CN108843344A - 一种塌腔密实填筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种塌腔密实填筑方法，包括如下步骤：Ⅰ.测量塌腔空间几何尺寸；Ⅱ.计算单次最大注浆量及注浆深度；Ⅲ.确定监测管及注浆管长度；Ⅳ.埋置监测管及布设监控点；Ⅴ.密贴注浆；Ⅵ.加固围岩注浆；Ⅶ.中间阶段注浆；Ⅷ.补充注浆；Ⅸ.实时监控。本发明的目的在于：针对现有塌腔密实填筑方法存在的，常引起初期支护继续发生变形的问题，提供一种新的隧道塌方后衬砌背后塌腔密实填筑方法。该填筑方法利用监测管对初期支护的变形进行实时监测，当达到初期支护规范预警值时即停止注浆。
Description
技术领域
本发明属于地下洞室工程施工技术领域。具体地，涉及地下洞室工程施工中的一种塌腔密实填筑方法。
背景技术
由于地下洞室工程围岩条件复杂，未知的不利地质因素众多；因此，采用各种计算模型且综合工程经验所得到的开挖支护方案，仍无法完全避免洞室挖掘过程中会出现塌方。而一旦发生塌方，将必然造成重大损失，对工程的施工安全、工期及投资带来重大负面影响。遇到不良地质环境(破碎带、断层等)塌方后，围岩坍塌且初期支护出现孔洞常形成塌腔，造成洞室整体受力模式发生改变。洞室原有拱作用失效将导致洞室其它部位应力集中释放，造成较大的变位变形甚至整个洞室失稳。有些地下水及裂隙岩脉丰富的洞室甚至还有可能沿塌方空腔发生连续垮塌，对后续开挖施工以及将来的工程运行造成巨大威胁。
针对以上问题，传统的塌腔密实填筑方法是先封闭初期支护，再通过注浆将初期支护背后的塌腔空间填实，防止二次塌方。然而，在实际操作中，由于注浆压力及一次注浆量过大，常引起初期支护继续发生变形，以致其继续侵限给后期换拱带来更大的工作量。综上所述，传统的注浆措施在施工安全、工期及投资上存在较大的改进空间。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有塌腔密实填筑方法存在的，常引起初期支护继续发生变形的问题，提供一种新的隧道塌方后衬砌背后塌腔密实填筑方法。该填筑方法利用监测管对初期支护的变形进行实时监测，当达到初期支护规范预警值时即停止注浆。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种塌腔密实填筑方法，包括如下步骤：
Ⅰ.测量塌腔空间几何尺寸；
Ⅱ.基于塌腔空间几何尺寸数据，计算单次最大注浆量及注浆深度；
Ⅲ.基于单次最大注浆量及注浆深度，确定监测管及注浆管长度；
Ⅳ.埋置监测管及布设监控点；
Ⅴ.密贴注浆；
Ⅵ.加固围岩注浆；
Ⅶ.中间阶段注浆；
Ⅷ.补充注浆；
Ⅸ.通过监测管及监控点，对密贴注浆、加固围岩注浆、中间阶段注浆及补充注浆过程中的初期支护进行实时监控。
作为优选方案，步骤Ⅰ中，塌腔空间几何尺寸由以下步骤测量：
Ⅰ-a.使用手持式激光测距仪，在未封闭塌腔前，对塌腔的轮廓线进行点测，并将测得的数据输入绘图软件进行建模；
Ⅰ-b.使用手持式激光测距仪，在塌腔出露面轮廓上，沿顺时针方向每隔一段距离进行点测，并将测得的数据输入绘图软件进行建模。
作为优选方案，步骤Ⅱ中，单次最大注浆量及注浆高度由以下公式计算：
Ⅱ-a.G≤0.7ftumh0/K，
式中：
G—单次最大注浆量(m3)，
ft—喷射混凝土轴心抗拉强度设计值(MPa)，
um—塌腔出露面的周边长度(m)，
h0—喷层有效厚度(m)，
K—安全系数1.1-1.3；
Ⅱ-b.
