选地，所述水玻璃浆液和水泥浆液的旋喷压力P_r满足以下公式：

$P_r=\mathrm{\&lambda;}\mathrm{\&gamma;}h(1+\frac{k}{2})$

式中，k为土层渗透系数，通过第一步静力触探仪确定，γ为土体重度，h为土层厚度，λ为压力参数，当k≥2时，2≤λ≤4，当1＜k≤2时，4≤λ≤6，当k＜1时，6≤λ≤8；

第五步中：

优选地，所述减小爆破孔装药量的确定方法如下：

空洞个数≥2，或空洞直径≥20cm，单孔装药量参数κ取0.5，堵塞长度增加0.6m，孔距增大20％；

空洞个数为1，或10cm≤空洞直径≤20cm，单孔装药量参数κ取0.7，堵塞长度增加0.4m，孔距增大15％；

空洞个数为1，或空洞直径≤10cm，单孔装药量参数κ取0.8，堵塞长度增加0.2m，孔距增大10％；

优选地，所述飞石粒径d为与飞石相同质量相同材料的球体的直径，其计算方法为m为飞石的质量(kg)，ρ为飞石的密度(kg/m³)。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明针对上软下硬地层爆破施工引起基坑围护结构洞穿涌水问题，提出了一种适用于上软下硬地层爆破施工引起基坑围护结构洞穿涌水防治的施工方法，采用特制单向注浆管注入双组份聚氨酯高聚物浆液封堵围护结构空洞，采用注双组分聚氨酯高聚物浆液和高压旋喷双液浆的方法封堵地下水渗流路径，并根据静力触探法确定的各土层渗透系数k调节高压旋喷的注浆压力，有效封堵围护结构空洞，封闭基坑外侧地下水渗透路径，并逐步优化爆破参数，有效保护围护结构。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例基坑控制爆破施工爆破孔布置示意图；

图2为本发明一实施例的单向注浆管示意图；

图3为本发明一实施例的基坑围护结构洞穿涌水防治方法示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

广州市花都区地拟建一处地铁站，施工基坑长80m，宽40m，深25m。

本实施例提供一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，所述施工方法的具体施工步骤如下：

步骤一、确定施工现场地质情况；

查阅地质勘查报告，确定施工区域内岩面的埋深为14m，地下水初始水位为-1m。

本实施例中，上覆土层为砂土层，厚度14m，砂土重度为18kN/m³，基坑深度范围内主要为微风化石灰岩，无侧限抗压强度的分布值在60～80MPa之间。

本实施例中，静力触探仪锥头直径35.7mm，贯入速度U为1.2m/min，地下水重度10kN/m³，土性参数取值β为0.2，砂土层中静力触探仪锥头处初始静力孔隙水压力u₀＝0kPa，孔压探头测定静力触探仪锥头处实测孔隙水压力u_a＝150kPa，静力触探锥头处的竖向有效应力σ'_vo＝18×14-0＝252kPa，所以 $K_D=0.044{\left(\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{v0}^{\&prime;}}{u_a-u_0}\right)}^{4.91}=0.044\&times;{\left(\frac{252}{150}\right)}^{4.91}=0.5407,$ 将各参数带入公式求得砂土层渗透系数为

$k=\frac{1}{3{\mathrm{\&beta;e}}^{0.076\mathrm{\&beta;}}}g\frac{{\mathrm{a\&gamma;}}_w{\mathrm{UK}}_D}{{\mathrm{\&sigma;}}_{v0}^{\&prime;}}=\frac{1}{3\&times;0.2\&times;{2.71828}^{0.076\&times;0.2}}\frac{0.018\&times;10\&times;1.2\&times;0.5407}{252}=0.00076m/min=1.1m/d$

步骤二、控制爆破

如图1所示，具体步骤如下：

(1)测定基准线

在基坑中间位置架设全站仪，基准线顶点为四个主要控制点，测定主要控制点坐标，基准线每个边界每隔4m测定并标注一个次级基准点，在基准点之间利用绳索取直，沿绳索抛洒石灰粉绘制基准线，基准线距地下连续墙的距离为2m；

