CN108520113A - 一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法 - Google Patents

一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108520113A
CN108520113A CN201810237573.4A CN201810237573A CN108520113A CN 108520113 A CN108520113 A CN 108520113A CN 201810237573 A CN201810237573 A CN 201810237573A CN 108520113 A CN108520113 A CN 108520113A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tunnel
section
subregion
prominent
grouting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810237573.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108520113B (zh
Inventor
黄世武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GUANGXI XINDA HIGHWAY CO Ltd
Original Assignee
GUANGXI XINDA HIGHWAY CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GUANGXI XINDA HIGHWAY CO Ltd filed Critical GUANGXI XINDA HIGHWAY CO Ltd
Priority to CN201810237573.4A priority Critical patent/CN108520113B/zh
Publication of CN108520113A publication Critical patent/CN108520113A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108520113B publication Critical patent/CN108520113B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
    • Y02A10/40—Controlling or monitoring, e.g. of flood or hurricane; Forecasting, e.g. risk assessment or mapping

Abstract

本发明公开了一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法，包括工地现场采集数据，通过勘察与试验获得隧道掌子面前方区段断面各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数、腔洞对等效断面各分区的边界影响系数，估算掌子面前方区段代表断面各分区的突涌强度和等效断面的突涌烈度，确定掌子面前方区段地段的突涌隐患程度；设定帷幕注浆加固区的治理质量目标，估算帷幕注浆治理有效半径分别达到1r、3r、5r时，相应的等效断面突涌烈度G1、G2、G3；建立以r为横轴、以G为纵轴的平面坐标系，标注上(1r，G1)、(3r，G2)、(5r，G3)坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来，最后找到该曲线上的坐标点(nr，+64％)，此时，nr即为所对应的有效治理半径，将nr减去注浆影响半径即得到估算的帷幕注浆加固半径。

Description

一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法
技术领域
本发明涉及隧道与地下工程突涌灾害分析方法，具体涉及一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法。
背景技术
存在严重突涌隐患的隧道段，或者已经发生了较大突涌灾害的隧道溃口段，需要采用帷幕注浆的办法来加固围岩，为后续开挖掘进工作提供安全条件。帷幕注浆设计，首先遇到的难题就是帷幕注浆加固半径为多大才合适，这个问题长期以来困扰着隧道设计人员。为了解决实际问题，人们普遍使用的是理论计算法或经验类比法，张民庆等在《地下工程注浆技术》一书中较系统地介绍了该两传统方法。
