CN109519176A - 富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法及结构 - Google Patents
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Abstract
富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法及结构，开挖面上环向布置有注浆孔，每环注浆孔均水平延伸穿至注浆段末端，在开挖轮廓线范围内且位于止浆段末端至注浆段末端之间设置有非注浆段，此外，最外环注浆孔呈伞形辐射状往开挖轮廓线外延伸出至少两环注浆孔，包括长注浆孔和短注浆孔，长注浆孔延伸至注浆段末端，短注浆孔延伸至注浆段的外侧沿，且水平长度不大于注浆段长度的三分之二。本发明中，在注浆段中设置非注浆段，施工时非注浆段不进行注浆，防止土体加固强度过高，从而提高施工效率，缩短工期；同时，采用长短注浆孔多层次注浆施工，最终形成“桶箍桶底”模型，彻底封堵隧道前方土体中的渗水，防止出现注浆盲区，保证开挖的安全。
Description
技术领域
本发明涉及矿山法隧道施工技术领域，具体涉及到富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法及结构。
背景技术
广东沿海地区广泛分布花岗岩残积土地层，由于该地层具有遇水软化、崩解的特性，在矿山法施工遇到此类地层时，会给施工带来很大安全隐患，严重影响施工进度。
国内对此类富水花岗岩残积土地层开挖采取的施工技术主要有：
一、广州地铁三号线北段天河客运站—华师站区间，隧道穿过花岗岩残积土层，针对此种地层采用地表旋喷桩和钢花管桩注浆加固开挖土体；
二、广州地铁三号线天河客运站折返线区间，隧道侧墙及仰拱位于花岗岩残积土层地层，采取冷冻法施工；
三、广州地铁六号线水平架站—燕塘站区间，联络通道位于<5H-2>残积土地层，采取水平管降水技术；
四、花岗岩残积土开挖常规技术还包括：WSS注浆施工技术、前进式注浆施工技术、袖阀管注浆技术等。
然而，目前的注浆加固施工方法在施工中往往达不到预期的要求和进度目标，施工过程中发现，开挖后隧道前方加固土体强度过高，部分需要用风镐凿除；而在部分水量大地段，隧道开挖轮廓线处出现注浆盲区，还是有水渗出，没有起到土体加固效果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法及结构，通过该方法及其结构，能够使土体加固强度适宜，避免出现注浆盲区，保证土体加固效果。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案为：
提供一种富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法，包括以下步骤：
步骤一、参数确定：确定注浆段半径；确定注浆段长度；确定止浆段长度；确定非注浆段长度；确定每环注浆孔之间的间距，以及环内注浆孔之间的间距；确定注浆材料；确定注浆终止压力；确定注浆量；
步骤二、注浆段、止浆段和非注浆段布置：土体的前端面为开挖面，所述开挖面的外沿为开挖轮廓线，从开挖轮廓线往外周环向延伸设置有注浆轮廓线，所述注浆段以注浆轮廓线为圆周设置在开挖面后方，所述止浆段设置在注浆段的前部分，所述非注浆段设置在开挖轮廓线范围内并位于止浆段末端至注浆段末端之间；
步骤三、注浆孔布置：在土体的开挖面上设置注浆孔，所述注浆孔沿开挖轮廓线往开挖面内侧环向布置，所述注浆孔至少设有三环，每环注浆孔均水平延伸穿至注浆段末端，最外环注浆孔呈伞形辐射状往开挖轮廓线外延伸出至少两环注浆孔，其中包括至少一环长注浆孔和至少一环短注浆孔，所述长注浆孔延伸至注浆段末端，所述短注浆孔延伸至注浆段的外侧沿，且水平长度小于或者等于注浆段长度的三分之二；
