CN107387116A - 一种隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，所施工隧道底板揭露岩层较完整，底板下方隐伏威胁底板长期稳定的泥质充填岩溶，其处治方法包括如下步骤：(1)隐伏岩溶探测；(2)钻孔、安装孔口管和进出水管；(3)隐伏岩溶泥质充填物抽取；(4)注入换填材料。该发明无需开挖隐伏岩溶上覆顶板便可完成充填物的换填施工，保证了岩溶上覆顶板的完整性，减小了爆破开挖工作量，节约了换填材料和施工费用，处治方法简便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，属于隧道施工技术。
背景技术
在地下水溶蚀作用下，石灰岩中碳酸钙在水和二氧化碳共同侵蚀作用下会转化为微溶于水的碳酸氢钙，长期溶蚀作用下岩体中会产生局部溶腔，在地质构造运动和地下水运移共同作用下，腔体局部产生掉块坍塌、外部泥质土体颗粒在溶腔内沉积，最终局部或全部充填溶腔。当岩溶发育位置隐伏于隧道底板下方时，在后期交通荷载、地下水渗流作用下极易造成岩溶上覆顶板断裂垮塌，当岩溶规模较小时易引道路坑洼起伏，影响行车舒适度，而较大规模岩溶则可能形成巨大坑洞，甚至引起重大交通事故和人员伤亡。
《铁路特殊路基设计规范》明确规定：裸露和埋藏较浅的溶洞可根据其大小、深度、所处位置及施工条件选择回填封闭、盖板跨越、支顶加固等措施处理；覆盖层厚度小于5m的溶洞和溶蚀裂隙发育带，采用注浆法加固时，浆液难以注入低孔隙率充填物中(如黏土)、浆液注入量少，致使注浆加固体强度提升不显著，在通行车辆荷载作用下也可能会引起岩溶上覆顶板断裂，并导致隧道局部沉陷变形，威胁通行车辆安全；采用注浆加固时，注浆深度应根据溶蚀裂隙发育情况或溶洞大小、顶板厚度、溶洞的厚跨比等综合确定，路基基底以下处理深度不宜小于10m，因此，对于隧道底板浅埋岩溶一般是采用明挖换填、注浆方法。当岩溶上覆顶板较硬、较厚时，采用换填加固必须要揭露充填物，普通的挖掘机设备无法破除上覆硬质顶板，必须采用钻爆法施工，开挖、回填工作量巨大，换填材料用量较多。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，以实现隧道底板隐伏岩溶泥质充填物快速换填的目的。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，包括如下步骤：
(1)隐伏岩溶探测：采用综合物探方法对隧道底部隐伏岩溶具体发育位置、规模、岩溶充填物性质进行探测，在底板上标出隐伏岩溶发育平面范围；
(2)钻孔、安装孔口管和进出水管：首先根据隐伏岩溶发育平面范围在底板上设计进水孔和出水孔，然后在底板上钻孔直至岩溶充填物顶面，最后在底板上安装孔口管、进水管和出水管；
(3)隐伏岩溶泥质充填物抽取：在进水管中注入高压清水，对岩溶充填物进行冲刷、切割，使岩溶泥质充填物形成液态泥水混合物，通过出水管将液态泥水混合物抽出；
(4)注入换填材料：将进水管拔出、并在相应的孔口管上安装孔口管阀门，通过出水管将换填材料由下而上注入隐伏溶腔中，保证出水管的出水口始终处于换填材料自由面以下、孔口管阀门处于打开状态，直至隐伏溶腔充满换填材料并从孔口管阀门溢出，关闭孔口管阀门和出水管阀门；待换填材料初凝后，拔出出水管和孔口管，可利用水泥浆封孔。
优选的，所述步骤(1)中，综合物探方法包括地质雷达、地震法、钻探法等。
优选的，所述步骤(2)中，进水孔和出水孔采用阵列方式间隔排列，比如正方形、梅花形、矩形等图形阵列。
优选的，所述步骤(2)中，进水管前端为锥形封口，在进水管前部包括锥形封口的区域布置有进水管的出水口；采用锥形封口可以方便进水管的深入和旋转，采用出水孔的设计而不是端口的设计，可以实现清水注入的喷射状态，提高岩溶泥质充填物与清水的混合速度。
优选的，所述步骤(2)中，进水管和出水管可选用具备一定刚度的材料，比如铁管、钢管、PVC管等。
优选的，所述步骤(3)中，采用能将岩溶泥质充填物水力劈裂的压力在进水管中注清水，自上而下冲刷、切割岩溶泥质充填物形成液态泥水混合物；冲刷过程中，上下移动和旋转进水管，加快岩溶泥质充填物与清水的混合；配合液态泥水混合物的位置，实时调整出水管的位置，及时将液态泥水混合物抽出。