所谓经验类比法，就是参考类似存在突涌灾害的历史典型隧道的成功做法及数据，对帷幕注浆来说，主要参考帷幕注浆加固半径。类比法，也是较为科学的方法，但实际操作人员由于没有固定化的公式参照，或使用类比的案例不合适实际隧道，再或者对类比案例的情况与数据掌握不全面，还有个人的主观意见与实际情况存在较大偏离等等，均会影响到类比实施效果。而理论计算则没有考虑到隧道断面和区段的水文地质情况分布不一定均匀的情况，计算结果与实际存在较大偏差。为此，有必要提出一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法，以帮助设计人员更科学、准确地确定隧道帷幕注浆半径，并在实施上取得更好的成效。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法。该估算隧道帷幕注浆加固半径的方法能够更有效的帮助设计人员更科学、准确地确定隧道帷幕注浆半径，并在实施上取得更好的成效。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法，包括工地现场采集数据，通过勘察与试验获得隧道掌子面前方区段断面各分区的水压与围岩强度，估算掌子面前方区段代表断面的突涌烈度，按公式计算各分区的突涌强度和等效断面的突涌烈度，确定掌子面前方区段地段的突涌隐患程度，设定帷幕注浆加固区的治理质量目标，估算帷幕注浆治理有效半径分别达到1r、3r、5r时，相应的等效断面突涌烈度G1、G2、G3，建立以r为横轴、G为纵轴的平面坐标系，标注上(1r，G1)(3r，G2)(5r，G3)坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来，最后找到该曲线上的坐标点(nr，+64％)，此时，nr即为所对应的有效治理半径，将nr减去注浆影响半径即得到估算的帷幕注浆加固半径；其具体步骤如下：
步骤1：工地现场采集数据
(1)采用常规勘探手段获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度；
(2)通过钻孔引排水法、孔隙水压测量仪器、灌水或灌浆压力致裂法、测量水位差转换为水压等方法测量水压并获得水压数据；
(3)通过常规手段对围岩岩性进行分析和探明腔洞情况，推断围岩颗粒调整系数ε和腔洞对等效断面各分区的边界影响系数ξ。
步骤2：判断与确定隧道掌子面前方区段的突涌属性
对于圆形隧道(其半径为r)，当隧洞某掌子面的围岩被开挖时，其断面出现应力-应变调整，根据断面应力-应变调整关系，将调整半径范围为5r的圆形断面确定为深埋圆形隧道的等效断面(如图3所示)；
对于非圆形隧道，则以隧道断面的中心为圆心，以开挖轮廓线距离圆心的最大距离为半径r，绘制得一个小圆形，以该小圆的圆心为中心，半径为5r绘制一个大圆，则该大圆确定为深埋非圆形隧道的等效断面(如图4和图5所示)；
将等效断面划分为25个分区，每个分区的大小为2r×2r的正方形，几何分区得到了一个10r×10r的大正方形(如图6所示)；
(1)估算掌子面前方区段代表等效断面25个分区的突涌形态系数
Ji＝ε×P水/R围
式中：Ji为突涌源形态系数，属于无纲量指标；
ε为修正系数或调整系数，属于无纲量指标；对于非粉细砂性土、岩石，取值为1.0；粉细砂取值为1.05；
P水为隧道围岩地下水水压力，MPa；
R围为隧道围岩轴心抗压强度，MPa。
(2)估算掌子面前方区段代表等效断面25个分区的突涌强度
Qi＝Ji×Νi×ξ
式中：Qi表示分区突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数；计算突涌强度时，J的取值范围为0≤J≤10-1，当J＞10-1时，一律按10-1取值；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数，按如下情况对应取值：
①当分区的边界为充水充泥腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.2，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.10，分区位于隧道之下时ξ取1.05；
②当分区的边界为充水腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.10，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.05，分区位于隧道之下时ξ取1.03；
③当分区的边界为干腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.05，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.03，分区位于隧道之下时ξ取1.0；
④当分区的边界为非腔洞时，ξ取1.0。
(3)估算掌子面前方区段代表等效断面的突涌强度
Q总＝∑Qi＝∑(Ji×Νi×ξ)
式中：Q总表示隧道等效断面突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数；
(4)估算掌子面前方区段代表等效断面的突涌烈度
G＝(Q总-Q基准)/Q基准＝(Q总-7.86)/7.86
式中：G为实际等效断面的突涌烈度，是表示相对于隧道基准等效断面，隧道实际等效断面突涌隐患的相对强弱程度，属于无纲量；
Q总为隧道实际等效断面的突涌强度；
Q基准为隧道基准等效断面的突涌强度，取值为7.86；
(5)判断掌子面前方区段的突涌隐患属性
①当-100％≤G＜0时，属于非突涌区，不需要治理；
②当0≤G≤+64％时，属于突涌过渡区，不需治理；
③当+64％＜G≤+900％时，属于一般突涌隐患区，需要治理；
④当G＞+900％时，属于特殊突涌隐患区，需要治理；
步骤3：确定隧道掌子面前方区段帷幕注浆加固的治理质量目标
(1)确定与治理质量目标相关的技术指标
①帷幕注浆加固半径
帷幕注浆加固半径＝帷幕注浆加固有效半径-注浆有效影响半径＝r+帷幕注浆加固厚度
上式：注浆有效影响半径，通过经验公式估算或通过注浆试验得到，一般取值为2.5米；
(2)确定帷幕注浆有效加固区域的治理质量目标
帷幕注浆加固后，在有效加固区内的各隧道分区，突涌源形态系数J值小于10-2；