步骤四、注浆加固：注浆采用后退时分段注浆，跟管钻机直接将钻杆钻至注浆孔最长设计深度，开始第一段注浆，第一段注浆结束后将注浆管后退进行第二段注浆，直至完成整个注浆段，其中，非注浆段不进行注浆；
步骤五、开挖施工：注浆结束后进行开挖，开挖完成后重新循环步骤二至步骤五。
作为本发明所述方法的进一步改进，还包括以下步骤：
注浆段半径的确定：注浆段半径按照隧道埋深，地下水压力和浆液固体强度确定，所述注浆轮廓线包括上注浆轮廓线和下注浆轮廓线，上注浆轮廓线取开挖轮廓线外D1＝A米，下注浆轮廓线取开挖轮廓线外D2＝(0.5～0.8)A米；
注浆段长度的确定：根据工程地质、水文地质和钻机的能力，注浆段长度设置为L＝(2～3)D，D＝D1+D2；
止浆段长度的确定：其厚度满足注浆压力要求，能够阻止浆液回流，止浆段长度为B＝(0.2～0.3)L；
非注浆段长度的确定：非注浆段的外沿沿着开挖轮廓线设置，非注浆段的长度为C＝(0.4～0.6)L；
开挖面上的每环注浆孔之间的间距，以及环内注浆孔之间的间距确定：由浆液在地层中的扩散半径确定，间距为E＝(1～1.5)R米，R为注浆扩散半径；
注浆材料的确定：注浆材料采用超细水泥-水玻璃双浆液，水灰比为1：0.8～1.2，水泥浆液：水玻璃浆液为1：0.5～0.9；
注浆终止压力的确定：注浆压力由现场试验确定，满足充满裂隙，且不引起裂隙扩大，不导致土层移动和抬升，浆液不扩散到注浆加固范围外的要求；
注浆量的确定：注浆量根据公式进行计算，Q＝πR2Lnαβ,其中，n为地层孔隙率，α为孔隙填充系数，β为浆液损耗系数；
单注浆孔结束确定：一、注浆压力逐步升高至终止压力，并继续注浆10分钟以上；二、注浆结束时的进浆量小于20L/min；三、涌水量小于0.1L/min；四、钻孔取岩芯，观察到浆液充填饱满；上述四种方法中选择任意一种或者多种；
注浆循环段结束确定：一、所有注浆孔均符合单注浆孔结束条件，无漏注现象；二、浆液有效注入范围大于设计值；三、钻孔取岩芯检测，土体无侧限抗压强度不小于0.8MPa，加固体渗透系数小于10～6cm/s；上述三种方法中选择任意一种或者多种。
作为本发明所述方法的进一步改进，步骤四中分段长度为40～60厘米，注浆顺序由外侧注浆孔环向内侧注浆孔环注浆。
作为本发明所述方法的进一步改进，所述止浆段预先注浆形成，所述非注浆段后方的注浆段作为下一循环的止浆段。
作为本发明所述方法的进一步改进，采用台阶法施工，土体形成上台阶和下台阶，所述上台阶和下台阶前后相间设置，下台阶在前，上台阶在后，上台阶和下台阶分别采用所述富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法进行加固施工，并且，所述上台阶非注浆段的底面高于上下台阶分界线，所述下台阶非注浆段的顶面低于上下台阶分界线。
为了实现本发明的目的，本发明还提供了一种富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固结构，包括土体，所述土体的前端面为开挖面，所述开挖面的外沿为开挖轮廓线，从开挖轮廓线往外周环向延伸设置有注浆轮廓线，以注浆轮廓线为圆周，开挖面的后方设置有注浆段，所述注浆段的前部分为止浆段，在开挖面上从开挖轮廓线往开挖面内侧环向布置有注浆孔，所述注浆孔至少设有三环，每环注浆孔均水平延伸穿至注浆段末端，在开挖轮廓线范围内且位于止浆段末端至注浆段末端之间设置有非注浆段，此外，最外环注浆孔呈伞形辐射状往开挖轮廓线外延伸出至少两环注浆孔，其中包括至少一环长注浆孔和至少一环短注浆孔，所述长注浆孔延伸至注浆段末端，所述短注浆孔延伸至注浆段的外侧沿，且水平长度小于或者等于注浆段长度的三分之二。
作为本发明所述结构的进一步改进，所述注浆轮廓线包括上注浆轮廓线和下注浆轮廓线，所述上注浆轮廓线取开挖轮廓线外D1＝A米，所述下注浆轮廓线取开挖轮廓线外D2＝(0.5～0.8)A米。