(2)沿基准线切割岩石，每切割10m，利用开岩机逐步破碎岩石，挖掘机将破碎岩石清理出基坑，重复切割清理岩石工作，施工完成后，基坑保护区宽3m、深3m；

(3)按照图1所示划分单元爆破区，从1～8号爆破区依次钻孔爆破，使用直径76mm硬质合金岩芯钻头，钻孔深度为3.3m，钻孔结束后开始装药；根据设计装药量和钻孔深度，将加工好的药包和引线绑在竹竿上并将其下伸至钻孔孔底，完成单孔装药，待全部钻孔装药完毕后，检查每个孔的装药和引线；检查无误后，准备起爆；做好爆破前准备工作，对爆区顶面覆盖爆被，以防止个别飞石泥浆造成周围保护物的损害；设置安全警戒线，人员全部撤至安全地点；用起爆器将所有引线连接，由爆破工程师启动爆破；待该区爆破施工完毕后，清理碎石，架设支撑。

本实施例中，爆破选用的参数如下：炮孔直径50mm，孔深3.3m，爆破孔间距1.6m，采用2号岩石乳化炸药，堵塞长度为1.2m，不耦合系数为1.6，单位体积岩石炸药消耗量为0.4kg/m³，无侧限抗压强度的分布值σ取值70MPa，根据公式计算单孔装药量为 $Q={\mathrm{\&kappa;qd}}^{2}H\&times;\frac{\mathrm{\&sigma;}}{60}=1\&times;0.4\&times;{1.6}^2\&times;3.3\&times;\frac{70}{60}=3.94kg.$

步骤三、注高浓度双组份聚氨酯高聚物材料封堵空洞；

本实施例中爆破施工造成围护结构破坏，形成1个直径为12cm的空洞，泥水持续喷涌，空洞距地表12m。采用注高浓度双组份聚氨酯高聚物材料封堵，具体的：

(1)清理围护结构空洞外围边缘附着泥土和混凝土碎屑，使空洞外边缘平滑；

(2)将单向注浆管伸入空洞处，使可移动锥形阻流器紧贴空洞外边缘；

(3)土层参数A取值7，根据公式P_s＝Aγ_sH_s，计算注浆压力为P_s＝7×20×12＝1680kPa＝1.68MPa，利用注浆机向空洞内注入高浓度双组份聚氨酯高聚物材料，当空洞边缘流出的泥水量小于0.2m³/h或没有明显泥水成股流出时，向外移动注浆管，边移动边注浆，待空洞填满后结束注浆；

(4)清理空洞表面凝固浆液，在空洞外混凝土抹面处理。

本实施例中，所述单向注浆管管身为PVC软管，直径30cm，注浆管头部分长60cm，管头尾部安装可移动锥形阻流器，管头前端设置有单向阀门，可防止泥浆堵塞注浆管，具体结构如附图2所示，图中：21为注浆软管，22为注浆管头，23为可移动锥形阻流器，24为螺纹，25为单向阀门，26为软胶环层，27为软胶垫层；

本实施例中，所述可移动锥形阻流器为钢制锥形壳体，钢制壳体外附着一层4mm厚的PVC软胶垫层，阻流器与注浆管头通过螺纹口接触，可沿注浆管头上下移动；

本实施例中，所述注浆机为双液注浆机，最大输送量8m³/h，最大注浆压力4MPa，电机功率3kw，吸浆管内径40mm，输送管内径30mm，垂直输送距离50m。；

本实施例中，所述高浓度双组份聚氨酯高聚物注浆由甲、乙两种组分组成，甲组分与乙组分的体积比为1:1；其中：

甲组分包括聚氧化丙烯三元醇、氢醌一二(β一羟乙基)醚(HQEE)、溴化环氧树脂和三乙烯二胺，其质量百分比为80％：10％：5％：5％；

乙组分包含聚环氧丙烯二元醇、二苯基甲烷异氰酸酯和磷酸，其质量百分比为85％：14％：1％。

步骤四、基坑外侧采用高压旋喷技术和双组份聚氨酯高聚物材料注浆技术封堵地下水渗流路径：

本实施例中，在基坑外侧，施作高压旋喷止水帷幕和高聚物注浆相结合，如附图3所示，图中：30为砂土层，31为石灰岩，32为岩层裂缝，33为围护结构，34为图2所示的单向注浆管，35为高压旋喷桩，36为双组份聚氨酯高聚物浆液。