有效加固区以外的隧道各分区，突涌源形态系数保持原来的J值不变；
(3)假设帷幕注浆加固有效半径
假设帷幕注浆加固有效半径分别达到1r、3r、5r时，依据治理质量目标，分别计算对应的隧道等效断面虚拟突涌烈度G1、G2、G3；
步骤4：估算注浆加固有效半径
(1)建立以r为横轴、G为纵轴的平面坐标系，并标注上(1r，G1)、(3r，G2)、(5r，G3)对应的坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来；
(2)在该曲线上，以+64％为纵坐标，找到坐标点(nr，+64％)，nr确定为帷幕注浆加固有效半径；
步骤5：估算帷幕注浆加固半径或厚度
(1)帷幕注浆加固半径＝nr-2.5
(2)帷幕注浆加固厚度＝nr-r-2.5。
作为技术的进一步改进，所述步骤1中采用的常规勘探手段为钻探、坑探、无损探测及超前预报的多个组合获取围岩强度数据。
作为技术的进一步改进，所述步骤2中在估算掌子面前方区段代表等效断面的突涌强度时，J的取值范围为0≤J≤10-1，当J＞10-1时，一律取值为10-1。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明与现有技术相比，本发明充分考虑了隧道断面和区段水文地质分布不一定均匀、开挖所导致的纵横向影响等综合因素，能够较准确的判断隧道帷幕注浆半径，并在实施上取得更好的成效，为后续的治理提供依据。
2、使用本发明方法分析、治理突涌隐患或灾害，将获得较好的社会效益、经济效益和生态效益。
附图说明
附图1为本发明实施例1中的胡麻岭隧道注浆半径估算曲线图，图中，横轴上的r表示注浆半径，纵轴上的G表示隧道等效断面的突涌烈度，工况1曲线表示达到第一种治理质量目标时不同注浆半径与相应G的变化曲线，工况2曲线表示达到第二种治理质量目标时不同注浆半径与相应G的变化曲线；
附图2为本发明实施例2中的均昌隧道帷幕注浆半径估算曲线图，图中，横轴上的r表示注浆半径，纵轴上的G表示隧道等效断面的突涌烈度，图中曲线表示在特定水文地质情况时不同注浆半径与相应G的变化曲线；
附图3为本发明的深埋圆形隧道等效断面图，图中，小圆表示隧道开挖轮廓面，大圆表示隧道等效断面，数字1表示1倍隧道开挖半径，数字2表示2倍隧道开挖半径，数字3表示3倍隧道开挖半径，数字4表示4倍隧道开挖半径，数字5表示5倍隧道开挖半径；
附图4为本发明的深埋非圆形隧道矩形形状隧道等效断面图，图中，矩形表示隧道开挖轮廓面的实际形状，小圆表示矩形隧道简化为圆形隧道，大圆表示隧道等效断面，1r表示1倍隧道开挖半径，2r表示2倍隧道开挖半径，3r表示3倍隧道开挖半径，4r表示4倍隧道开挖半径，5r表示5倍隧道开挖半径；
附图5为本发明的深埋非圆形隧道直墙式隧道等效断面图，图中，非规则矩形表示直墙式隧道开挖轮廓面的实际形状，小圆表示直墙式隧道简化为圆形隧道，大圆表示隧道等效断面，1r表示1倍隧道开挖半径，2r表示2倍隧道开挖半径，3r表示3倍隧道开挖半径，4r表示4倍隧道开挖半径，5r表示5倍隧道开挖半径；
附图6为本发明的隧道等效断面25个分区示意图，图中，数字1表示1倍隧道开挖半径，数字2表示2倍隧道开挖半径，数字3表示3倍隧道开挖半径，数字4表示4倍隧道开挖半径，数字5表示5倍隧道开挖半径，小圆表示隧道开挖轮廓面，大圆表示隧道圆形等效断面，中圆表示弹塑性区与塑性区的分界，与隧道圆形等效断面相切的大正方形称为隧道正方形等效断面，该两等效断面统称为隧道等效断面，与小圆相切的小正方形是隧道等效断面轴对称分区之一，按对称原则还有24个轴对称分区。
具体实施方式
实施例1兰渝铁路胡麻岭隧道部分路段注浆加固厚度估算
一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法，包括工地现场采集数据，通过勘察与试验获得隧道掌子面前方区段断面各分区的水压与围岩强度，估算掌子面前方区段代表断面各分区的突涌强度和等效断面的突涌烈度；确定掌子面前方区段地段的突涌隐患程度，设定帷幕注浆加固区的治理质量目标；估算帷幕注浆治理有效半径分别达到1r、3r、5r时，相应的等效断面突涌烈度G1、G2、G3，建立以r为横轴、以G为纵轴的平面坐标系，标注上(1r，G1)、(3r，G2)、(5r，G3)坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来，最后找到该曲线上的坐标点(nr，+64％)，此时，nr即为所对应的有效治理半径，将nr减去注浆影响半径即得到估算的帷幕注浆加固半径。
兰渝铁路胡麻岭隧道，穿越富水第三系粉细砂段超过2000米长，历时9年才全线贯通，其中一段隧道长173米耗时6年，是当今世界突涌灾害典型隧道。水压为0.4MPa，天然饱和强度为0.8～2.67MPa，制成试件后能够达到2.46～7.58MPa。隧道等效断面内水文地质条件总体相对较均匀。
其具体步骤如下：
步骤1：工地现场采集数据
(1)采用常规勘探手段钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度；
(2)通过钻孔引排水法、孔隙水压测量仪器、灌水或灌浆压力致裂法、测量水位差转换为水压等方法测量水压并获得水压数据；
(3)通过常规手段对围岩岩性进行分析和探明腔洞情况，推断围岩颗粒调整系数ε和腔洞对等效断面各分区的边界影响系数ξ。
步骤2：判断与确定隧道掌子面前方区段段的突涌属性
(1)估算掌子面前方区段代表等效断面25个分区的突涌形态系数
Ji＝ε×P水/R围