作为本发明所述结构的进一步改进，所述注浆段长度设置为L＝(2～3)D，D＝D1+D2；所述止浆段长度设置为B＝(0.2～0.3)L；所述非注浆段的外沿沿着开挖轮廓线设置，所述非注浆段的长度为C＝(0.4～0.6)L；所述开挖面上每环注浆孔之间的间距，以及环内注浆孔之间的间距均为E＝(1～1.5)R米，R为注浆扩散半径。
作为本发明所述结构的进一步改进，所述止浆段预先注浆形成，所述非注浆段后方的注浆段作为下一注浆加固结构的止浆段。
作为本发明所述结构的进一步改进，所述土体设置为上台阶和下台阶，所述上台阶和下台阶前后相间设置，下台阶在前，上台阶在后，所述上台阶和下台阶分别设有所述开挖面、开挖轮廓线、注浆轮廓线、止浆段、注浆段、注浆孔和非注浆段，所述上台阶非注浆段的底面高于上下台阶分界线，所述下台阶非注浆段的顶面低于上下台阶分界线。
本发明的有益效果为：
一、在注浆段中设置非注浆段，施工时非注浆段不进行注浆，可防止对土体加固过量注入浆液导致土体加固强度过高，避免因土体加固强度过高而影响后继开挖施工的进行，从而提高施工效率，缩短工期；
二、采用长短注浆孔多层次注浆施工，最终注浆形成“桶箍桶底”模型，彻底封堵隧道前方土体中的渗水，防止出现注浆盲区，保证开挖的安全；
三、由于采用了非注浆段和长短注浆孔注浆，使得总体注浆加固体积减少，从而降低了注浆总用量，节约了成本；
四、技术成果通用性强，本发明可应用于广东地区花岗岩残积土地层加固施工的土木工程建筑业，如矿山法隧道工程，也可以用在明挖基坑岗岩残积土地基预处理工程；
五、本发明所述技术方案安全可靠有效，能够有效对花岗岩残积土地层进行加固，解决了花岗岩残积土遇水软化、极易发生涌水、涌砂、溜塌、崩解，施工安全风险高、隧道地面周边建构筑物及道路沉降、开挖效率低等问题，取得了施工效率高、施工安全风险低、施工成本低等效果，减少了人力、物力的投入，节省了施工成本，为项目创造了经济效益、社会效益的良好局面，值得在类似地层中进行地层预处理开挖施工中大力推广应用。
附图说明
图1为本发明所述结构示意图；
图2为图1中A-A横断面注浆段范围示意图；
图3为图1中B-B横断面注浆段范围示意图；
图4为图1中A-A横断面注浆孔分布示意图；
图5为图1中B-B横断面注浆孔分布示意图；
标记说明：1-上台阶、11-开挖面、12-开挖轮廓线、13-注浆轮廓线、14-注浆段、15-止浆段、16-非注浆段、17-注浆孔、18-长注浆孔、19-短注浆孔、2-下台阶、21-开挖面、22-开挖轮廓线、23-注浆轮廓线、24-注浆段、25-止浆段、26-非注浆段、27-注浆孔、28-长注浆孔、29-短注浆孔、3-上下台阶分界线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本发明采用矿山法台阶法对富水花岗岩残积土地层进行施工，土体施工形成上台阶和下台阶，上台阶和下台阶前后相间设置，下台阶在前，上台阶在后，在上下台阶分别进行注浆加固施工。注浆加固施工包括以下步骤：
步骤一、参数确定：
确定注浆段半径：注浆段半径按照隧道埋深，地下水压力和浆液固体强度确定，注浆轮廓线包括分别设在上台阶和下台阶的上注浆轮廓线和下注浆轮廓线，上注浆轮廓线取开挖轮廓线外D1＝A米，下注浆轮廓线取开挖轮廓线外D2＝(0.5～0.8)A米，本实施例中D1＝3米，D2＝2米；
确定注浆段长度：根据工程地质、水文地质和钻机的能力，注浆段长度设置为L＝(2～3)D，D＝D1+D2，D1＝3米，D2＝2米，D＝5米，本实施例中，结合实施例区间实际情况，注浆段长度L＝10米；
确定止浆段长度：其厚度满足注浆压力要求，能够阻止浆液回流，止浆段长度为B＝(0.2～0.3)L，本实施例中，止浆段长度B＝3米；
