CN105298518B - 一种隐蔽型深长大溶洞内架桥封堵涌水的治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隐蔽型深长大溶洞内架桥封堵涌水的治理方法，装置包括底部横跨溶洞的注浆管，在注浆管下部的侧壁上开有溢浆孔，在注浆管外部设有包裹住溢浆孔的能扩张的桥袋，桥袋的两端通过紧固件紧固在注浆管上；本发明的有益效果：封堵装置中桥袋在注入注浆材料后，注浆材料与桥袋固结为一体，在深长大溶洞内形成一个阻水桥，起到阻水屏障，形成一个隔绝涌水的隔离带；通过注入高膨胀材料，实现对阻水桥与溶洞之间空隙的封堵；最后再通过水泥浆进行彻底封堵加固；整个结构既能保证堵水加固效果，减少甚至彻底消除了地下水对隧道安全运营的威胁，同时，减少了注浆材料的浪费，既经济又安全。

Description

一种隐蔽型深长大溶洞内架桥封堵涌水的治理方法

技术领域

本发明涉及一种隐蔽型深长大溶洞内架桥封堵涌水的治理方法，属于注浆堵水领域。

背景技术

在隧道建设中，尤其是在强岩溶发育地层内开挖隧道时，往往遇到较大规模的溶洞。这些溶洞内往往充满着地下水或成为地下水向隧道内涌水的主要储水构造或导水通道。因为是隐蔽型溶洞，不像对暴露性溶洞那样可以使用常规的筑墙隔离、泵浆封堵甚至注浆封堵等方法进行有效规避或治理。隐蔽型溶洞在隧道内开口小甚至看不到，但是溶洞与外界沟通能力强，空洞发育大，常规注浆封堵方法难以做到浆液在溶洞内留存，要是达到充填目的将耗费大量的注浆材料甚至无法充填满。而且对大型溶洞充填也没必要。在暴雨季节，隐蔽型深长大溶洞有较好的汇水和导水能力，使涌水突然涌到隧道内，造成严重的地质灾害，形成极大的经济损失，也给隧道安全带来极大威胁。因此在隧道工程中把这类隐蔽型储水、导水溶洞称为影响隧道长期安全运营的隐蔽杀手，必须进行彻底治理。目前对于这类溶洞还没有较好的治理方法。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种隐蔽型深长大溶洞内架桥封堵涌水装置及治理方法，实现在深长大溶洞内形成注浆隔离带，结合注入高膨胀材料充填封堵隔离后形成的空间，然后注入水泥浆进行彻底封堵加固，从而实现对隐蔽型深长大溶洞内的涌水封堵。其明显有益之处在于既保证了堵水加固效果，减少甚至彻底消除了地下水对隧道安全运营的威胁，还大量减少了注浆材料的浪费，既经济又安全。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隐蔽型深长大溶洞内架桥封堵装置，包括底部横跨溶洞的注浆管，在注浆管下部的侧壁上开有溢浆孔，在注浆管外部设有包裹住溢浆孔的能扩张的桥袋，桥袋的两端通过紧固件紧固在注浆管上，桥袋的设置方便了注浆管插入到隧道岩石上，在固定好注浆管后，通过注浆管的溢浆孔向桥袋内注浆，桥袋随着浆液的流动张开变大，因注浆管横跨深长大溶洞，使得浆液凝固后，由桥袋在深长大溶洞内架起一个阻水桥，起到阻水的屏障作用。