由于隧道等效断面内水文地质条件总体相对较均匀，等效断面内25个分区的突涌形态系数均相同；
根据突涌源形态参数表中的围岩自稳状态、地下水运动状态和突涌源形态系数J所处的力学变形区域来区分突涌源形态，共分为6类突涌源形态，6类突涌源形态如下表1；
表1：突涌形态类型与突涌源形态系数区间
J值区间 0≤J＜1x10-4 1x10-4≤J＜1x10-3 1x10-3≤J＜1x10-2 1x10-2≤J＜1x10-1 1x10-1≤J＜0.6×100 0.6×100＜J≤1.0×100
形态类型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
①J1＝0.4/0.8＝5/10，突涌源形态为第Ⅴ类，属于突泥涌水灾害；
②J2＝0.4/2.67＝1.5/10，突涌源形态为第Ⅴ类，属于突泥涌水灾害；
(2)估算掌子面前方区段代表等效断面25个分区的突涌强度
Qi＝Ji×Νi×ξ
式中：Qi表示分区突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数；计算突涌强度时，J的取值范围为0≤J≤10-1，当J＞10-1时，一律按10-1取值；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数，按如下情况对应取值：
①当分区的边界为充水充泥腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.2，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.10，分区位于隧道之下时ξ取1.05；
②当分区的边界为充水腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.10，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.05，分区位于隧道之下时ξ取1.03；
③当分区的边界为干腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.05，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.03，分区位于隧道之下时ξ取1.0；
④当分区的边界为非腔洞时，ξ取1.0。
此时，由于J1和J2均大于10-1，所以J取值为10-1；由于无腔洞，所以ξ取值为1.0；这样，隧道等效断面25个分区的突涌强度如下表2所示；
表2：等效断面各分区突涌强度表
(3)估算掌子面前方区段代表等效断面的突涌强度
Q总＝∑Qi＝∑(Ji×Νi×ξ)＝78.6
(4)估算掌子面前方区段代表等效断面的突涌烈度
G＝(Q总-Q基准)/Q基准＝(Q总-7.86)/7.86＝(78.6-7.86)/7.86＝+900％。
(5)判断掌子面前方区段隧道段的突涌隐患属性
①若-100％≤G＜0，属于非突涌区，不需要治理；
②若0≤G≤+64％，属于突涌过渡区，不需治理；
③若+64％＜G≤+900％，属于一般突涌隐患区，需要治理；
④若G＞+900％，属于特殊突涌隐患区，需要治理；
由于G＝+900％，所以该断面及所代表的隧道段属于一般突涌隐患区，需要治理；
步骤3：确定隧道掌子面前方区段段帷幕注浆加固的治理质量目标；
(1)确定与治理质量目标相关的技术指标
帷幕注浆加固半径＝帷幕注浆加固有效半径-注浆有效影响半径＝r+帷幕注浆加固厚度
上式：注浆有效影响半径，通过经验公式估算或通过注浆试验得到，一般取值为2.5米；
(2)确定帷幕注浆有效加固区域的治理质量目标
帷幕注浆加固后，在有效加固区内的各隧道分区，突涌源形态系数J值小于10-2；
有效加固区以外的隧道各分区，突涌源形态系数J值保持不变；
对注浆治理体的质量目标是：目标质量工况1的围岩强度为6.0MPa，水压为0.05Mpa；目标质量工况2的围岩强度为7.0MPa，水压为0.01Mpa；
(3)假设帷幕注浆加固有效半径
假设帷幕注浆加固有效半径分别达到1r、3r、5r时，依据治理质量目标，分别计算对应的等效断面虚拟突涌烈度G1、G2、G3，如下表3所示；
表3：等效断面突涌烈度
治理半径 1r 3r 5r
工况1 550％ 114％ -28％
工况2 524％ 55％ -86％
步骤4：估算注浆加固有效半径
(1)建立以r为横轴、G为纵轴的平面坐标系，并标注上(1r，G1)、(3r，G2)、(5r，G3)对应的坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来(如图1所示)；
(2)在该曲线上，以+64％为纵坐标，找到坐标点(nr，+64％)，nr就是帷幕注浆加固有效半径(如图1所示)；
由于工况2更优，所以选择工况2做为治理目标方案，这时nr约等于2.7r；
步骤5：估算帷幕注浆加固半径或厚度
(1)帷幕注浆加固半径＝nr-2.5
(2)帷幕注浆加固厚度＝nr-r-2.5
根据有关文献，胡麻岭隧道二衬最大宽度为13.2米，推测开挖宽度为13.7米，2.7r＝18.50米。若采用CRD法或CD法开挖，最大开挖半径r′＝4.3米，2.7r＝11.61米。注浆有效影响半径为2.5米。
①全断面开挖
注浆加固厚度＝18.50-(13.7/2)-2.5＝9.15米
②CRD法开挖
注浆加固实际厚度＝2.7r′-r′-2.5＝4.81米
查阅胡麻岭有关文献，部分路段采用CRD法开挖，实际加固厚度约为4米，与形态分析法得到的结果差异不大。
步骤6：传统方法估算结果与问题