确定非注浆段长度：非注浆段的外沿沿着开挖轮廓线设置，非注浆段的长度为C＝(0.4～0.6)L，本实施例中，C＝4米；
确定开挖面上的每环注浆孔之间的间距，以及环内注浆孔之间的间距：由浆液在地层中的扩散半径确定，间距为E＝(1～1.5)R米，R为注浆扩散半径，本实施例中，R＝1米，则E＝1～1.5米；
确定注浆材料：注浆材料采用超细水泥-水玻璃双浆液，水灰比为1：0.8～1.2，水泥浆液：水玻璃浆液为1：0.5～0.9，本实施例中，水灰比为1：1，水泥浆液：水玻璃浆液为1：0.7；
确定注浆终止压力：注浆压力由现场试验确定，满足充满裂隙，且不引起裂隙扩大，不导致土层移动和抬升，浆液不扩散到注浆加固范围外的要求，本实施例中根据多次现场试验，注浆终止压力取1.5Mpa；
确定注浆量：注浆量根据公式进行计算，Q＝πR2Lnαβ,其中，n为地层孔隙率，花岗岩残积土层取0.3；α为孔隙填充系数，取0.8；β为浆液损耗系数，取1.1；经过计算，花岗岩残积土地层注浆量为Q＝4.97m3，根据现场施工经验，每循环注浆段注浆量为109.8m3。
确定单注浆孔结束条件：一、注浆压力逐步升高至终止压力，并继续注浆10分钟以上；二、注浆结束时的进浆量小于20L/min；三、涌水量小于0.1L/min；四、钻孔取岩芯，观察到浆液充填饱满；上述四种方法中选择任意一种或者多种；
确定注浆循环段结束条件：一、所有注浆孔均符合单注浆孔结束条件，无漏注现象；二、浆液有效注入范围大于设计值；三、钻孔取岩芯检测，土体无侧限抗压强度不小于0.8MPa，加固体渗透系数小于10～6cm/s；上述三种方法中选择任意一种或者多种；
步骤二、注浆段、止浆段和非注浆段布置：
上台阶和下台阶的前端面为开挖面，开挖面的外沿为开挖轮廓线，从开挖轮廓线往外周环向延伸设置有注浆轮廓线，上注浆轮廓线为3米，下注浆轮廓线为2米，注浆段以注浆轮廓线为圆周设置分别设在上台阶和下台阶开挖面后方，止浆段设置在注浆段的前部分，占用止浆段长度3米，非注浆段设置在开挖轮廓线范围内并位于止浆段末端至注浆段末端之间，占用注浆段长度4米，其中，上台阶非注浆段的底面高于上下台阶分界线，下台阶非注浆段的顶面低于上下台阶分界线。上述止浆段预先注浆形成，非注浆段后方的注浆段作为下一循环的止浆段；
步骤三、注浆孔布置：
在上台阶和下台阶的的开挖面上分别设置注浆孔，注浆孔沿开挖轮廓线往开挖面内侧环向布置，其中，上台阶注浆孔设有四环，下台阶注浆孔设有三环，每环注浆孔均水平延伸穿至注浆段末端，最外环注浆孔呈伞形辐射状往开挖轮廓线外延伸出三环注浆孔，其中包括两环长注浆孔和一环短注浆孔，长注浆孔延伸至注浆段末端，短注浆孔延伸至注浆段的外侧沿，且短注浆孔水平长度等于注浆段长度的二分之一。在本实施例中，上台阶开挖面和下台阶开挖面上环与环之间的间距为1-1.5米，环内注浆孔的间距也为1-1.5米。从内往外，上台阶上每环的注浆孔数量依次为1、3、6、11，每环长注浆孔和短注浆孔的数量均为11，上台阶总注浆孔数为54个；从内往外，下台阶上每环的注浆孔数量依次为3、6、10，每环长注浆孔和短注浆孔的数量均为10，下台阶总注浆孔数为49个。上下台阶总注浆孔数量为103个。在其他实施例中，注浆孔、长注浆孔和短注浆孔的环数示实际情况而定，开挖面上的注浆孔至少设置三环，长注浆孔和短注浆孔各至少设有一环，短注浆孔的水平长度等于或者小于注浆段长度的三分之二；
步骤四、注浆加固：注浆采用后退时分段注浆，跟管钻机直接将钻杆钻至注浆孔最长设计深度，开始第一段注浆，第一段注浆结束后将注浆管后退进行第二段注浆，直至完成整个注浆段，其中，非注浆段不进行注浆。该步骤中，分段长度为40～60厘米，注浆顺序由外侧注浆孔环向内侧注浆孔环注浆；
步骤五、开挖施工：注浆结束后进行开挖，开挖完成后重新循环步骤二至步骤五。
根据步骤二和步骤三，建立注浆加固结构，结构如图1-5所示：