进一步地，在所述注浆管的底部设有管端堵头，在所述注浆管的顶部设有注浆阀门，注浆阀门用于防止桥袋内浆液通过注浆管回流。

一种隐蔽型深长大溶洞内架桥封堵涌水的治理方法，包括如下步骤：

1)沿隧道靠近隐蔽型深长大溶洞的一侧施工若干个探查孔，并分析深长大溶洞的范围及发育规律；

2)向探查孔内插入孔口管，封闭孔口管与岩石间隙，在孔口管的外部设置水闸阀；

3)若探查孔内有涌水时，测量涌水量和涌水的水压；

4)设置用于将涌水引离深长大溶洞的引水孔；

5)制作在注入速凝注浆材料后能张大的封堵装置；

6)将封堵装置通过探查孔插入到深长大溶洞内，向封堵装置内注入速凝浆液后并封闭封堵装置；

7)向深长大溶洞内封堵装置的一侧即背离涌水处注入高膨胀材料，形成高膨胀材料填充体，对封堵装置之间留存的空隙进行密闭，从而彻底封堵并隔绝溶洞向隧道过水的通道；

8)向深长大溶洞内注入水泥浆用于封堵高膨胀材料填充体与隧道之间的空间，。

进一步地，所述步骤1)中采用先探后扩的方式进行施工，节约人工成本且避免对岩石的过渡钻孔。

进一步地，所述步骤4)中在引水孔内插入孔口管，孔口管与岩石之间通过水泥进行密封，在孔口管的外部设置水闸阀。

进一步地，所述步骤4)中引水孔的设置位置远离所述探查孔背离隧道的一侧。

进一步地，针对封堵装置的施工方法，包括以下步骤：

1-1)在一根细长注浆管的底部侧壁上加工多个溢浆孔；

1-2)在注浆管的底部设置包覆住溢浆孔的桥袋；

1-3)采用紧固件将桥袋的两端分别与注浆管紧固；

1-4)在注浆管的顶部设置注浆阀门，在注浆管的底部设置管端堵头。

进一步地，针对所述步骤7)中注入高膨胀材料的施工方法，包括以下步骤：

2-1)在背离涌水处封堵装置一侧的岩石上施工高膨胀材料注浆孔；

2-2)向高膨胀材料注浆孔内插入孔口管，封闭孔口管与岩石间隙，在孔口管的外部设置注浆阀门；

2-3)通过孔口管向深长大溶洞内注入高膨胀材料，完成后，关闭注浆阀门。

进一步地，针对所述步骤8)中注入水泥浆的施工方法，包括以下步骤：

3-1)在背离涌水处封堵装置一侧的岩石上施工水泥浆注浆孔；

3-2)向水泥浆注浆孔内插入孔口管，封闭孔口管与岩石间隙，在孔口管的外部设置注浆阀门；

3-3)通过孔口管向深长大溶洞内注入水泥浆，完成后，关闭注浆阀门。

进一步地，所述步骤2)中在封闭孔口管与岩石间隙后，对孔口管进行耐压试验。

本发明的工作原理是：在探查孔探查出隐蔽型深长大溶洞后，施工引流孔并设置孔口管，通过引水孔将溶洞内的涌水引走，并通过探查孔设置横跨溶洞的封堵装置，封堵装置中的桥袋通过注浆后注浆张大，同时封堵装置中的注浆管起到一个支撑作用，多个张大后的桥袋形成一个阻水桥，起到阻水的屏障作用；并在这个封堵装置的靠近隧道的一侧通过高膨胀材料注浆孔向溶洞内注入高膨胀材料，对封堵装置与隧道之间的溶洞进行填充；最后在高膨胀材料形成的填充体与隧道之间的溶洞内注入水泥浆，水泥浆固结后彻底封堵隐蔽型深长大溶洞，达到较高的固结阻水强度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)封堵装置中桥袋在注入注浆材料后，注浆材料与桥袋固结为一体，在深长大溶洞内形成一个阻水桥，起到阻水屏障，形成一个隔绝涌水的隔离带。