式中：
h1—单次最大注浆深度(m)，
γ—注浆材料重度(kN/m3)。
作为优选方案，步骤Ⅲ中，监测管及注浆管长度由以下步骤确定：
Ⅲ-a.监测管长度为最大塌腔高度h加嵌入围岩段0.4-0.6m；
Ⅲ-b.注浆管长度为nh1，n为注浆阶段数，n＝h/h1取整。
作为优选方案，步骤Ⅳ中，埋置监测管及布设监控点由以下步骤实现：
Ⅳ-a.监测管嵌入围岩；监测管采用热轧无缝钢管制成，钢管内径88-90mm，壁厚5-7mm，每隔单次最大注浆高度h1打孔，孔呈梅花形布置，孔间距14-16cm，孔直径15-17mm，打1-3排孔；
Ⅳ-b.在塌腔出露面范围的前后边缘和左右边缘共布设4个监控点。
作为优选方案，步骤Ⅴ中，密贴注浆由以下步骤实现：
Ⅴ-a.分阶段注浆管规格：采用热轧无缝钢管制成，外径41-43mm，壁厚3.4-3.6mm，L＝2/3h1；注浆管环向间距I&V级围岩95-105cm，V级围岩75-85cm，纵向间距2m；前部钻孔，孔径6-8mm，孔间距10-20cm，呈梅花形布置；尾部不钻孔长度不小于30cm；前端呈锥形；
Ⅴ-b.密贴注浆位置为塌腔出露面范围左右两侧的注浆孔，每次每侧各1-2个注浆孔由两侧向中间进行对称注浆；
Ⅴ-c.分阶段注浆管倾角：隧道径向偏差2°以内；
Ⅴ-d.密贴注浆材料：水泥浆；
Ⅴ-e.通过分阶段注浆管进行注浆，注浆压力不大于1MPa；
Ⅴ-f.通过监测管监测注浆量是否超过注浆高度，若超出即进入下一阶段注浆。
作为优选方案，步骤Ⅵ中，加固围岩注浆由以下步骤实现：
Ⅵ-a.加固围岩注浆管规格：采用热轧无缝钢管制成，外径41-43mm，壁厚3.4-3.6mm；注浆管环向间距I&V级围岩为95-105cm，V级围岩为75-85cm；嵌入围岩部分钻孔，孔径6-8mm，孔间距10-20cm，呈梅花形布置；未嵌入围岩部分不钻孔；前端呈锥形；
Ⅵ-b.加固围岩注浆位置为塌腔出露面范围左右两侧的注浆孔，每次每侧各1-2个注浆孔由两侧向中间进行对称注浆；
Ⅵ-c.加固围岩注浆管倾角：隧道径向偏差2°以内；
Ⅵ-d.加固围岩注浆材料：水泥浆；
Ⅵ-e.通过加固围岩注浆管嵌入围岩大于1m进行注浆，注浆压力4-8MPa；
Ⅵ-f.当漏浆高度超过监测管高度时停止注浆，或者当注浆压力超过最大注浆压力仍无法进浆液时停止注浆，并进入下一阶段注浆。
作为优选方案，步骤Ⅶ中，中间阶段注浆由以下步骤实现：注浆方法同密贴注浆；分多阶段注浆，每一阶段注浆结束后静置1d，使注浆材料凝固；当塌腔较大时，注浆材料采用水泥砂浆或者低标号混凝土。
作为优选方案，步骤Ⅷ中，补充注浆由以下步骤实现：注浆方法同密贴注浆；注浆压力4-8MPa。
作为优选方案，步骤Ⅸ中，实时监控由以下步骤实现：对注浆过程中的监控点进行实时监测；当监控点累积位移或变形速率超过规范预警值时，或者当达到注浆高度注浆管连续露浆时，停止注浆。
综上所述，由于采用了上述技术方案，相比于现有技术，本发明的有益效果是：
1、解决了一次注浆量的大小问题；
2、解决了注浆顺序的问题；
3、解决了由于二次注浆引起的隧道附加变形问题。
附图说明
图1是实施例的流程图。
图2是监测管、分阶段注浆管及围岩注浆管布置的横断面图。
图3是监测管、分阶段注浆管及围岩注浆管布置的主视图。
图4是监测管的结构示意图。
图5是分阶段注浆管的结构示意图。
图6是围岩注浆管的结构示意图。
图7是横断面拱顶下沉数据示图。
图8是横断面收敛数据示图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例公开了一种塌腔密实填筑方法，如图1所示，包括如下步骤：
Ⅰ.测量塌腔空间几何尺寸；
Ⅱ.基于塌腔空间几何尺寸数据，计算单次最大注浆量及注浆深度；
Ⅲ.基于单次最大注浆量及注浆深度，确定监测管及注浆管长度；
Ⅳ.埋置监测管及布设监控点；
Ⅴ.密贴注浆；
Ⅵ.加固围岩注浆；
Ⅶ.中间阶段注浆；
Ⅷ.补充注浆；
Ⅸ.通过监测管及监控点，对密贴注浆、加固围岩注浆、中间阶段注浆及补充注浆过程中的初期支护进行实时监控。
步骤Ⅰ中，如图2-6所示，塌腔空间几何尺寸由以下步骤测量：
Ⅰ-a.使用手持式激光测距仪，在未封闭塌腔前，对塌腔的轮廓线进行点测，并将测得的数据输入绘图软件进行建模；
Ⅰ-b.使用手持式激光测距仪，在塌腔出露面轮廓上，沿顺时针方向每隔一段距离进行点测，并将测得的数据输入绘图软件进行建模。
步骤Ⅱ中，如图2-6所示，单次最大注浆量及注浆高度由以下公式计算：
Ⅱ-a.《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001中喷射混凝土和安放构造钢筋网的喷射混凝土层，对局部不稳定岩块的抗冲切承载力按下式估算，而下式可反算单次注浆量，得到如下公式：
G≤0.7ftumh0/K，
式中：
G—单次最大注浆量(m3)，
ft—喷射混凝土轴心抗拉强度设计值(MPa)，
um—塌腔出露面的周边长度(m)，
h0—喷层有效厚度(m)，
K—安全系数1.1-1.3；
Ⅱ-b.偏于安全考虑，单次最大注浆深度计算中，塌腔按照棱柱体考虑，得到如下公式：
式中：
h1—单次最大注浆深度(m)，
γ—注浆材料重度(kN/m3)。
步骤Ⅲ中，如图2-6所示，监测管及注浆管长度由以下步骤确定：
Ⅲ-a.监测管长度为最大塌腔高度h加嵌入围岩段0.4-0.6m；
Ⅲ-b.注浆管长度为nh1，n为注浆阶段数，n＝h/h1取整。
步骤Ⅳ中，如图2-6所示，埋置监测管及布设监控点由以下步骤实现：
Ⅳ-a.监测管嵌入围岩；监测管采用热轧无缝钢管制成，钢管内径88-90mm，壁厚5-7mm，每隔单次最大注浆高度h1打孔，孔呈梅花形布置，孔间距14-16cm，孔直径15-17mm，打1-3排孔；
Ⅳ-b.在塌腔出露面范围的前后边缘和左右边缘共布设4个监控点，对注浆过程中的位移进行监测。
步骤Ⅴ中，如图2-6所示，密贴注浆(第一阶段注浆)由以下步骤实现：
在塌腔未完全封闭前，注浆重量和继续脱落的松散体都会使初期支护和围岩继续剥离，注浆的第一步关键是使围岩与初期支护密贴，同时防止第一次注浆量过大导致围岩与初期支护继续滑移。
Ⅴ-a.分阶段注浆管规格：采用热轧无缝钢管制成，外径41-43mm，壁厚3.4-3.6mm，L＝2/3h1(考虑由于塌腔上部围岩脱落引起附加重量)；注浆管环向间距I&V级围岩95-105cm，V级围岩75-85cm，纵向间距2m；前部钻孔，孔径6-8mm，孔间距10-20cm，呈梅花形布置；尾部不钻孔作为止浆段，长度不小于30cm；前端呈锥形；
Ⅴ-b.根据阶段数进行注浆孔的布置，密贴注浆位置为塌腔出露面范围左右两侧的注浆孔，每次每侧各1-2个注浆孔由两侧向中间进行对称注浆；
Ⅴ-c.分阶段注浆管倾角：隧道径向偏差2°以内，可根据实际情况作调整；
Ⅴ-d.密贴注浆材料：水泥浆；
Ⅴ-e.通过分阶段注浆管进行注浆，注浆压力不大于1MPa，具体浆液配合比和注浆压力由现场实验确定；
Ⅴ-f.通过监测管监测注浆量是否超过注浆高度，若超出即进入下一阶段注浆。
步骤Ⅵ中，如图2-6所示，加固围岩注浆由以下步骤实现：
Ⅵ-a.加固围岩注浆管规格：采用热轧无缝钢管制成，外径41-43mm，壁厚3.4-3.6mm；注浆管环向间距I&V级围岩为95-105cm，V级围岩为75-85cm；嵌入围岩部分钻孔，孔径6-8mm，孔间距10-20cm，呈梅花形布置；未嵌入围岩部分不钻孔作为止浆段；前端呈锥形；
Ⅵ-b.根据阶段数进行注浆孔的布置，加固围岩注浆位置为塌腔出露面范围左右两侧的注浆孔，每次每侧各1-2个注浆孔由两侧向中间进行对称注浆；
Ⅵ-c.加固围岩注浆管倾角：隧道径向偏差2°以内，可根据实际情况作调整；
Ⅵ-d.加固围岩注浆材料：水泥浆；
Ⅵ-e.通过加固围岩注浆管嵌入围岩大于1m进行注浆，注浆压力4-8MPa，具体浆液配合比和注浆压力由现场实验确定；
Ⅵ-f.当漏浆高度超过监测管高度时停止注浆，或者当注浆压力超过最大注浆压力仍无法进浆液时停止注浆，并进入下一阶段注浆。
步骤Ⅶ中，如图2-6所示，中间阶段注浆由以下步骤实现：注浆方法同密贴注浆；分多阶段注浆，每一阶段注浆结束后静置1d，使注浆材料凝固，形成压力拱，提高围岩和支护的承载力；当塌腔较大时，注浆材料采用水泥砂浆或者低标号混凝土，同时适当调整监测管和注浆管的直径。
步骤Ⅷ中，如图2-6所示，补充注浆由以下步骤实现：注浆方法同密贴注浆；注浆压力4-8MPa。
步骤Ⅸ中，如图2-6所示，实时监控由以下步骤实现：对注浆过程中的监控点进行实时监测；当监控点累积位移或变形速率超过规范预警值时，或者当达到注浆高度注浆管连续露浆时，停止注浆。
某隧道某断面围岩较破碎，且由于地质突变，于某日形成土体溜坍，背后形成塌腔。在采用临时加固后，采用上述方法注浆。注浆效果明显，围岩为有效的加固，且在注浆过程未发生继续大变形的情况，有效的通过了围岩破碎带。注浆结束后对注浆效果进行验证，水泥浆有效地加固围岩和填充塌腔。通过图7-8可见，监控量测数据显示在注浆过程中，支护结构未发生大变形的情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种塌腔密实填筑方法，其特征在于，包括如下步骤：
Ⅰ.测量塌腔空间几何尺寸；
Ⅱ.基于塌腔空间几何尺寸数据，计算单次最大注浆量及注浆深度；
Ⅲ.基于单次最大注浆量及注浆深度，确定监测管及注浆管长度；
Ⅳ.埋置监测管及布设监控点；
Ⅴ.密贴注浆；
Ⅵ.加固围岩注浆；
Ⅶ.中间阶段注浆；
Ⅷ.补充注浆；
Ⅸ.通过监测管及监控点，对密贴注浆、加固围岩注浆、中间阶段注浆及补充注浆过程中的初期支护进行实时监控。
2.根据权利要求1所述的塌腔密实填筑方法，其特征在于，步骤Ⅰ中，塌腔空间几何尺寸由以下步骤测量：
Ⅰ-a.使用手持式激光测距仪，在未封闭塌腔前，对塌腔的轮廓线进行点测，并将测得的数据输入绘图软件进行建模；
Ⅰ-b.使用手持式激光测距仪，在塌腔出露面轮廓上，沿顺时针方向每隔一段距离进行点测，并将测得的数据输入绘图软件进行建模。
3.根据权利要求2所述的塌腔密实填筑方法，其特征在于，步骤Ⅱ中，单次最大注浆量及注浆高度由以下公式计算：
Ⅱ-a.G≤0.7ftumh0/K，
式中：
G—单次最大注浆量(m3)，
ft—喷射混凝土轴心抗拉强度设计值(MPa)，
um—塌腔出露面的周边长度(m)，
h0—喷层有效厚度(m)，
K—安全系数1.1-1.3；
Ⅱ-b.
式中：
h1—单次最大注浆深度(m)，
γ—注浆材料重度(kN/m3)。
4.根据权利要求3所述的塌腔密实填筑方法，其特征在于，步骤Ⅲ中，监测管及注浆管长度由以下步骤确定：
Ⅲ-a.监测管长度为最大塌腔高度h加嵌入围岩段0.4-0.6m；
Ⅲ-b.注浆管长度为nh1，n为注浆阶段数，n＝h/h1取整。
5.根据权利要求4所述的塌腔密实填筑方法，其特征在于，步骤Ⅳ中，埋置监测管及布设监控点由以下步骤实现：
Ⅳ-a.监测管嵌入围岩；监测管采用热轧无缝钢管制成，钢管内径88-90mm，壁厚5-7mm，每隔单次最大注浆高度h1打孔，孔呈梅花形布置，孔间距14-16cm，孔直径15-17mm，打1-3排孔；
Ⅳ-b.在塌腔出露面范围的前后边缘和左右边缘共布设4个监控点。
6.根据权利要求5所述的塌腔密实填筑方法，其特征在于，步骤Ⅴ中，密贴注浆由以下步骤实现：
Ⅴ-a.分阶段注浆管规格：采用热轧无缝钢管制成，外径41-43mm，壁厚3.4-3.6mm，L＝2/3h1；注浆管环向间距I&V级围岩95-105cm，V级围岩75-85cm，纵向间距2m；前部钻孔，孔径6-8mm，孔间距10-20cm，呈梅花形布置；尾部不钻孔长度不小于30cm；前端呈锥形；
Ⅴ-b.密贴注浆位置为塌腔出露面范围左右两侧的注浆孔，每次每侧各1-2个注浆孔由两侧向中间进行对称注浆；
Ⅴ-c.分阶段注浆管倾角：隧道径向偏差2°以内；
Ⅴ-d.密贴注浆材料：水泥浆；
Ⅴ-e.通过分阶段注浆管进行注浆，注浆压力不大于1MPa；
Ⅴ-f.通过监测管监测注浆量是否超过注浆高度，若超出即进入下一阶段注浆。
7.根据权利要求6所述的塌腔密实填筑方法，其特征在于，步骤Ⅵ中，加固围岩注浆由以下步骤实现：
Ⅵ-a.加固围岩注浆管规格：采用热轧无缝钢管制成，外径41-43mm，壁厚3.4-3.6mm；注浆管环向间距I&V级围岩为95-105cm，V级围岩为75-85cm；嵌入围岩部分钻孔，孔径6-8mm，孔间距10-20cm，呈梅花形布置；未嵌入围岩部分不钻孔；前端呈锥形；
Ⅵ-b.加固围岩注浆位置为塌腔出露面范围左右两侧的注浆孔，每次每侧各1-2个注浆孔由两侧向中间进行对称注浆；
Ⅵ-c.加固围岩注浆管倾角：隧道径向偏差2°以内；
Ⅵ-d.加固围岩注浆材料：水泥浆；
Ⅵ-e.通过加固围岩注浆管嵌入围岩大于1m进行注浆，注浆压力4-8MPa；
Ⅵ-f.当漏浆高度超过监测管高度时停止注浆，或者当注浆压力超过最大注浆压力仍无法进浆液时停止注浆，并进入下一阶段注浆。
8.根据权利要求7所述的塌腔密实填筑方法，其特征在于，步骤Ⅶ中，中间阶段注浆由以下步骤实现：注浆方法同密贴注浆；分多阶段注浆，每一阶段注浆结束后静置1d，使注浆材料凝固；当塌腔较大时，注浆材料采用水泥砂浆或者低标号混凝土。
9.根据权利要求8所述的塌腔密实填筑方法，其特征在于，步骤Ⅷ中，补充注浆由以下步骤实现：注浆方法同密贴注浆；注浆压力4-8MPa。
10.根据权利要求9所述的塌腔密实填筑方法，其特征在于，步骤Ⅸ中，实时监控由以下步骤实现：对注浆过程中的监控点进行实时监测；当监控点累积位移或变形速率超过规范预警值时，或者当达到注浆高度注浆管连续露浆时，停止注浆。
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