CN107288656B - 一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法 - Google Patents

Abstract

本发明所示的一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，包括如下步骤：测掌子面前的岩体质量；当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，进行超前预注浆；对掌子面后洞壁上的岩体进行后加固，所述水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，在洞室开挖过程中，对掌子面之前的岩体情况进行超前预测，并进行预注浆处理，使岩体的压力保持均衡，有效消除掌子面前推过程中，洞壁围岩由于压力不均衡而造成的剪切，张拉，位移等破坏；对掌子面之后的岩体及时加固，进一步消除压力不均衡对洞室造成的不利影响，使水封储库的围岩因压力均衡而形成主动承载体系，增强洞室的稳固性和安全性。

Description

一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法

技术领域

本发明涉及地下水封洞库技术领域，特别是涉及一种地下水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法。

背景技术

地下水封储油洞库，就是在稳定的地下水位以下开挖岩洞，且洞壁不衬砌，利用洞库周围的地下水封堵岩体裂隙，实现封存油品的目的；围岩长期稳定是大型地下水封储库建设中面临的核心问题之一。大型地下水封储库具有大断面、大跨度洞室密集交错，无衬砌，开挖后无结构性回填，洞室内油气水共存，后期不具备维护条件等特点；国家标准工程岩体分级将岩体分为I～V类，可将第III类进一步细分为III1类和III2类，将IV类进一步细分为IV1类和IV2类；不同岩体质量类型的岩体对洞室开挖能够造成不同的剪切破坏、张拉破坏等影响，总体来说：

(1)岩体质量类型由I～V类依次变差，对洞室开挖过程造成的不利影响也对应增大。

(2)当岩体质量差于III1类时，密集洞室开挖后两相邻洞室间岩柱内竖向应力集中叠加，在洞壁附近引起径向拉应力增大，容易造成洞周岩体环向开裂、岩壁逐层剥落坍塌等现象，使得名义洞径逐步扩大，更进一步加重了应力叠加的程度，给洞室的长期安全稳定造成隐患。岩体质量差于IV1类，岩体本身已经难以自承载并会出现过大损伤区，已不宜采用现有断面形式。

(3)当断层破碎带穿过洞室断面时，如图1中所示，如果破碎带内的岩体质量与两侧岩体质量相差1.5类及以上时，断层破碎带在竖向高应力作用下，洞壁附近产生的径向挤出效应导致与其相邻的岩体1径向受拉破坏，引起岩体损伤或加重已有的损伤范围。现有技术采用传统的锁口锚杆2，对破碎带进行支护并不能从本质上改变破碎带岩体的质量，难以阻止破碎带挤出效应产生的径向破坏。而且锚杆穿过两侧岩体又会造成新的渗漏通道，影响地下水封储库的水封安全；

(4)洞室开挖过程中，约占90％的位移发生在掌子面前(未开挖)10m和掌子面后(已开挖)20m范围内。

对于以上洞室开挖过程中出现的问题，传统的设计与施工方法仍然采用锚杆加挂网喷浆的方式进行支护，现有的喷锚支护系统采用系统锚杆把围岩破碎区域的岩体挂在内部岩体上，并且通过随机锚杆和锁口锚杆对破碎带进行加固，系统锚杆长度通常为6m，随机锚杆和锁口锚杆则更长。但是通过上述分析，锚杆锚在高应力区的长期效果有待观测，且锚杆支护时机通常为距掌子面50m之后，此时90％的围岩变形已经完成，损伤区已经形成，对围岩的长期稳定不利。并且对于大型地下水封储库需要保水施工的要求，布置系统锚杆又会对新鲜岩体产生破坏，造成新的渗漏点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明针对大型地下水封储库的特点，提出一套围岩主动承载体系的构筑方法，以保证大型地下水封储库围岩长期稳定。本发明提出一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，包括如下步骤：

预测掌子面前的岩体质量；

当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，进行超前预注浆；特别是预测结果中，相邻岩体之间进行比较，对其中岩体质量较差的岩体所在区域进行预注浆；