2)通过注入高膨胀材料，实现对阻水桥与隧道之间溶洞的封堵；最后再通过水泥浆进行彻底封堵加固。

3)整个结构既能保证堵水加固效果，减少甚至彻底消除了地下水对隧道安全运营的威胁，同时，减少了注浆材料的浪费，既经济又安全。

附图说明

图1为封堵涌水装置的示意图；

图2为封堵涌水装置张大后的示意图；

图3为隐蔽性深长大溶洞内架桥封堵涌水注浆工艺结构原理图；

图4为孔口管安装原理示意图；

其中：1、高膨胀材料注浆孔 2、水泥浆注浆孔 3、隧道 4、探查孔 5、隧道围岩 6、水泥浆固结体 7、高膨胀材料填充体 8、膨胀后桥袋 9、隐蔽型深长大溶洞 10、涌水 11、引水孔 12、高压闸阀 13、注浆阀门 14、注浆管 15、铁绑带 16、溢浆孔 17、桥袋 18、管端堵头 19、孔口管 20、孔口管水泥封固体 21、裸孔 22、速凝注浆材料。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种隐蔽型深长大溶洞内架桥封堵装置，包括底部横跨溶洞的注浆管，在注浆管下部的侧壁上开有多个溢浆孔16，在注浆管14外部设有包裹住溢浆孔16的能扩张的桥袋17，桥袋17的两端通过紧固件紧固在注浆管14上，桥袋17的设置方便了注浆管14插入到隧道围岩5上，在固定好注浆管14后，通过注浆管14的溢浆孔向桥袋17内注浆，桥袋17随着浆液的流动张开变大，因注浆管横跨深长大溶洞，使得浆液凝固后，由膨胀后桥袋8在深长大溶洞内架起一个阻水桥，起到阻水的屏障作用，注浆管14是细钢管。

在所述注浆管的上部设有注浆阀门13，注浆阀门13用于防止桥袋17内浆液通过注浆管14回流。

一种隐蔽型深长大溶洞内架桥封堵涌水的治理方法，如图3所示，包括如下步骤：

1)首先利用了瞬变电磁和地质雷达等分别对隧道围岩5内存在的隐蔽型深长大溶洞9进行探查，发现了隐蔽型深长大溶洞9延深方向和展布规律；

2)探查孔4开孔位置选择。在隧道3内沿着隐蔽型深长大溶洞9延展方向，布设多个探查孔4，探查孔4与隐蔽性深长大溶洞9的延展方向相交；

3)探查孔4施工。先施工直径Φ170mm钻孔，深度2.5m，钻孔内下入Φ168mm孔口管19，长度2m，孔口管19的一端超出探查孔4设定的长度，如图4所示，孔口管19外与岩石间隙用水泥浆封闭，形成孔口管水泥封固体20，水泥浆密度为1.75g/cm³，选用该密度的目的是利用了其较高的固结强度和较小的体积收缩率，保证了对孔口管的封固质量要求。复钻后对孔口管进行耐压试验，封固后的耐压值测定为4.5MPa。远远高于溶洞内水压1.2MPa的2倍。在Φ168mm孔口管19上端部设置注浆阀门13。然后采用先探后扩的施工工艺，就是先施工孔径较小即孔径为Φ75mm的钻孔，探查出溶洞的宽度、高度和走向后，再在Φ75mm孔径的基础上扩大孔径到了Φ150mm,对没有揭露溶洞的钻孔，不再扩孔直接用水泥浆封闭。探查孔4的作用就是既起到探查的作用，又起到在隐蔽型深长大溶洞内利用膨胀后桥袋8架桥阻水的作用；

4)涌水10水量的测量。探查孔揭露溶洞后，若发现涌水，则进行涌水量的测量。关闭孔口注浆阀门13后测量水压。打开孔口注浆阀门13后，进行放水试验。试验要持续一段时间，观察钻孔涌水量是否有变化，水压是否有变化，并详细记录；

5)施工引水孔11。根据探查孔涌水量及其变化情况，设计一定数量的引水孔11。引水孔11终端位置要设置在探查孔背离隧道3的一侧。引水孔11开始施工口径为Φ170mm，施工到2.5m深度后，下入Φ168mm孔口管，Φ168mm孔口管外与岩石的环状间隙用水泥封闭，固结后复钻，进行耐压试验。Φ168mm孔口管封固后的耐压值不得小于溶洞内水压的2倍。在孔口管上端安装水闸阀即高压闸阀12。引水孔11施工数量要根据溶洞内水量，水压和隧道3可施工条件和空间环境确定；