优选的，所述步骤(4)中，换填材料为包含水泥、砂、碎石、粉煤灰或矿渣的无机配置材料，或有机化学充填材料；要求换填材料的密度必须大于清水的密度且不溶于水，使得注入换填材料过程中，清水始终位于上方，首先从孔口管阀门溢出的是清水，当仅有换填材料从孔口管阀门溢出时，关闭孔口管阀门，当出水管无法继续注入换填材料时，关闭出水管停止充填。
有益效果：本发明提供的隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，相对于现有技术，具有如下优势：1、采用综合物探方法能够有效标识地下隐伏岩溶的实际空间发育情况，提高岩溶处治全面性和针对性；2、无需采用爆破、冲击等方法揭露底板隐伏岩溶便可完成岩溶充填物的换填施工，对于处于坚硬底板影响范围内的较深岩溶，大大减少了现场开挖工作量，减少换填材料用量，节约了人工和材料成本；3、换填后隐伏岩溶顶板亦为完整岩体，能充分发挥顶板岩体自身的强度和承载特性，有效保证了岩溶地区隧道底板的强度和长期稳定；4、该方法现场施工工艺流程简便快捷、施工效率高。
附图说明
图1为本发明隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法的实施步骤流程图；
图2为本发明隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法的钻孔平面布置图；
图3为本发明隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法的钻孔剖面布置图；
图4为本发明隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法的进水管示意图；
图5为本发明隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法的出水管示意图；
图6为本发明隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法的充填物注入示意图；
图7为实施例给出的某测线地质雷达探测剖面图；
图8为实施例给出的隐伏岩溶发育平面范围；
图9为实施例给出的进出水孔位置图；
图10为实施例给出的某测线地质雷达复测剖面图。
图中：1-隐伏岩溶发育平面范围；2-进水孔；3-出水孔；4-孔口管；5-进水管；51-进水管的出水口；52-进水管阀门；6-出水管；61-出水管阀门；7-岩溶泥质充填物；8-液态泥水混合物；9-孔口管阀门；10-清水；11-换填材料；12-岩溶界面雷达反射波。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，主要包括以下步骤：
步骤一、隐伏岩溶探测
在隧道底板采用地质雷达按井字形布置测线进行底板岩溶扫描，根据各测线探测得到的岩溶发育边界，在底板上标示出隐伏岩溶发育平面范围1。
步骤二、钻孔、安装孔口管和进出水管
①在隐伏岩溶发育平面范围1范围内设计进水孔2和出水孔3的钻孔位置，将各钻孔钻至岩溶充填物顶面，安装孔口管4；
②对钻孔取出的岩溶泥质充填物7进行冲水试验，确定能破坏土质结构的水压P；
③在进水孔2和出水孔3的孔口管4中分别安装进水管5和出水管6；进水管5前端为锥形封口，在进水管5前部包括锥形封口的区域布置有进水管的出水口51，在进水管5尾端设置有进水管阀门52；在出水管6尾端设置有出水管阀门61。
步骤三、隐伏岩溶泥质充填物抽取
①打开进水管阀门51，在进水管5中注入压力大于等于P的清水，保证进水管5前部的出水口51处于岩溶泥质充填物7中，通过进水管5的上下移动和旋转，增强水射流对岩溶泥质充填物7的切割和搅拌作用，将岩溶泥质充填物与清水混合为液态泥水混合物8；
②打开出水管阀门61，利用水泵将隐伏溶腔内的液态泥水混合物8通过出水管6抽出；
③利用进水管5和出水管6将岩溶泥质充填物7自上而下全部抽出，直至隐伏溶腔内充满清水10。
步骤四、注入换填材料
①将进水管5拔出，在进水孔2的孔口管4上安装孔口管阀门9，并将孔口管阀门9打开；
②利用出水管6将换填材料11自下而上注入隐伏溶腔，保证出水管6的出水口始终处于换填材料11的自由面以下，在注入换填材料11时隐伏溶腔内的清水10将从进水孔2溢出；
③当进水孔2的溢出物全部为换填材料11时，关闭孔口管阀门9，当出水口3无法继续注入换填材料11时，关闭出水管阀门61；
④待换填材料11初凝后，将孔口管4和出水管6拔出，采用水泥浆封钻孔。
下面结合实施例对本发明做出进一步的说明。