具体的：

(1)在围护结构空洞外侧标记钻孔位置，钻孔距围护结构2m处，钻孔中心间距1.5m，清理地表，平整场地；

(2)钻孔及冲洗

利用孔径50mm回转式岩芯钻机钻孔至注浆设计深度，套管跟进至设计深度，向套管与钻孔之间缝隙中注水泥浆，注水冲洗套管，回水澄清10min后停止冲洗；

(3)提升套管2m，放下注浆塞和注浆管至钻孔底部，设置注浆压力为3Mpa，注浆速率2L/min，灌注双组份聚氨酯高聚物浆液并缓慢提升注浆管至套管底部，提升速率80mm/min，当注浆量达到800L时，注浆速率小于0.5L/min，停止注浆，再将套管提升2～3m，开始注浆，循环此过程直至钻孔在岩层部分完成注浆；

(4)拔出套管，在原钻孔处换用150mm直径钻头钻孔至岩层，入岩深度0.5m，钻杆兼作旋喷管；

(5)开始旋喷

设定旋喷参数后开始旋喷水玻璃与水泥混合浆液，在钻孔底部旋喷1min后，自动提升旋喷管至地表下0.5m，停止旋喷；

(6)清理地表残余浆液，2h后进行下一个钻孔注浆和旋喷施工，直至封堵完毕。

本实施例中，所述的双组份聚氨酯高聚物注浆由甲、乙两种组分组成，甲组分与乙组分的体积比为1:1.2；其中：

甲组分包括聚氧化丙烯三元醇、氢醌一二(β一羟乙基)醚(HQEE)、溴化环氧树脂和三乙烯二胺，其质量百分比为70％：15％：10％：5％；

乙组分包含聚环氧丙烯二元醇、二苯基甲烷异氰酸酯和磷酸，其质量百分比为75％：24％：1％

本实施例中，所述的套管与钻孔间隙填充的水泥浆水灰质量配比为1:1.25，水泥浆拌制采用32.5级普通硅酸盐水泥；

本实施例中，所述的水玻璃与水泥混合浆液水灰比为1:1，其中：水玻璃的浓度为17°Be，水泥为32.5普通硅酸盐水泥。

本实施例中，所述的旋喷参数为：喷嘴孔径2mm，喷嘴个数2个，旋转速度15r/min，提升速度100mm/min，压力参数λ为6，水泥浆和水玻璃浆旋喷压力P_r为

$P_r=\mathrm{\&lambda;}\mathrm{\&gamma;}h(1+\frac{k}{2})=6\&times;18\&times;14\&times;(1+\frac{1.1}{2})=2344kPa=2.344MPa.$

步骤五、优化爆破参数

本实施例中爆破施工造成围护结构破坏，形成1个直径为12cm的空洞，优化后的爆破参数为：参数κ取0.7，堵塞长度增加为1.6m，孔距增大为1.84m，单孔装药量Q调整为3.65kg。

步骤六，继续下一单元爆破区爆破，至该层爆破区爆破完成；待该层爆破施工完毕后，进行下一层爆破区的施工，直到基坑开挖至25m处；优化爆破参数后，基坑围护结构在爆破过程中没有再出现空洞，防治效果明显。

本发明所述施工方法很好的克服了现有技术中存在的基坑爆破施工条件下空洞封堵效果不明显、易发生二次涌水等缺点和不足，实现上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水的有效防治，效果明显，止水快。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：

第一步、确定施工现场地质情况：查阅地质勘查报告，确定地下水水位、围护结构设计深度范围内的岩石标准无侧限抗压强度分布值σ、岩石的风化程度和土层分布，通过静力触探法确定各土层的渗透系数k；

第二步、控制爆破开挖基坑深度以上的岩石：

(1)测定基准线：平整场地，清除地面障碍物；在基坑平面设计图上绘制基准线，确定基准线控制点坐标，利用全站仪的坐标外放功能在基坑内实地放样，布设基准线平面与高层控制点，在基准线各控制点之间拉直绳索，沿绳索抛洒石灰粉绘制基准线；