6)封堵装置制作。根据探查孔施工深度，选择等长的细钢管，并在细钢管上，对应溶洞的深度范围内加工溢浆孔16。桥袋17与细钢管在溢浆孔16布置范围的两端，利用铁绑带将桥袋与细钢管捆绑在一起，并要求捆绑牢固、无泄露。细钢管伸入到钻孔内的一端安装管端堵头18堵死，防止向桥袋17内注浆时在端头处跑浆。在细钢管处于钻孔外的一端连接高压注浆阀门13，桥袋17选用无纺布制作。做好后要对桥袋17内进行注浆试验，观察桥袋17涨大倍数、捆绑质量和注浆压力，桥袋17装置要求在下入孔内时，能顺利通过探查孔4到达隐蔽型深长大溶洞9内；

7)把封堵装置下入到探查孔4内。注浆管14底端支撑在隐蔽型深长大溶洞9另一侧岩壁上，上端固定在探查孔孔口管19上端，固定好注浆管14后，通过注浆管14向桥袋17内注入速凝浆液(速凝浆液选用水泥-水玻璃浆液，注浆时体积比为Vc：Vs＝1:1，水泥选用PO.42.5，水泥浆密度为1.5g/cm³；水玻璃浓度为38～42Be)，速凝浆液通过溢浆孔16进入到桥袋17内，等桥袋17膨胀后，关闭高压注浆阀门13，等注入到桥袋内的速凝注浆材料22固结。采用同样方法把所有探查孔4内都下入封堵装置，并等桥袋17注浆膨胀固结后，就形成了一组由膨胀后桥袋8架起的阻水桥，起到一种阻水的屏障作用；

8)施工高膨胀材料注浆孔1。该孔紧靠探查孔4施工，其终点位置处于封堵装置与隧道3之间的一侧，高膨胀材料选用马丽散。高膨胀材料注浆孔1紧靠探查孔4施工，其终点位置处于阻水桥与隧道3之间的一侧。高膨胀材料注浆孔1采用Φ75mm孔径。钻孔浅部下入直径Φ108mm孔口管，直径Φ108mm孔口管外与岩石间隙用水泥封固，固结后复钻，对Φ108mm孔口管的封闭固结质量进行耐压试验，要求耐压值不低于水压的2倍；

9)向高膨胀材料注浆孔1内注入高膨胀材料。通过高膨胀材料注浆孔1向隐蔽型深长大溶洞9内注入高膨胀材料，高膨胀材料进入到隐蔽型深长大溶洞9内后迅速膨胀，在封堵装置靠近隧道2的一侧隐蔽型深长大溶洞9内形成高膨胀材料填充体7，并密闭膨胀后桥袋8之间的空隙，彻底封堵并隔绝阻水桥远端隐蔽型深长大溶洞9向隧道2涌水的通道；

10)施工水泥浆注浆孔2。因为高膨胀材料具有长期强度较低，无水状态下干缩的性质，无法作为长期的堵水材料使用。因此必须注入水泥浆液充填空间，形成水泥浆固结体6，方能彻底封堵隐蔽型深长大溶洞9空间，达到较高的固结阻水强度。水泥浆注浆孔2的结构、施工技术要求与高膨胀材料注浆钻孔1相同；

11)向水泥浆注浆孔内2注浆。在水泥浆注浆孔2内注入水泥浆，等水泥浆把所注空间充满后，形成水泥浆固结体6，这样会出现跑浆或起压状况，这时注浆完毕，关闭注浆阀门13，候凝。至此，隐蔽型深长大溶洞9内架桥封堵涌水注浆工艺操作完毕。

同时，操作中安全与技术要求如下：

1)在施工各类钻孔前，应详细了解隧道开挖地质资料，掌握溶洞发育规律。缺乏地质资料时，要进行地球物理探测。通过探测大体控制隐蔽型深长大溶洞9的发育状态；

2)所有钻孔施工都必须在一定深度安装孔口管，孔口管外与岩石间隙必须封闭固结，都必须在复钻后进行耐压试验，耐压值不得小于溶洞内水压的2倍。否则要进行整改，必须保证孔口管封闭固结质量；