对掌子面后洞壁上的岩体进行后加固。

进一步地，所述预测掌子面前的岩体质量包括：

预测掌子面前10～20m范围内的岩体质量；

进一步地，所述对掌子面后洞壁上的岩体进行后加固包括：

对掌子面后洞壁上的岩体进行混凝土喷护。

进一步地，所述对掌子面后洞壁上的所述岩体进行后加固包括：

当掌子面后洞壁上的相邻岩体质量类型差别在1.5类以上时，对岩体质量较差的岩体进行注浆。

进一步地，所述对掌子面后洞壁上的所述岩体进行后加固包括：

对掌子面后洞壁上的断层破碎带岩体进行混凝土置换。

进一步地，所述对掌子面后洞壁上的断层破碎带岩体进行混凝土置换包括：

对掌子面后洞壁上断层破碎带质量小于IV1类的岩体进行混凝土置换。

进一步地，所述预测掌子面前10～20m范围内的岩体质量包括：

采用地质雷达、和/或超声波、和/或数字平台中的破碎带预测方法对所述掌子面前10～20m范围内的岩体质量进行预测。

进一步地，所述水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，还包括：

当发现渗水时，围绕出水点为中心布孔排水；

在渗水位置4～6m深度内进行封堵。

本发明所述的水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，在洞室开挖过程中，对掌子面之前的岩体情况进行超前预测，在检测到岩体之间存在岩体质量类型的差别，并且差别在1.5类以上时，进行预注浆处理，使岩体的压力保持均衡，有效消除掌子面前推过程中，洞壁围岩由于压力不均衡而造成的剪切，张拉，位移等破坏；当发现掌子面之后的岩体差别仍在1.5类以上时，则及时采用注浆或混凝土置换等方式进行加固，进一步消除压力不均衡对洞室造成的不利影响，进而使水封储库的围岩因压力均衡而形成主动承载体系，增强洞室的稳固性和安全性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是现有技术中对洞室围岩的加固方式示意图。

图2是本发明实施例1所述构筑方法的流程图。

图3是本发明实施例2所述构筑方法的流程图。

图4是本发明实施例3所述构筑方法的流程图。

图5是本发明实施例4所述构筑方法的流程图。

图6是本发明实施例5所述构筑方法的流程图。

图7是本发明实施例6所述构筑方法的流程图。

图8是本发明实施例7所述构筑方法的流程图。

图9是本发明实施例8所述构筑方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

如图2中所示，本实施例所述的一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，包括如下步骤：

步骤S1：预测掌子面前的岩体质量；

步骤S2：当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，进行超前预注浆；特别是预测结果中，相邻岩体之间进行比较，对其中岩体质量差的岩体所在区域进行预注浆；

步骤S3：对掌子面后洞壁上的岩体进行后加固。

本实施例所述的水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，在洞室开挖过程中，对掌子面之前的岩体情况进行超前预测，在检测到岩体之间存在岩体质量类型的差别，并且差别在1.5类以上时，进行预注浆处理，使岩体的压力保持均衡，有效消除掌子面前推过程中，洞壁围岩由于压力不均衡而造成的剪切，张拉，位移等破坏；对掌子面之后的岩体及时加固，进一步消除压力不均衡对洞室造成的不利影响；若对掌子面前岩体的预测结果显示，相邻岩体之间的差别小于1.5类，则不进行预注浆处理，直接进行洞室开挖向前推进掌子面，再对掌子面后的岩体进行及时加固；进而使水封储库的洞壁围岩因压力均衡而形成主动承载体系，增强洞室的稳固性和安全性。

实施例2

如图3中所示，本实施例所述的一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，包括如下步骤：

步骤S21：预测掌子面前10m范围内的岩体质量，根据实际经验和理论模拟，对洞室开挖进程中掌子面前10～20m范围内的岩体质量类型进行预测，可得到较好的预测结果；

步骤S22：当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，进行超前预注浆；

步骤S23：对掌子面后洞壁上的岩体进行后加固。

本实施例通过对掌子面前10m范围内的岩体质量进行预测，在当岩体质量类型差别较大时，进行预注浆，开挖后，对掌子面之后的洞壁岩体再进行加固，使洞室的围岩压力均衡而形成主动承载体系，进而提升洞室的稳固性和安全性。

实施例3

如图4所示，本实施例所述的一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，包括如下步骤：

步骤S31：预测掌子面前12m范围内的岩体质量；

步骤S32：当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，对岩体质量较差的岩体进行超前预注浆；

步骤S33：对掌子面后洞壁上的岩体进行混凝土喷护。

本实施例是对掌子面之前的岩体进行预测，当预测结果显示，相邻岩体之间的差异在1.5类以上时，即相邻岩体中，其中的一部分岩体质量较差以至于在洞室开挖完成后不足以形成足够的抗压力，而影响洞室安全，对其进行预注浆处理，随着洞室开挖，掌子面向前推进，对掌子面后的洞壁岩体进行混凝土喷护，使之形成足够的支撑力，进而使洞壁岩体与混凝土喷护层共同形成主动承载体系，提升洞室的安全性和稳固性。

实施例4

如图5所示，本实施例所述的一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，包括如下步骤：

步骤S41：预测掌子面前12m范围内的岩体质量；

步骤S42：当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，对岩体质量较差的岩体进行超前预注浆；

步骤S43：当掌子面后洞壁上的相邻岩体质量类型差别在1.5类以上时，对岩体质量较差的岩体进行注浆。

通过实际经验和理论测算，相邻岩体之间的岩体质量类型差别大于1.5类时，由于洞室开挖后，洞壁上岩体之间相互挤压容易造成位移形变，在发现有差别在1.5类以的岩体，则对其中岩体质量较差的岩体进行及时注浆处理，使处理后的洞壁岩体能够形成环向压应力，形成主动承载体系，提升洞室的安全性和稳固性。

