CN105840235A - 一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法 - Google Patents

一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法，通过超前地质预测预报查找高承压水岩溶区，锁定岩溶区域确定边界范围，封闭掌子面，退出钻具；测控装置设计及制造；确定液压潜孔钻机位置并对角度进行调整，对液压潜孔钻机底座进行地锚式加固；预先对隧道掌子面采用钢筋网+锚喷加固施工；用大直径大钻头钻出测控装置安装段并进行测控装置安装及加固；更换小于闸阀直径的钻头，将钻杆通过闸阀内及放水管道继续钻进；液压潜孔钻机钻头达到承压岩溶水位置，停止钻进退出钻具；通过测控装置及液压潜孔钻机探放高承压岩溶水；重复进行直至全部探放完成。解决了钻机掘进过程中高承压岩溶水突涌，突泥现象引发的围岩失稳，造成的地质灾害问题。

Description

一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法
技术领域
本发明涉及地下及隧道施工施工技术领域，主要是涉及在地下施工过程中探放高承压岩溶水的方法。该项技术适用于复杂岩溶隧道充水溶腔岩溶水的探放和预测，为隧道安全施工提供保障。
技术背景
在岩溶地区进行隧道掘进施工过程中，经常遇高压承压岩溶水，由于岩溶发育复杂，尤其是软弱夹层介质结构松散，自承能力较差，且承压水压力较高，容量较大。掘进过程中承压水突涌、突泥可能性较大。山区隧道施工中普遍使用钻爆法，钻机到达阶段一旦承压水突涌，则可能导致钻机被淹、围岩失稳、隧道结构遭破坏等地质灾害恶果，因此在掘进过程中需对承压岩溶水进行探放。由于岩溶地质的特殊性质，在高承压水岩溶处理过程中大都通过施作高位泄水支洞，实施泄水降压，规避高承压水施工的风险，但是，不是所有岩溶都能通过实现降势降压。
采用液压潜孔钻机钻孔，钻机钻孔过程中，由于承压水压力较大，如果钻机基底承载力不够，无法抵抗承压水压力，钻机有可能会被冲垮，因此如何固定钻机及保证钻机基地承载力是关键技术问题。
钻机钻孔之后要对承压水进行探放，由于围岩介质结构松散，承载力差，且承压水容量无法估计，承压含水层渗透系数大，承压水水位高，水量丰富，补给充足，若处理不当，在高承压水压力作用下容易引发突涌，突泥现象，则很可能造成掌子面被冲垮，使隧道被淹没，造成引起地层沉降变形等重大事故，因此如何保证隧道周边岩层的变形能力及承压岩溶水有效安全探放是是隧道开挖掘进成败的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法，用以解决钻机掘进过程中高承压岩溶水突涌，突泥现象引发的围岩失稳，造成的地质灾害问题，为岩溶隧道掘进施工在高承压水作用下提供安全的环境。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，
通过超前地质预测预报查找高承压水岩溶区，并准确锁定岩溶区域确定边界范围，确定安全距离后停止掘进，封闭掌子面，退出钻具以减少对土体扰动；
步骤2，
测控装置设计及制造；
步骤3，
根据承压岩溶水存在区域固定液压潜孔钻机位置并对角度进行调整，对液压潜孔钻机的钻机底座进行地锚式加固；
步骤4，
在液压潜孔钻机钻孔探放承压水前，预先对隧道掌子面需加固区域采用钢筋网+锚喷注浆形式进行加固施工，通过注浆锚杆及锚杆端部托盘使隧道掌子面、钢筋网构成一个整体；
步骤5，
测控装置安装及加固；
步骤6，
更换小于闸阀直径的钻头，打开闸阀的阀门，将钻杆通过闸阀内及放水管道继续钻进，为小直径钻头钻取段；液压潜孔钻机钻头达到承压岩溶水位置，停止钻进，退出钻具；
步骤7，
通过测控装置及液压潜孔钻机探放高承压岩溶水；
步骤8，
一个孔位承压岩溶水探放完成之后，进行下一个孔位布置，按照以上步骤1-7重复进行，如此循环，直至该断面区域承压岩溶水全部探放完成，隧道继续进行开挖掘进施工。
本发明的特征还在于，进一步的，所述步骤2设计测控装置的步骤为：首先在闸阀一端安装放水管道，放水管道与闸阀管径一致，外径均为D1，在该放水管道一定位置焊接管道嵌固盘，管道嵌固盘内径为D1；在闸阀与管道嵌固盘之间一定位置安装水压力表，用于监测承压岩溶水出水状况。闸阀、放水管道、管道嵌固盘及水压力表构成了探放系统的测控装置。
进一步的，所述步骤3钻机底座地锚加固的具体步骤为：清除表面浮干，开挖至一定深度，用混凝土浇筑成一个混凝土基座，在混凝土基座四周预埋4根钢梁，焊接成为一个整体矩形框架，将液压潜孔钻机嵌固在矩形框架内，然后用钢板梁穿过液压潜孔钻机的钻机底板，用锚杆将此钢板梁连同预埋的钢梁一起锚固在混凝土基座上，锚杆端部为带有螺帽的锚杆端部托盘，通过其在端部施加预紧力，以满足承载力要求。
进一步的，所述步骤5测控装置安装及加固步骤为：按照闸阀的尺寸，在液压潜孔钻机上安装冲击式大钻头，钻出大直径钻头钻取段，停止钻进，退出钻具；然后安装测控装置及测控装置外露出水段加固，将管道嵌固盘的放水管道安装到大直径钻头钻取段内固定，用锚杆通过管道嵌固盘上的预留锚杆孔将管道嵌固盘及整个测控装置锚固在隧道掌子面上，并对测控装置与岩层的间隙采用注浆进行封闭并加固，以满足测控装置承受高承压岩溶水压力要求。
进一步的，所述步骤7承压岩溶水探放步骤为：打开闸阀阀门，根据水压力表监测承压岩溶水出水状况，以便决定闸阀的打开程度，控制放水速度；水压力较大时，将闸阀闸门适当调小；水压力较小时，将闸阀阀门适当调大；当阀门完全打开水压力仍很小时，这时有两种可能：第一是小直径钻头钻取段被岩土体介质颗粒堵住；第二是承压岩溶水已经基本探放完成。采取的技术手段是：在液压潜孔钻机重新安装小于闸阀直径的钻头，打开闸阀的阀门，将钻杆通过闸阀内及放水管道钻进，以清除岩土体介质颗粒障碍达到继续探放承压岩溶水目的，若水压力仍较小，说明承压岩溶水已经基本探放完成。此方法可以根据水压力表判断岩溶承压水的出水状况，通过闸阀控制承压岩溶水探放，解决岩溶承压水突涌、突泥引发的地质灾害问题。
进一步的，所述液压潜孔钻机采用ZLJ-400液压潜孔钻机。
本发明提出的一种隧道掘进中承压岩溶水的探放方法，适用于软弱岩层岩溶地区，有效探放溶腔内的高承压水，避免了岩溶承压水产生的突涌、突泥现象所引发的地质灾害，控制了隧道开挖变形量，降低掘进施工风险，有效提高了隧道施工的安全性和可能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明工艺方法的工艺流程图。
图2为隧道掘进平面示意图。
图3为测控装置示意图。
图4为混凝土基座及钻机固定示意图。
图5为图2的A-A剖视图。
图中：1、隧道掌子面；2、大直径钻头钻取段；3、小直径钻头钻取段；4、液压潜孔钻机；5、闸阀，内径为D1；6、管道嵌固盘，内径为D1；7、水压力表；8、放水管道，外径为D1；9、预留锚杆孔；10、混凝土基座；11、钢梁；12、钻机底座；13、钢板梁；14、锚杆端部托盘；15、钢筋网。
具体实施方式
结合附图对本发明加以说明。
如图1、图2所示，一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法，其具体工艺方法如下：
通过超前地质雷达预测预报查找高承压水岩溶区，并准确锁定岩溶区域确定边界范围，确定安全距离后停止掘进，退出钻具以减少对土体扰动。
如图3所示，测控装置设计及制造：在闸阀5一端安装放水管道8，放水管道8与闸阀5管径一致，外径均为D1，在该放水管道8一定位置焊接管道嵌固盘6，管道嵌固盘6内径为D1；在闸阀5与管道嵌固盘6之间一定位置安装水压力表7，用于监测承压岩溶水出水状况；闸阀5、放水管道8、管道嵌固盘6及水压力表7构成了探放系统的测控装置。