(2)切割破碎岩体，施工保护区：切割机沿基准线切割岩体，破碎保护区岩石，清理碎石，继续下一段切割破岩工作，直至在基坑内侧完成围绕围护结构一周的保护区；

(3)划分单元爆破区：保护区内的基坑为一层爆破区，将一层爆破区划分为多个单元爆破区，单元爆破区的规模和形状根据基坑施工方案确定，并根据爆破顺序排序；

(4)钻孔装药：选用硬质合金钻头在一个单元爆破区内钻孔至设计深度，钻孔结束后装药，爆破为浅孔松动爆破；

(5)启动爆破，爆破完成后清理碎石；

第三步、注双组份聚氨酯高聚物材料封堵空洞：

(1)清理围护结构空洞外围边缘附着泥土和混凝土碎屑，使空洞外边缘平滑；

(2)将带有可移动锥形阻流器的单向注浆管伸入空洞处，使可移动锥形阻流器紧贴空洞外边缘；

(3)设置注浆压力P_s，利用注浆机向空洞内注入高浓度双组份聚氨酯高聚物材料，当空洞边缘流出的泥水量小于0.2m³/h或没有明显泥水成股流出时，向外移动注浆管，边移动边注浆，待空洞填满后结束注浆；

(4)清理空洞表面凝固浆液，在空洞外混凝土抹面处理；

第四步、采用注双组份聚氨酯高聚物材料与高压旋喷成桩相结合的方法封堵地层中地下水渗流路径：

第五步、优化爆破参数：

(1)减小爆破孔装药量；

(2)若爆破造成的飞石粒径d≥10cm或单次爆破飞石总质量大于单次岩石爆破总质量的5％，则需在爆破区侧壁竖向增加一层炮被；

第六步、继续下一单元爆破区爆破，直至该层爆破区爆破完成；待该层爆破施工完毕后，进行下一层爆破区的施工。

2.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，其特征在于，第一步中：

所述静力触探法采用60°锥角孔压静力触探仪；

所述通过静力触探法确定各土层的渗透系数k使用以下公式：

$k=\frac{1}{3{\mathrm{\&beta;e}}^{0.076\mathrm{\&beta;}}}\&CenterDot;\frac{{\mathrm{a\&gamma;}}_w{\mathrm{UK}}_D}{{\mathrm{\&sigma;}}_{v0}^{\&prime;}}$

式中，β为土性参数，对于粘性土，0.35≤β≤1.5，对于粉土，0.3≤β≤0.35，对于砂土0.1≤β≤0.3；e为自然常数，取值2.71828；a为静力触探仪锥头半径；γ_w为地下水重度，查阅地质勘查报告获得；U为静力触探计锥头触探速度；σ′_v0为静力触探锥头处的竖向有效应力，σ′_v0＝γh-u₀；K_D为计算参数，当 $\frac{u_a-u_0}{{\mathrm{\&sigma;}}_{v0}^{\&prime;}}<0.45,K_D=\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{v0}^{\&prime;}}{u_a-u_0},$ 当 $\frac{u_a-u_0}{{\mathrm{\&sigma;}}_{v0}^{\&prime;}}>0.45,$ γ为土体重度；h为静力触探仪锥头至地表的高度；u_a静力触探仪锥头处实测孔隙水压力，由孔压探头测定；u₀为静力触探仪锥头处初始静力孔隙水压力，查阅地质勘查报告获得。

3.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，其特征在于，第二步中：

所述(1)中，基准线为基坑爆破施工区域边界线，基准线内为爆破区，基准线与围护结构边界之间为保护区，基准线距基坑围护结构内侧边界2～3m，环绕基坑爆破区一圈闭合；

所述(2)中，切割机沿基准线切割岩体，单次切割深度1m，沿基准线每切割10m，破碎保护区岩石，清理碎石，继续下一段切割破岩工作，直至在基坑内侧完成深3m、宽2～3m、围绕围护结构一周的保护区。