实施例5

如图6所示，本实施例所述的一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，包括如下步骤：

步骤S51：预测掌子面前15m范围内的岩体质量；

步骤S52：当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，对岩体质量较差的岩体进行超前预注浆；

步骤S53：对掌子面后洞壁上的断层破碎带岩体进行混凝土置换；特别是对洞壁围岩2m深度内的断层破碎带进行补强加固或者混凝土置换。

本实施例是在实施例2的基础上，若发现掌子面后的洞壁上，有断层破坏带岩体，则及时将其用混凝土进行置换，使洞壁上该位置有足够强的抗压力，使其与其他位置岩体能够形成均衡的环向压应力，进而形成主动承载体系，提升洞室的稳固性。

实施例6

如图7所示，本实施例所述的一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，包括如下步骤：

步骤S61：测掌子面前20m范围内的岩体质量；

步骤S62：当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，对岩体质量较差的岩体进行超前预注浆；

步骤S63：对掌子面后洞壁上断层破碎带质量小于IV1类的岩体进行混凝土置换。

本实施例是在实施例4的基础上，若发现掌子面后的洞壁上有断层破坏带岩体，且所述断层破坏带岩体质量小于IV1类，则及时将其用混凝土进行置换，使洞壁上该位置有足够强的抗压力，若注浆后要达到III2类岩体质量的抗压力，经过粗略计算，破碎带内注入的水泥浆材料至少需达到约15MPa的抗压强度，再考虑到岩体注浆材料不一定能充分填满裂隙，所以材料的抗压强度至少要在6个小时达到25MPa；将断层破碎带进行置换后，使其与其他位置岩体能够形成均衡的环向压应力，进而形成主动承载体系，提升洞室的稳固性和安全性。

实施例7

如图8所示，本实施例所述的一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，包括如下步骤：

步骤S71：采用地质雷达、和/或超声波、和/或数字平台中的破碎带预测方法对所述掌子面前15m范围内的岩体质量进行预测；

步骤S72：当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，对岩体质量较差的岩体进行超前预注浆；

步骤S73：对掌子面后洞壁上断层破碎带质量小于IV1类的岩体进行混凝土置换。

所述地质雷达、超声波为较为成熟的地质超前预报采用方法，数字平台中的破碎带预测也是行业内普遍认可的岩体质量测算方法，掌子面之前的岩体质量测算是本申请所述方法的第一步骤，较为准确的预测结果，可使后续的预注浆，及掌子面后的后加固的操作更加准确高效，最终使洞壁围岩形成主动承载体系，提升洞室的稳固性和安全性。

实施例8

如图9所示，本实施例所述的一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，包括如下步骤：

步骤S81：采用地质雷达、和/或超声波、和/或数字平台中的破碎带预测方法对所述掌子面前20m范围内的岩体质量进行预测；

步骤S82：当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，对岩体质量较差的岩体进行超前预注浆；

步骤S83：对掌子面后洞壁上断层破碎带质量小于IV1类的岩体进行混凝土置换；

步骤S84：当发现渗水时，围绕出水点为中心布孔进行排水；

步骤S85：在渗水位置6m深度内进行封堵。

本实施例中步骤S81-S83的实施方式，请参见实施例7中说明，在此不再赘述；在上述各步骤实施过程中或实施后，若发现渗水时，围绕出水点为中心布孔进行排水；在渗水位置6m深度内进行封堵，及时消除因渗水而对洞室的开挖造成的不利影响，从而使洞壁围岩经过掌子面之前的预注浆，及掌子面之后的后处理，保证洞室围岩的环向压应力足够均衡，进而保障洞室的稳固性和安全性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，其特征在于，包括：

预测掌子面前10～20m范围内的岩体质量，包括：采用地质雷达、和/或超声波、和/或数字平台中的破碎带预测方法对所述掌子面前10～20m范围内的岩体质量进行预测；

当预测结果为相邻岩体的岩体质量类型差别在1.5类以上时，进行超前预注浆；

对掌子面后洞壁上的岩体进行后加固，其包括对掌子面后洞壁上的岩体进行混凝土喷护，以及当掌子面后洞壁上的相邻岩体质量类型差别在1.5类以上时，对岩体质量较差的岩体进行注浆；

其中，当发现渗水时，围绕出水点为中心布孔排水；在渗水位置4～6m深度内进行封堵。

2.根据权利要求1所述水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，其特征在于，所述对掌子面后洞壁上的岩体进行后加固包括：

对掌子面后洞壁上的断层破碎带岩体进行混凝土置换。

3.根据权利要求2所述水封洞库围岩主动承载体系的构筑方法，其特征在于，所述对掌子面后洞壁上的断层破碎带岩体进行混凝土置换包括：

对掌子面后洞壁上断层破碎带质量小于IV1类的岩体进行混凝土置换。