3)所有孔口管19安装合格后，都必须及时安装阀门方可继续钻进；

4)探查孔4、引水孔11、高膨胀材料注浆孔1和水泥浆注浆孔2施工顺序不能颠倒。前一类钻孔达到设计要求后，方可施工后序钻孔；

5)封堵装置制作中要根据不同钻孔揭露隐蔽型深长大溶洞9的空间位置，设计好桥袋17在细钢管上的位置，以保证不同膨胀后桥袋8能在隐蔽型深长大溶洞9内互相搭接，不会出现有的地方缺少膨胀后桥袋8，而有的地方膨胀后桥袋8反而重叠的现象。另外封堵装置在下入探查孔4内前，必须进行注浆试验，取得相关参数，尤其是桥袋17膨胀到安全极限时的注浆压力。该压力作为桥袋17内注浆的压力控制最大值。桥袋17在下入探查孔4内时，要绑好，捆绑后的直径要小于探查孔4直径，保证封堵装置中的桥袋17能被顺利输送到隐蔽型深长大溶洞9内。

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 (6)

1.一种隐蔽型深长大溶洞内架桥封堵涌水的治理方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)沿隧道靠近隐蔽型深长大溶洞的一侧施工若干个探查孔，并分析深长大溶洞的范围及发育规律；

2)向探查孔内插入孔口管，封闭孔口管与岩石间隙，在孔口管的外部设置水闸阀；

3)若探查孔内有涌水时，测量涌水量和涌水的水压；

4)设置用于将涌水引离深长大溶洞的引水孔；

5)制作在注入速凝注浆材料后能张大的封堵装置，速凝注浆材料选用水泥-水玻璃浆液，注浆时体积比为Vc：Vs＝1:1，水泥体积为Vc，水玻璃体积为Vs；

6)将封堵装置通过探查孔插入到深长大溶洞内，向封堵装置内注入速凝注浆材料后并封闭封堵装置；

7)向深长大溶洞内封堵装置的一侧即背离涌水处注入高膨胀材料，形成高膨胀材料填充体；

8)向深长大溶洞内注入水泥浆用于封堵高膨胀材料填充体与隧道之间的空间；

高膨胀材料注浆孔紧靠探查孔施工，其终点位置处于封堵装置与隧道之间的一侧；封堵装置有多个，且多个封堵装置交错设置；所述步骤4)中引水孔终端位置设置在远离所述探查孔背离隧道的一侧；

针对所述步骤7)中注入高膨胀材料的施工方法，包括以下步骤：

2-1)在背离涌水处封堵装置一侧的岩石上施工高膨胀材料注浆孔；

2-2)向高膨胀材料注浆孔内插入孔口管，封闭孔口管与岩石间隙，在孔口管的外部设置注浆阀门；

2-3)通过孔口管向深长大溶洞内注入高膨胀材料，完成后，关闭注浆阀门。

2.如权利要求1所述的治理方法，其特征在于，所述步骤1)中采用先探后扩的方式进行施工。

3.如权利要求1所述的治理方法，其特征在于，所述步骤4)中在引水孔内插入孔口管，孔口管与岩石之间通过水泥进行密封，在孔口管的外部设置水闸阀。

4.如权利要求1所述的治理方法，其特征在于，针对封堵装置的施工方法，包括以下步骤：

1-1)在一根注浆管的底部侧壁上加工多个溢浆孔；

1-2)在注浆管的底部设置包覆住溢浆孔的桥袋；

1-3)采用紧固件将桥袋的两端分别与注浆管紧固；

1-4)在注浆管的顶部设置注浆阀门，在注浆管的底部设置管端堵头。

5.如权利要求1所述的治理方法，其特征在于，针对所述步骤8)中注入水泥浆的施工方法，包括以下步骤：

3-1)在背离涌水处封堵装置一侧的岩石上施工水泥浆注浆孔；

3-2)向水泥浆注浆孔内插入孔口管，封闭孔口管与岩石间隙，在孔口管的外部设置注浆阀门；

3-3)通过孔口管向深长大溶洞内注入水泥浆，完成后，关闭注浆阀门。

6.如权利要求1所述的治理方法，其特征在于，所述步骤2)中在封闭孔口管与岩石间隙后，对孔口管进行耐压试验。