土体采用隧道法台阶法施工，形成上台阶1和下台阶2，上台阶1和下台阶2前后相间设置，下台阶2在前，上台阶1在后，上台阶1和下台阶2的前端面为开挖面11、21，开挖面11、21的外沿为开挖轮廓线12、22，从开挖轮廓线12、22往外周环向延伸设置有注浆轮廓线13、23，上注浆轮廓线13取开挖轮廓线12外D1＝A米，下注浆轮廓线23取开挖轮廓线22外D2＝(0.5～0.8)A米，本实施例中，D1＝3米，D2＝2米。以注浆轮廓线13、23为圆周，开挖面的后方设置注浆段14、24，注浆段14、24长度设置为L＝(2～3)D，D＝D1+D2，本实施例中，L＝10米。注浆段14、24的前部分设置止浆段15、25，长度为B＝(0.2～0.3)L，本实施例中，B＝3米。在开挖轮廓线12、22范围内并位于止浆段15、25末端至注浆段14、24末端之间设置非注浆段16、26，长度为C＝(0.4～0.6)L，本实施例中，C＝4米，土体注浆加固施工时在非注浆段16、26不进行注浆。上台阶1非注浆段16的底面高于上下台阶分界线3，下台阶2非注浆段26的顶面低于上下台阶分界线3。上述止浆段15、25预先注浆形成，非注浆段16、26后方的注浆段14、24作为下一循环的止浆段15、25。
在上台阶1和下台阶2的的开挖面11、21上分别设置注浆孔17、27，注浆孔17、27沿开挖轮廓线12、22往开挖面11、21内侧环向布置，其中，上台阶1注浆孔17设有四环，下台阶2注浆孔27设有三环，每环注浆孔17、27均水平延伸穿至注浆段14、24末端，最外环注浆孔17、27呈伞形辐射状往开挖轮廓线13、23外延伸出三环注浆孔，其中包括两环长注浆孔18、28和一环短注浆孔19、29，长注浆孔18、28延伸至注浆段14、24末端，短注浆孔19、29延伸至注浆段14、24的外侧沿，且短注浆孔19、29水平长度等于注浆段14、24长度的二分之一。开挖面11、21上每环注浆孔17、27之间的间距，以及环内注浆孔17、27之间的间距均为E＝(1～1.5)R米，R为注浆扩散半径，在本实施例中，上台阶1开挖面11和下台阶2开挖面21上环与环之间的间距和环内注浆孔的间距均为1-1.5米。从内往外，上台阶1上每环的注浆孔17数量依次为1、3、6、11，每环长注浆孔18和短注浆孔19的数量均为11，上台阶1总注浆孔数为54个；从内往外，下台阶2上每环的注浆孔27数量依次为3、6、10，每环长注浆孔28和短注浆孔29的数量均为10，下台阶2总注浆孔数为49个。上下台阶2总注浆孔数量为103个。在其他实施例中，注浆孔17、27、长注浆孔18、28和短注浆孔19、29的环数示实际情况而定，开挖面11、21上的注浆孔17、27至少设置三环，长注浆孔18、28和短注浆孔19、29各至少设有一环，短注浆孔19、29的水平长度等于或者小于注浆段14、24长度的三分之二。
本发明的优势有：
一、在注浆段中设置非注浆段，施工时非注浆段不进行注浆，可防止对土体加固过量注入浆液导致土体加固强度过高，避免因土体加固强度过高而影响后继开挖施工的进行，从而提高施工效率，缩短工期；
二、采用长短注浆孔多层次注浆施工，最终注浆形成“桶箍桶底”模型，彻底封堵隧道前方土体中的渗水，防止出现注浆盲区，保证开挖的安全；
三、由于采用了非注浆段和长短注浆孔注浆，使得总体注浆加固体积减少，从而降低了注浆总用量，节约了成本；
四、技术成果通用性强，本发明可应用于广东地区花岗岩残积土地层加固施工的土木工程建筑业，如矿山法隧道工程，也可以用在明挖基坑岗岩残积土地基预处理工程；
五、止浆段采用预先注浆形成，非注浆段后方的注浆段作为下一循环的止浆段，即在对注浆段注浆加固的同时形成后一循环加固施工的止浆段，免去加筑止浆段所需要的时间和成本，能够大幅度提高施工效率和缩短施工工期；