采取全断面开挖，按传统方法计算，胡麻岭隧道注浆厚度估算结果见表4；
表4：胡麻岭隧道帷幕注浆厚度估算结果
实施例2广西均昌隧道溃口段加固厚度估算
一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法，包括工地现场采集数据，通过勘察与试验获得隧道掌子面前方区段断面各分区的水压与围岩强度，估算掌子面前方区段代表断面各分区的突涌强度和等效断面的突涌烈度，确定掌子面前方区段地段的突涌隐患程度；设定帷幕注浆加固区的治理质量目标；估算帷幕注浆治理有效半径分别达到1r、3r、5r时，相应的等效断面突涌烈度G1、G2、G3，建立以r为横轴、以G为纵轴的平面坐标系，标注上(1r，G1)(3r，G2)(5r，G3)坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来，最后找到该曲线上的坐标点(nr，+64％)，此时，nr即为所对应的有效治理半径，将nr减去注浆影响半径即得到估算的帷幕注浆加固半径。
均昌隧道是广西某高速公路的一座隧道，全长4.3公里，曾发4次特大突涌灾害，困难地段400米，用时3年半，整个隧道总耗时6年，隧道等效断面内水文地质条件较不均匀。
其具体步骤如下：
步骤1：工地现场采集数据
(1)采用常规勘探手段钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度；
(2)通过钻孔引排水并测量水压、孔隙水压测量仪器测量水压、灌水或灌浆压力致裂法测量水压、测量水位差转换为水压的方法获得水压数据；
(3)通过常规手段对围岩岩性进行分析和探明腔洞情况，推断围岩颗粒调整系数ε和腔洞对等效断面各分区的边界影响系数ξ。
步骤2：判断与确定隧道掌子面前方区段段的突涌属性
(1)估算掌子面前方区段代表等效断面25个分区的突涌形态系数
Ji＝ε×P水/R围，ε取值为1.0，25个分区的J值如下表5所示；
表5：各分区的突涌源形态系数表
(2)估算掌子面前方区段代表等效断面25个分区的突涌强度
Qi＝Ji×Νi×ξ
式中：Qi表示分区突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数；计算突涌强度时，J的取值范围为0≤J≤10-1，当J＞10-1时，一律按10-1取值；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数，按如下情况对应取值：
①当分区的边界为充水充泥腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.2，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.10，分区位于隧道之下时ξ取1.05；
②当分区的边界为充水腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.10，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.05，分区位于隧道之下时ξ取1.03；
③当分区的边界为干腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.05，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.03，分区位于隧道之下时ξ取1.0；
④当分区的边界为非腔洞时，ξ取1.0。
此时，大于10-1的J，一律取值为10-1；由于无腔洞，所以ξ取值为1.0；这样，隧道等效断面25个分区的突涌强度如下表6所示；
表6：等效断面各分区的突涌强度
(3)估算掌子面前方区段代表等效断面的突涌强度
Q总＝∑Qi＝∑(Ji×Νi×ξ)＝73.96
(4)估算掌子面前方区段代表等效断面的突涌烈度
G＝(Q总-Q基准)/Q基准＝(Q总-7.86)/7.86＝(73.96-7.86)/7.86＝+841％
(5)判断掌子面前方区段隧道段的突涌隐患属性
①当-100％≤G＜0时，为非突涌区，不需要治理；
②当0≤G≤+64％时，为突涌过渡区，不需要治理；
③当+64％＜G≤+900％时，为一般突涌隐患区，需要治理；
④当G＞+900％时，为特殊突涌隐患区，需要治理；
由于G＝+841％，所以该断面及所代表的隧道段为一般突涌隐患区，需要治理；
步骤3：确定隧道掌子面前方区段段帷幕注浆加固的治理质量目标
(1)确定与治理质量目标相关的技术指标
①帷幕注浆加固半径
帷幕注浆加固半径＝帷幕注浆加固有效半径-注浆有效影响半径＝r+帷幕注浆加固厚度
上式：注浆有效影响半径，通过经验公式估算或通过注浆试验得到，一般取值为2.5米；
(2)确定帷幕注浆有效加固区域的治理质量目标
帷幕注浆加固后，在有效加固区内的各隧道分区，突涌源形态系数J值小于10-2；
有效加固区以外的隧道各分区，突涌源形态系数保持原来的J值不变；
对注浆治理体的质量目标是：治理后，治理区的突涌源形态系数达到0.0055，为突涌源Ⅲ类形态数值的中值，治理区外，各分区的突涌源形态系数维持原值；
(3)假设帷幕注浆加固有效半径
假设帷幕注浆加固有效半径分别达到1r、3r、5r时，依据治理质量目标，分别计算对应的等效断面虚拟突涌烈度G1、G2、G3，如下表7所示；
表7：等效断面突涌烈度
治理半径 1r 3r 5r
工况 480％ 31％ -45％
步骤4：估算注浆加固有效半径