徐州地铁某矿山法开挖隧道前期勘察资料显示DK20+970～DDK21+030里程段在底板下含有隐伏岩溶，岩溶为泥质充填，约在底板下1～2.5m深度范围。隧道开挖后采用采用SIR3000地质雷达和400MHz天线对该里程范围进行了精细探测，测线间距1.0m，某测线地质雷达探测剖面图如图7所示。
根据上述某测线地质雷达探测剖面图上的岩溶界面雷达反射波12的位置，圈定隐伏岩溶发育平面范围1，并分析得出岩溶上覆顶板基本为完整岩石。基于隐伏岩溶发育平面范围1，设计进水孔2和出水孔3的位置，进水孔2和出水孔3间隔布置，孔间距2.0m。在钻孔的过程中揭露地下岩溶发育情况：隐伏岩溶位于底板下约1.5～2.0m、平均厚度1.5m、充填有泥质充填物7、采用1.0MPa的高压水射流可将泥质结构冲散。在安装进水管5和出水管6后，通过进水管5注入高压水射流，由出水管6将液态泥水混合物8抽出，从而将隐伏溶腔内岩溶泥质充填物7全部冲出。之后通过出水管6向隐伏溶腔内注入混凝土直至充满溶腔，拔出出水管6和孔口管4，并利用水泥浆进行封孔。
换填七天后采用地质雷达对充填效果进行了探测，对图7岩溶区域进行复测结果如图10所示，探测剖面显示原岩溶界面和溶腔内部无明显反射波，表明溶腔内已无低波阻抗介质(泥质充填物)，换填效果良好。从前期探测至后期完成换填，该区域岩溶换填工作仅用了3天时间，大大提高了工作效率、降低了劳动强度，总费用为原开挖换填费用的1/2，大大节约了工程造价。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)隐伏岩溶探测：采用综合物探方法对隧道底部隐伏岩溶具体发育位置、规模、岩溶充填物性质进行探测，在底板上标出隐伏岩溶发育平面范围；
(2)钻孔、安装孔口管和进出水管：首先根据隐伏岩溶发育平面范围在底板上设计进水孔和出水孔，然后在底板上钻孔直至岩溶充填物顶面，最后在底板上安装孔口管、进水管和出水管；
(3)隐伏岩溶泥质充填物抽取：在进水管中注入高压清水，对岩溶充填物进行冲刷、切割，使岩溶泥质充填物形成液态泥水混合物，通过出水管将液态泥水混合物抽出；
(4)注入换填材料：将进水管拔出、并在相应的孔口管上安装孔口管阀门，通过出水管将换填材料由下而上注入隐伏溶腔中，保证出水管的出水口始终处于换填材料自由面以下、孔口管阀门处于打开状态，直至隐伏溶腔充满换填材料并从孔口管阀门溢出，关闭孔口管阀门和出水管阀门。
2.根据权利要求1所述的隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，其特征在于：所述步骤(1)中，综合物探方法包括地质雷达、地震法、钻探法。
3.根据权利要求1所述的隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，其特征在于：所述步骤(2)中，进水孔和出水孔采用阵列方式间隔排列。
4.根据权利要求3所述的隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，其特征在于：所述步骤(2)中，进水孔和出水孔采用正方形、梅花形、矩形阵列方式间隔排列。
5.根据权利要求1所述的隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，其特征在于：所述步骤(2)中，进水管前端为锥形封口，在进水管前部包括锥形封口的区域布置有进水管的出水口。
6.根据权利要求1所述的隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，其特征在于：所述步骤(2)中，进水管和出水管为铁管、钢管、PVC管。
7.根据权利要求1所述的隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，其特征在于：所述步骤(3)中，采用能将岩溶泥质充填物水力劈裂的压力在进水管中注清水，自上而下冲刷、切割岩溶泥质充填物形成液态泥水混合物；冲刷过程中，上下移动和旋转进水管，加快岩溶泥质充填物与清水的混合。
8.根据权利要求1所述的隧道底板隐伏泥质充填岩溶换填处治方法，其特征在于：所述步骤(4)中，换填材料为包含水泥、砂、碎石、粉煤灰或矿渣的无机配置材料，或有机化学充填材料。
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