4.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，其特征在于，第二步中：

所述(3)中，单元爆破区为基本爆破单元，每次爆破均需进行围护结构的检测和堵漏；所述的爆破顺序根据基坑施工方案确定，其与基坑施工顺序一致；

所述(4)中，钻孔结束2小时后装药，炸药选用2号卷型乳化炸药，爆破为浅孔松动爆破，中硬岩层爆破参数为：炮孔直径50mm，孔深3.3m，孔距1.6m；堵塞长度为1.2m，单位体积岩石炸药消耗量为q，单孔装药量为Q，不耦合系数为1.6；

所述(5)中，在爆破区域覆盖炮被，采用毫秒微差雷管分段起爆，爆破微差时间100～200ms。

5.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，其特征在于，第二步中：

所述(4)中，所述的单位体积岩石炸药消耗量q根据所爆破岩层情况确定：

微风化坚硬大块结晶岩石与岩浆岩：q取值0.5～0.6kg/m³；

中等风化的块状结晶岩，变质岩或大块体少裂隙的沉积岩：q取值0.4～0.5kg/m³；

坚固的半岩性岩石、砂岩、粘土页岩、凝灰岩、强或中等裂隙的成层的岩浆岩：q取值0.3～0.4kg/m³；

半岩性岩石、软质石灰岩、胶结弱的砂岩及泥灰岩，裂隙发育的坚固的岩石：q取值0.2～0.3kg/m³；

所述的单孔装药量Q根据以下公式确定：

$Q={\mathrm{\&kappa;qd}}^{2}H\&times;\frac{\mathrm{\&sigma;}}{60}$

其中：κ单孔装药量参数，初次爆破时取1，q为单位体积岩石炸药消耗量，d为爆破孔间距，H为爆破孔深，σ为岩石标准无侧限抗压强度分布值，MPa。

6.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，其特征在于，第三步中：

所述单向注浆管管身为PVC软管，管头尾部安装可移动锥形阻流器，管头前端设置有单向阀门；所述可移动锥形阻流器为钢制锥形壳体，钢制壳体外附着一层PVC软胶垫层，阻流器前端设置有PVC橡胶环层，阻流器与注浆管头通过螺纹口接触，可沿注浆管头上下移动；

所述注浆压力P_s满足以下公式：P_s＝Aγ_sH_s

式中，A为土层参数，对于粘性土，8≤A≤10，对于粉土，7≤A≤8，对于砂土6≤A≤7，γ_s为土层饱和重度，Hs为空洞至地表垂直距离；

所述高浓度双组份聚氨酯高聚物注浆由甲、乙两种组分组成，甲组分与乙组分的体积比为1:1；其中：

甲组分包括聚氧化丙烯三元醇、氢醌一二(β一羟乙基)醚(HQEE)、溴化环氧树脂和三乙烯二胺，其质量百分比为80％：10％：5％：5％；

乙组分包含聚环氧丙烯二元醇、二苯基甲烷异氰酸酯和磷酸，其质量百分比为85％：14％：1％。

7.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，其特征在于，第四步中：在基坑外侧，上部软土层采用高压旋喷成桩贴近围护结构形成止水帷幕，下部硬岩层采用双组份高聚物注浆技术封堵岩体中地下水渗流路径；

(1)清理地表，在地下连续墙外侧地表与空洞对应处标记钻孔位置，钻孔距围护结构2～3m，钻孔中心间距1～2m；

(2)钻孔及冲洗：采用小孔径回转式岩芯钻机在上述标记的钻孔位置钻孔至注浆设计深度，边钻边下套管；在套管与钻孔之间的缝隙中注入水泥浆；注水冲洗套管，回水澄清10min后停止冲洗；

(3)提升套管注浆：沿套管下注浆塞和注浆管至钻孔底部，将套管提升2～3m，设置注浆压力，灌注双组份聚氨酯高聚物注浆，注浆速率1.5～3L/min，边注浆边提升，提升速率80mm/min，当注浆速率小于0.5L/min时，停止注浆，再将套管提升2～3m，开始注浆，循环此过程直至完成岩层部分钻孔内注浆；

(4)拔出套管，在原钻孔处换用直径为150～200mm钻头钻孔至岩层，入岩深度0.5m，钻杆兼作旋喷管；

(5)开始旋喷：根据旋喷参数旋喷水玻璃与水泥混合浆液，在钻孔底部旋喷1min后，自动提升旋喷管至地表下0.5m；

(6)清理地表残余浆液，2h后进行下一个钻孔注浆和旋喷施工，直至封堵完毕。

8.根据权利要求7所述的一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，其特征在于，所述的注浆设计深度为围护结构入岩深度以下5m～7m之间，且岩层裂隙发育程度越高注浆设计深度越深；

所述的在套管与钻孔之间的缝隙中注入水泥浆水灰质量配比为1:1.25；

所述的双组份聚氨酯高聚物注浆由甲、乙两种组分组成，甲组分与乙组分的体积比为1:1.2；其中：

甲组分包括聚氧化丙烯三元醇、氢醌一二(β一羟乙基)醚(HQEE)、溴化环氧树脂和三乙烯二胺，其质量百分比为70％：15％：10％：5％；

乙组分包含聚环氧丙烯二元醇、二苯基甲烷异氰酸酯和磷酸，其质量百分比为75％：24％：1％；

所述提升套管注浆的注浆压力P采用如下公式确定：

P＝aP₀+nh

其中：a为安全系数，P₀为岩土分界处岩层允许注浆压力，n为入岩深度增加1m时增加的压力，h为注浆深度；

所述的旋喷参数包括：旋转速度为15r/min，提升速度为100mm/min，空气压力0.7MPa，空气流量6m³/min，水玻璃浆液和水泥浆液旋喷压力P_r，水玻璃流量18-26.5L/min，水泥浆流量80-98L/min；

所述的水玻璃与水泥混合浆液水灰比为1:1。

9.根据权利要求8所述的一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，其特征在于，所述a、P₀和n的确定方法如下：

具有陡倾裂隙及低透水性的坚固大块结晶岩石与岩浆岩：a取值0.9，P₀取值0.3～0.5MPa，n取值0.2～0.5MPa/m，P取值4～6MPa；

中等风化的块状结晶岩，变质岩或大块体少裂隙的沉积岩：a取值0.8～0.9，P₀取值0.2～0.3MPa，n取值0.1～0.2MPa/m，P取值1.5～4.0MPa；

坚固的半岩性岩石、砂岩、粘土页岩、凝灰岩、强或中等裂隙的成层的岩浆岩：a取值0.7～0.8，P₀取值0.15～0.2MPa，n取值0.05～0.1MPa/m，P取值0.5～1.5MPa；

半岩性岩石、软质石灰岩、胶结弱的砂岩及泥灰岩，裂隙发育的坚固的岩石：a取值0.6～0.7，P₀取值0.05～0.15MPa，n取值0.025～0.05MPa/m，P取值0.25～0.5MPa；

所述水玻璃浆液和水泥浆液的旋喷压力P_r满足以下公式：

$P_r=\mathrm{\&lambda;}\mathrm{\&gamma;}h(1+\frac{k}{2})$

式中，k为土层渗透系数，通过第一步静力触探仪确定，γ为土体重度，h为土层厚度，λ为压力参数，当k≥2时，2≤λ≤4，当1＜k≤2时，4≤λ≤6，当k＜1时，6≤λ≤8。

10.根据权利要求1所述的一种上软下硬地层爆破引起基坑围护结构洞穿涌水防治方法，其特征在于，第五步中：所述减小爆破孔装药量的确定方法如下：

空洞个数≥2，或空洞直径≥20cm，单孔装药量参数κ取0.5，堵塞长度增加0.6m，孔距增大20％；

空洞个数为1，或10cm≤空洞直径≤20cm，单孔装药量参数κ取0.7，堵塞长度增加0.4m，孔距增大15％；

空洞个数为1，或空洞直径≤10cm，单孔装药量参数κ取0.8，堵塞长度增加0.2m，孔距增大10％；

所述飞石粒径d为与飞石相同质量相同材料的球体的直径，其计算方法为m为飞石的质量，kg；ρ为飞石的密度，kg/m³。