(1)建立以r为横轴、以G为纵轴的平面坐标系，并标注上(1r，G1)、(3r，G2)、(5r，G3)对应的坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来(如图2所示)；
(2)在该曲线上，以+64％为纵坐标，找到坐标点(nr，+64％)，nr就是帷幕注浆加固有效半径；
当G＝+64％时，等效加固半径约为2.6r，见图2，均昌隧道开挖宽度约为12.75米，r＝12.75/2＝6.38米，2.6r＝16.59米；注浆有效影响半径为2.5米；
步骤5：估算帷幕注浆加固半径或厚度
(1)帷幕注浆加固半径＝nr-2.5＝16.59-2.5＝14.09米
(2)帷幕注浆加固厚度＝nr-r-2.5＝16.59-6.38-2.5＝7.71米
(3)实际注浆半径
在进口端右洞溃口段，实际第一次帷幕注浆厚度为5米，开挖后在原溃口处附近又爆发了涌水突泥特大灾害，第二次帷幕注浆厚度改为8～10米，治理后，等效断面突涌烈度G值由841％降到-5％，G值比治理目标值+64％低，获得成功；
在进口端左洞，邻近进口端右洞溃口段的地段，实际帷幕注浆厚度改为8～10米，也获得成功。
步骤6：传统方法估算结果与问题
采取全断面开挖，按传统方法计算，胡麻岭隧道注浆厚度估算结果见表8；
表8：均昌隧道帷幕注浆厚度计算结果

Claims (6)

1.一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法，其特征在于：包括工地现场数据采集，通过勘察与试验获得隧道掌子面前方区段断面各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数、腔洞对等效断面各分区的边界影响系数；估算掌子面前方区段代表断面的各分区的突涌强度和等效断面的突涌烈度，确定掌子面前方区段地段的突涌隐患程度；设定帷幕注浆加固区的治理质量目标；估算帷幕注浆治理有效半径分别达到1r、3r、5r时，相应的等效断面突涌烈度G1、G2、G3，建立以r为横轴、以G为纵轴的平面坐标系，标注上(1r，G1)、(3r，G2)、(5r，G3)坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来，最后找到该曲线上的坐标点(nr，+64％)，此时，nr即为所对应的有效治理半径，将nr减去注浆影响半径即得到估算的帷幕注浆加固半径。
2.根据权利要求1所述的估算隧道帷幕注浆加固半径的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1：工地现场数据采集
(1)采用常规勘探手段获取围岩强度数据，并计算围岩强度；
(2)测量现场水压并获得水压数据；
(3)通过常规手段对围岩岩性进行分析和探明腔洞情况，推断围岩颗粒调整系数ε和腔洞对等效断面各分区的边界影响系数ξ；
步骤2：判断与确定隧道掌子面前方区段段的突涌属性
(1)估算掌子面前方区段代表等效断面25个分区的突涌形态系数
Ji＝ε×P水/R围
式中：Ji为区段代表等效断面的分区对应的突涌源形态系数；
ε为围岩颗粒修正系数或围岩颗粒调整系数，属于无纲量指标；对于非粉细砂性土、岩石，取值为1.0；粉细砂取值为1.05；
P水为隧道围岩地下水水压力，MPa；
R围为隧道围岩轴心抗压强度，MPa；
(2)估算掌子面前方区段代表等效断面25个分区的突涌强度
Qi＝Ji×Νi×ξ
式中：Qi表示分区突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数；
(3)估算掌子面前方区段代表等效断面的突涌强度
Q总＝∑Qi＝∑(Ji×Νi×ξ)
式中：Q总表示隧道等效断面突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数；
(4)估算掌子面前方区段代表等效断面的突涌烈度
G＝(Q总-Q基准)/Q基准＝(Q总-7.86)/7.86
式中：G为实际等效断面的突涌烈度，是表示相对于隧道基准等效断面，隧道实际等效断面突涌隐患的相对强弱程度，属于无纲量；
Q总为隧道实际等效断面的突涌强度；
Q基准为隧道基准等效断面的突涌强度，取值为7.86；
(5)判断掌子面前方区段的突涌隐患属性
①当-100％≤G＜0时，为非突涌区，不需要治理；
②当0≤G≤+64％时，为突涌过渡区，一般不需治理；
③当+64％＜G≤+900％时，为一般突涌隐患区，需要治理；
④当G＞+900％时，为特殊突涌隐患区，需要治理；
步骤3：确定隧道掌子面前方区段帷幕注浆加固的治理质量目标
(1)确定与治理质量目标相关的技术指标
①帷幕注浆加固半径
帷幕注浆加固半径＝帷幕注浆加固有效半径-注浆有效影响半径＝r+帷幕注浆加固厚度注浆有效影响半径，通过经验公式估算或通过注浆试验得到，一般取值为2.5米；
(2)确定帷幕注浆有效加固区域的治理质量目标
帷幕注浆加固后，在有效加固区内的各隧道分区，突涌源形态系数J值应小于10-2；
有效加固区以外的隧道各分区，突涌源形态系数J值保持不变；
(3)假设帷幕注浆加固有效半径
假设帷幕注浆加固有效半径分别达到1r、3r、5r时，依据治理质量目标，分别计算对应的等效断面虚拟突涌烈度G1、G2、G3；
步骤4：估算注浆加固有效半径
(1)建立以r为横轴、以G为纵轴的平面坐标系，并标注上(1r，G1)、(3r，G2)、(5r，G3)对应的坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来；
(2)在该曲线上，以+64％为纵坐标，找到坐标点(nr，+64％)，nr确定为帷幕注浆加固有效半径；