六、将下注浆轮廓线的范围缩短为上注浆轮廓线的0.5～0.8，从而减少下开挖面的注浆段半径，在保证下开挖面的注浆加固强度的同时，进一步减少总体注浆加固体积，降低注浆总用量，节约成本和工时；
七、在花岗岩残积土地层中，普通水泥浆单液浆加固效果不理想，本发明通过试验研究，得出花岗岩残积土地层注浆材料性能表如下，决定采用超细水泥-水玻璃双浆液进行注浆，黏度表如下。超细水泥-水玻璃双浆液解决了常规注浆完成后需要等注浆体达到一定强度才能开挖的问题；由于超细水泥—水玻璃双液浆早期强度高，因此注浆完成后可立即进行开挖，同时，采用超细水泥—水玻璃双液浆增加了浆液的可注性，同时易于控制注浆的胶凝时间、注浆范围和总体注浆量。采用超细水泥—水玻璃双液浆可大幅度提高施工效率，花岗岩残积土地层开挖施工平均速度可以达到5天/10m(1个循环)，施工速度快，加固质量好；
花岗岩残积土地层注浆材料性能表
| 混合时间(s) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 |
| 黏度(cP) | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.3 | 1.5 | 2 | 3 | 6 | 10 | 20 | 30 | 40 |
| 混合时间(s) | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 | 100 | 105 | 110 | 115 | 120 |
| 黏度(cP) | 60 | 80 | 100 | 125 | 155 | 185 | 215 | 250 | 300 | 380 | 500 | 胶凝 |
超细水泥—水玻璃双浆液黏度表
八、采用分段式注浆，注浆顺序由外侧注浆孔环向内侧注浆孔环注浆，这样可以防止浆液溢到岩层之外；同时注浆作业能确定其注浆效果。由于在钻各注浆孔时涌水被赶压，可知注浆后止水效果的变化；
九、本实施例采用花岗岩残积土地层矿山法台阶法开挖施工，避免了花岗岩残积土遇水软化、崩解造成是效率不高，安全风险性大，同时由于洞内长期失水造成地表周边建构筑物和道路的沉降的影响，施工过程中高效、成本低、安全；
十、本发明所述技术方案在花岗岩残积土地层或其他类似地层的矿山法隧道开挖施工中具有广泛的运用，可避免花岗岩残积土遇水软化，在隧道开挖过程中极易发生涌水、涌砂、溜塌等现象，开挖效率低等问题。另外，也解决了由于隧道长期大量失水，造成隧道上方的较大的路面沉降及周边建构筑物的不同程度开裂，形成极大施工安全风险的问题。相比常规施工方法施工对周边主要建构筑物、隧道内开挖施工带来的安全风险，虽然技术实施需要一定的成本，但相比常规处理方法安全风险所带来的间接成本要低的多，其所带来的社会效益也极为显著的。其中包括：
(1)经济效益
以东莞某轨道交通项目为例，该项目采用了本发明所述技术方案开挖隧道内花岗岩残积土方，共约7.17万m3。常规设计采用全断面全范围注浆方案，后采取本发明所述技术方案进行施工，技术实施效果良好，安全高效顺利地完成了该项目花岗岩残积土开挖，与原设计方案施工相比，施工工期大大缩短，比原设计方案节省人工、材料等费用共计392.8万元，特别是采用本技术施工未对周边重要建(构)筑物和道路造成损坏和影响正常运行，间接经济效益更为显著。
(2)社会效益
东莞某站点区间的敷设，两侧为沿街商铺，通信、光电、地下管线等密集分布，施工环境较为复杂。施工过程中均在洞内进行，注浆过程中对地面土体及周边建筑物、重要管线均进行了监测，施工过程中没有对道路及周边房屋，管线造成影响，施工期间未收到相关投诉；基本上不会对隧道周边岩体造成扰动及破坏，安全风险小，有效降低了后续开挖过程中的施工安全风险，同时该技术的成功应用对该区间的贯通工期缩短了数个月，为东莞市某轨道交通全线贯通的总工期目标实现提供了有力保障，得到了业主单位和政府相关单位、部门的充分肯定，社会效益良好。
十一、本发明所述技术方案在工程施工实践中已经成功应用，证明了本发明所述技术方案在此类工程中是可靠有效的，取得了施工效率高、施工安全风险低、施工成本低等效果，解决了花岗岩残积土遇水软化、崩解，施工安全风险高、隧道地面周边建构筑物及道路沉降等问题，实现了高减少了人力、物力投入，节省了施工成本，为项目创造了经济效益、社会效益的良好局面，值得在类似地层中进行地层预处理开挖施工中大力推广应用。
综上所述，本发明经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃毋庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
Claims (10)
1.富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、参数确定：确定注浆段半径；确定注浆段长度；确定止浆段长度；确定非注浆段长度；确定每环注浆孔之间的间距，以及环内注浆孔之间的间距；确定注浆材料；确定注浆终止压力；确定注浆量；
步骤二、注浆段、止浆段和非注浆段布置：土体的前端面为开挖面，所述开挖面的外沿为开挖轮廓线，从开挖轮廓线往外周环向延伸设置有注浆轮廓线，所述注浆段以注浆轮廓线为圆周设置在开挖面后方，所述止浆段设置在注浆段的前部分，所述非注浆段设置在开挖轮廓线范围内并位于止浆段末端至注浆段末端之间；
步骤三、注浆孔布置：在土体的开挖面上设置注浆孔，所述注浆孔沿开挖轮廓线往开挖面内侧环向布置，所述注浆孔至少设有三环，每环注浆孔均水平延伸穿至注浆段末端，最外环注浆孔呈伞形辐射状往开挖轮廓线外延伸出至少两环注浆孔，其中包括至少一环长注浆孔和至少一环短注浆孔，所述长注浆孔延伸至注浆段末端，所述短注浆孔延伸至注浆段的外侧沿，且水平长度小于或者等于注浆段长度的三分之二；
步骤四、注浆加固：注浆采用后退时分段注浆，跟管钻机直接将钻杆钻至注浆孔最长设计深度，开始第一段注浆，第一段注浆结束后将注浆管后退进行第二段注浆，直至完成整个注浆段，其中，非注浆段不进行注浆；
步骤五、开挖施工：注浆结束后进行开挖，开挖完成后重新循环步骤二至步骤五。
2.根据权利要求1所述的富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法，其特征在于：
注浆段半径的确定：注浆段半径按照隧道埋深，地下水压力和浆液固体强度确定，所述注浆轮廓线包括上注浆轮廓线和下注浆轮廓线，上注浆轮廓线取开挖轮廓线外D1＝A米，下注浆轮廓线取开挖轮廓线外D2＝(0.5～0.8)A米；
注浆段长度的确定：根据工程地质、水文地质和钻机的能力，注浆段长度设置为L＝(2～3)D，D＝D1+D2；
止浆段长度的确定：其厚度满足注浆压力要求，能够阻止浆液回流，止浆段长度为B＝(0.2～0.3)L；
非注浆段长度的确定：非注浆段的外沿沿着开挖轮廓线设置，非注浆段的长度为C＝(0.4～0.6)L；
开挖面上的每环注浆孔之间的间距，以及环内注浆孔之间的间距确定：由浆液在地层中的扩散半径确定，间距为E＝(1～1.5)R米，R为注浆扩散半径；
注浆材料的确定：注浆材料采用超细水泥-水玻璃双浆液，水灰比为1：0.8～1.2，水泥浆液：水玻璃浆液为1：0.5～0.9；
注浆终止压力的确定：注浆压力由现场试验确定，满足充满裂隙，且不引起裂隙扩大，不导致土层移动和抬升，浆液不扩散到注浆加固范围外的要求；
注浆量的确定：注浆量根据公式进行计算，Q＝πR2Lnαβ,其中，n为地层孔隙率，α为孔隙填充系数，β为浆液损耗系数；
单注浆孔结束确定：一、注浆压力逐步升高至终止压力，并继续注浆10分钟以上；二、注浆结束时的进浆量小于20L/min；三、涌水量小于0.1L/min；四、钻孔取岩芯，观察到浆液充填饱满；上述四种方法中选择任意一种或者多种；
注浆循环段结束确定：一、所有注浆孔均符合单注浆孔结束条件，无漏注现象；二、浆液有效注入范围大于设计值；三、钻孔取岩芯检测，土体无侧限抗压强度不小于0.8MPa，加固体渗透系数小于10～6cm/s；上述三种方法中选择任意一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法，其特征在于：步骤四中分段长度为40～60厘米，注浆顺序由外侧注浆孔环向内侧注浆孔环注浆。
4.根据权利要求1所述的富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法，其特征在于：所述止浆段预先注浆形成，所述非注浆段后方的注浆段作为下一循环的止浆段。
5.根据权利要求1所述的富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法，其特征在于：采用台阶法施工，土体形成上台阶和下台阶，所述上台阶和下台阶前后相间设置，下台阶在前，上台阶在后，上台阶和下台阶分别采用所述富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固方法进行加固施工，并且，所述上台阶非注浆段的底面高于上下台阶分界线，所述下台阶非注浆段的顶面低于上下台阶分界线。
6.富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固结构，包括土体，所述土体的前端面为开挖面，所述开挖面的外沿为开挖轮廓线，从开挖轮廓线往外周环向延伸设置有注浆轮廓线，以注浆轮廓线为圆周，开挖面的后方设置有注浆段，所述注浆段的前部分为止浆段，其特征在于：在开挖面上从开挖轮廓线往开挖面内侧环向布置有注浆孔，所述注浆孔至少设有三环，每环注浆孔均水平延伸穿至注浆段末端，在开挖轮廓线范围内且位于止浆段末端至注浆段末端之间设置有非注浆段，此外，最外环注浆孔呈伞形辐射状往开挖轮廓线外延伸出至少两环注浆孔，其中包括至少一环长注浆孔和至少一环短注浆孔，所述长注浆孔延伸至注浆段末端，所述短注浆孔延伸至注浆段的外侧沿，且水平长度小于或者等于注浆段长度的三分之二。
7.根据权利要求6所述的富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固结构，其特征在于：所述注浆轮廓线包括上注浆轮廓线和下注浆轮廓线，所述上注浆轮廓线取开挖轮廓线外D1＝A米，所述下注浆轮廓线取开挖轮廓线外D2＝(0.5～0.8)A米。
8.根据权利要求7所述的富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固结构，其特征在于：所述注浆段长度设置为L＝(2～3)D，D＝D1+D2；所述止浆段长度设置为B＝(0.2～0.3)L；所述非注浆段的外沿沿着开挖轮廓线设置，所述非注浆段的长度为C＝(0.4～0.6)L；所述开挖面上每环注浆孔之间的间距，以及环内注浆孔之间的间距均为E＝(1～1.5)R米，R为注浆扩散半径。
9.根据权利要求6所述的富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固结构，其特征在于：所述止浆段预先注浆形成，所述非注浆段后方的注浆段作为下一注浆加固结构的止浆段。
10.根据权利要求6所述的富水花岗岩残积土地层矿山法隧道注浆加固结构，其特征在于：所述土体设置为上台阶和下台阶，所述上台阶和下台阶前后相间设置，下台阶在前，上台阶在后，所述上台阶和下台阶分别设有所述开挖面、开挖轮廓线、注浆轮廓线、止浆段、注浆段、注浆孔和非注浆段，所述上台阶非注浆段的底面高于上下台阶分界线，所述下台阶非注浆段的顶面低于上下台阶分界线。
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