根据承压岩溶水存在区域固定液压潜孔钻机4位置并对角度进行调整，对钻机底座12进行地锚式加固；由于承压水具有突水，突泥特征，承压水压力较大，且容量无法估测，因此为防止液压潜孔钻机4被承压水冲垮及保证其在钻孔过程中能抵抗承压水压力，需要对液压潜孔钻机4进行固定。如图4所示，具体技术方案是：在一定位置清除表面浮干，开挖至一定深度，用混凝土浇筑成一个混凝土基座10，在混凝土基座10四周预埋一定刚度的4根钢梁11，将其焊接成为一个整体矩形框架，将液压潜孔钻机4嵌固在矩形框架内，然后用一块钢板梁13穿过液压潜孔钻机的钻机底座12，用锚杆将此钢板梁13连同预埋的钢梁11一起锚固在混凝土基座10上，锚杆端部为带有螺帽的锚杆端部托盘14，通过其在端部施加预紧力，以满足承载力要求。
根据探孔深度和孔径，液压潜孔钻机采用ZLJ-400液压潜孔钻机，钻探可在0～360°范围内布置探放孔。
由于岩溶地区围岩介质结构松散，自承能力较差，因此为控制洞体开挖后的变形能力，防止围岩产生过大变形，并且能够承受高承压水压力，在液压潜孔钻机4钻孔探放承压水前，预先对隧道掌子面1进行加固。如图5所示，采取的技术方案是：隧道掌子面1需加固区域采用钢筋网15+锚喷注浆形式进行超前加固，通过注浆锚杆及锚杆端部托盘14使围岩掌子面1、钢筋网15构成一个整体。
安装测控装置及测控装置外露出水段加固：按照改装好的闸阀5的尺寸，在液压潜孔钻机4上安装冲击式大钻头，钻出大直径钻头取段2，停止钻进，退出钻具；钻孔完成后将安装管道嵌固盘6的放水管道8安装到大直径钻头取段2内固定。由于承压岩溶水压力较大且容量的不确定性，为使测控装置能够承受承压岩溶水压力，需对测控装置进行加固。采取的技术方案是：用锚杆通过管道嵌固盘6上的预留锚杆孔9将管道嵌固盘6及整个测控装置锚固在隧道掌子面1上，并对测控装置与岩层的间隙采用注浆进行封闭并加固，以满足测控装置承受高承压岩溶水压力要求。
更换小于闸阀5直径的钻头，打开闸阀5的阀门，将钻杆通过闸阀5内及放水管道8继续钻进，为小直径钻头钻取段3；液压潜孔钻机4钻头达到承压岩溶水位置，停止钻进，退出钻具。
由于承压岩溶水压力较大且承压水水位高，水量丰富，容量的不确定性，因此，采用测控装置及液压潜孔钻机4对高承压水进行探放，一方面可以以解决高承压岩溶水突水、突泥问题，另一面可以估计岩溶区溶腔内承压岩溶水水位及容量；具体实施方式为：开闸阀5阀门，根据水压力表7监测承压岩溶水出水状况，以便决定闸阀5的打开程度，控制放水速度；水压力较大时，将闸阀5闸门适当调小；水压力较小时，将闸阀5阀门适当调大；当阀门完全打开水压力仍很小时，这时有两种可能：第一是小直径钻头钻取段3被岩土体介质颗粒堵住；第二是承压岩溶水已经基本探放完成。采取的技术手段是：在液压潜孔钻机重新安装小于闸阀5直径的钻头，打开闸阀5阀门，将钻杆通过闸阀5内及放水管道8钻进，以清除岩土体介质颗粒障碍达到继续探放承压岩溶水目的，若水压力仍较小，说明承压岩溶水已经基本探放完成；此方法可以根据水压力表7判断岩溶承压水的出水状况，通过闸阀5控制承压岩溶水探放，解决岩溶承压水突涌、突泥引发的地质灾害问题。
一个孔位承压岩溶水探放完成之后，进行下一个孔位布置，按照以上步骤重复进行，如此循环，直至该断面区域承压岩溶水全部探放完成，隧道继续进行开挖掘进施工。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤1，
通过超前地质预测预报查找高承压水岩溶区，并准确锁定岩溶区域确定边界范围，确定安全距离后停止掘进，封闭隧道掌子面(1)，退出钻具以减少对土体扰动；
步骤2，
测控装置设计及制造；
步骤3，
根据承压岩溶水存在区域固定液压潜孔钻机(4)位置并对角度进行调整，对液压潜孔钻机(4)的钻机底座(12)进行地锚式加固；
步骤4，
在液压潜孔钻机(4)钻孔探放承压水前，预先对隧道掌子面(1)采用钢筋网(15)+锚喷加固施工；通过注浆锚杆及锚杆端部托盘(14)使隧道掌子面(1)、钢筋网(15)构成一个整体；
步骤5，
测控装置安装及加固；
步骤6，
更换小于闸阀(5)直径的钻头，打开闸阀(5)的阀门，将钻杆通过闸阀(5)内及放水管道(8)继续钻进，为小直径钻头钻取段(3)；液压潜孔钻机(4)钻头达到承压岩溶水位置，停止钻进，退出钻具；
步骤7，
通过测控装置及液压潜孔钻机(4)探放高承压岩溶水；
步骤8，
一个孔位承压岩溶水探放完成之后，进行下一个孔位布置，按照以上步骤1-7重复进行，如此循环，直至该断面区域承压岩溶水全部探放完成，隧道继续进行开挖掘进施工。
2.根据权利要求1所述的一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法，其特征在于，所述步骤2测控装置设计及制造的步骤为：首先在闸阀(5)一端安装放水管道(8)，放水管道(8)与闸阀(5)管径一致，外径均为D1，在该放水管道(8)上焊接管道嵌固盘(6)，管道嵌固盘(6)内径为D1；在闸阀(5)与管道嵌固盘(6)之间安装水压力表(7)，用于监测承压岩溶水出水状况；闸阀(5)、放水管道(8)、管道嵌固盘(6)及水压力表(7)构成了探放系统的测控装置。
3.根据权利要求1所述的一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法，其特征在于，所述步骤3钻机底座进行地锚式加固的具体步骤为：清除表面浮干，开挖至一定深度，用混凝土浇筑成一个混凝土基座(10)，在混凝土基座(10)四周预埋4根钢梁(11)，焊接成为一个整体矩形框架，将液压潜孔钻机(4)嵌固在矩形框架内，然后用钢板梁(13)穿过液压潜孔钻机(4)的钻机底座(12)，用锚杆将此钢板梁(13)连同预埋的钢梁(11)一起锚固在混凝土基座(10)上，锚杆端部为带有螺帽的锚杆端部托盘(14)，通过其在端部施加预紧力，以满足承载力要求。
4.根据权利要求1所述的一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法，其特征在于，所述步骤5测控装置安装及加固步骤为：按照闸阀(5)的尺寸，在液压潜孔钻机(4)上安装冲击式大钻头，钻出大直径钻头钻取段，停止钻进，退出钻具；然后安装测控装置及测控装置外露出水段加固，将管道嵌固盘(6)的放水管道安装到大直径钻头钻取段内固定，用锚杆通过管道嵌固盘(6)上的预留锚杆孔(9)将管道嵌固盘(6)及整个测控装置锚固在隧道掌子面(1)上，并对测控装置与岩层的间隙采用注浆进行封闭并加固，以满足测控装置承受高承压岩溶水压力要求。
5.根据权利要求1所述的一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法，其特征在于，所述步骤7中高承压岩溶水的探放步骤为：打开闸阀(5)阀门，根据水压力表(7)监测承压岩溶水出水状况，以便决定闸阀(5)的打开程度，控制放水速度；水压力较大时，将闸阀(5)闸门调小；水压力较小时，将闸阀(5)阀门调大；当阀门完全打开水压力仍很小时，这时有两种可能：第一是小直径钻头钻取段(3)被岩土体介质颗粒堵住；第二是承压岩溶水已经基本探放完成；应采取的手段是：在液压潜孔钻机(4)重新安装小于闸阀(5)直径的钻头，打开闸阀(5)阀门，将钻杆通过闸阀(5)内及放水管道(8)钻进，以清除岩土体介质颗粒障碍达到继续探放承压岩溶水目的；若水压力仍较小，说明承压岩溶水已经基本探放完成。
6.根据权利要求1所述的一种隧道掘进过程中承压岩溶水的探放方法，其特征在于，所述液压潜孔钻机(4)采用ZLJ-400液压潜孔钻机。
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