步骤5：估算帷幕注浆加固半径或厚度
(1)帷幕注浆加固半径＝nr-2.5
(2)帷幕注浆加固厚度＝nr-r-2.5。
3.根据权利要求2所述的估算隧道帷幕注浆加固半径的方法的具体步骤，其特征在于：所述步骤1中采用常规勘探手段获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度。
4.根据权利要求2所述的估算隧道帷幕注浆加固半径的方法的具体步骤，其特征在于：所述步骤1中通过钻孔引排水法、孔隙水压测量仪器、灌水或灌浆压力致裂法、测量水位差转换为水压等方法测量水压并获得水压数据。
5.根据权利要求2所述的估算隧道帷幕注浆加固半径的方法的具体步骤，其特征在于：所述步骤2中在估算掌子面前方区段代表等效断面的突涌强度时，J的取值范围为0≤J≤10-1，当J＞10-1时，一律取值为10-1。
6.根据权利要求2所述的估算隧道帷幕注浆加固半径的方法的具体步骤，其特征在于：所述步骤2中在估算掌子面前方区段代表等效断面各分区的突涌强度时，ξ为等效断面各分区的边界影响系数，按如下情况对应取值：
①当分区的边界为充水充泥腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.2，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.10，分区位于隧道之下时ξ取1.05；
②当分区的边界为充水腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.10，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.05，分区位于隧道之下时ξ取1.03；
③当分区的边界为干腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.05，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.03，分区位于隧道之下时ξ取1.0；
④当分区的边界为非腔洞时，ξ取1.0。
CN201810237573.4A 2018-03-22 2018-03-22 一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法 Active CN108520113B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810237573.4A CN108520113B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810237573.4A CN108520113B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108520113A true CN108520113A (zh) 2018-09-11
CN108520113B CN108520113B (zh) 2019-01-29

Family

ID=63433985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810237573.4A Active CN108520113B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108520113B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111878094A (zh) * 2020-08-06 2020-11-03 中铁九局集团有限公司 一种地铁破碎带帷幕注浆后安全性判定方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050019580A (ko) * 2003-08-20 2005-03-03 주식회사 우지스 터널공동 충전용 방수기포그라우팅공법
CN103089275A (zh) * 2013-01-16 2013-05-08 山东大学 富水极破碎围岩隧道塌方段围岩控制方法
CN106930769A (zh) * 2017-05-07 2017-07-07 中铁十八局集团有限公司 一种用于大孔隙率巨型岩堆松散体中特定区域定向定位注浆加固方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050019580A (ko) * 2003-08-20 2005-03-03 주식회사 우지스 터널공동 충전용 방수기포그라우팅공법
CN103089275A (zh) * 2013-01-16 2013-05-08 山东大学 富水极破碎围岩隧道塌方段围岩控制方法
CN106930769A (zh) * 2017-05-07 2017-07-07 中铁十八局集团有限公司 一种用于大孔隙率巨型岩堆松散体中特定区域定向定位注浆加固方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZENG YI等: "Stability Analysis of Tunnel Rock Mass under Curtain Grouting Construction", 《EJGE》 *
张兴: "基于流固耦合的隧道断层破碎带注浆加固圈厚度分析", 《科技资讯》 *
张生学: "隧周帷幕注浆施工对隧道结构稳定性的影响研究", 《水利与建筑工程学报》 *
李元海等: "大型溶洞对隧道开挖稳定性的影响分析", 《现代隧道技术》 *
李继强: "公路隧道帷幕注浆堵水技术研究", 《桥隧工程》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111878094A (zh) * 2020-08-06 2020-11-03 中铁九局集团有限公司 一种地铁破碎带帷幕注浆后安全性判定方法
WO2021244674A1 (zh) * 2020-08-06 2021-12-09 中铁九局集团有限公司 一种地铁破碎带帷幕注浆后安全性判定方法
CN111878094B (zh) * 2020-08-06 2022-02-15 中铁九局集团有限公司 一种地铁破碎带帷幕注浆后安全性判定方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108520113B (zh) 2019-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108376188B (zh) 黄土湿陷性的评价计算方法
CN107391841A (zh) 临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法
CN107489424A (zh) 一种盾构地铁施工诱发地层变形及对古建筑影响的预估方法
CN107423524B (zh) 一种长埋深隧洞突涌水灾害危险性等级预判的方法
Di et al. Influence of relative density on deformation and failure characteristics induced by tunnel face instability in sandy cobble strata
CN107798195B (zh) 一种基于损伤扩容理论的围岩位移预警方法
Li et al. Effective method for adjusting the uplifting of shield machine tunneling in upper-soft lower-hard strata
Xie et al. The life-cycle development and cause analysis of large diameter shield tunnel convergence in soft soil area
Feng et al. Mechanism and law analysis on ground settlement caused by shield excavation of small-radius curved tunnel
CN108520113B (zh) 一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法
Guo et al. Distribution of ground stress on Puhe coal mine
CN102720513A (zh) 动水动态信息化注浆方法
Man et al. Stability of complex rock tunnel face under seepage flow conditions using a novel equivalent analytical model
CN114108664A (zh) 竖向小直径引孔高压旋喷处理滑坡治理方法
Fan et al. Monitoring result analyses of high slope of five-step ship lock in the Three Gorges Project
CN108399311B (zh) 一种估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法
CN108536927B (zh) 一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法
CN107330232A (zh) 用于桩端后注浆超长桩的极限承载力估算方法
CN116956420A (zh) 一种基于三维地质模型的隧道结构一体化分析方法
CN109681251A (zh) 全断面开挖软土隧洞掌子面玻璃纤维锚杆设计方法
CN108446500B (zh) 一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法
CN112836367B (zh) 一种盾构法施工隧道穿越复合地层的地层损失率确定方法
CN107966733B (zh) 一种用于大孔隙率巨型松散体岩堆与基岩交接面综合地质勘探的方法
Liang et al. Initial excess pore water pressures induced by tunnelling in soft ground
Vlachopoulos et al. Longitudinal displacement profiles for convergence-confinement analysis of excavations: applicability to tunnelling, limitations and current advancement

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant