CN109855987B - 一种隧道涌泥清淤水平高压注浆孔位间距预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种隧道涌泥清淤水平高压注浆孔位间距预测方法，包括：确定隧道内部清淤涌泥体的高度H和涌泥体坡面的坡角α；确定隧道清淤涌泥体的粘聚力cs、内摩擦角
Figure DDA0002892488120000011
和重度γs；确定高压注浆体的粘聚力cc、内摩擦角
Figure DDA0002892488120000012
和重度γc；确定高压注浆体的扩散直径d；确定高压注浆后涌泥体和注浆体的整体归一粘聚力c、内摩擦角
Figure DDA0002892488120000013
和重度γ；确定注浆后的失稳角
Figure DDA0002892488120000014
确定水平高压注浆孔位间距s。本发明一种涌泥清淤水平高压注浆孔位间距的预测方法，具有流程性强、实施方便和结果可靠的优点。

Description

一种隧道涌泥清淤水平高压注浆孔位间距预测方法
技术领域
本发明涉及基础建设领域，具体是一种隧道涌泥清淤水平高压注浆孔位间距预测方法。
背景技术
在断裂破碎带、侵入接触带和软弱夹层处开挖隧道时，若提前处理不当，容易诱发隧道突水突泥，先前隧道突水突泥案例在我国已有不少。突出的涌泥占据隧道较长距离，长达几十米至数百米不等。为了隧道的正常施工，必须对涌泥进行清淤，涌泥含水量往往较高，力学性质较差，直接对涌泥进行开挖，容易导致涌泥进一步流动，可能导致二次突水突泥灾害。因此，在清淤前对涌泥进行处理非常有必要性。在各种处理方法中，对涌泥内部进行水平高压注浆加固是较为常用的方法，涌泥经高压注浆加固后，整体强度得到提升，在清淤过程中，涌泥不会产生滑塌流动。目前，对于高压注浆的孔位间距，大都基于经验法确定，孔位间距过大，整体强度较低，涌泥可能出现滑塌；孔位间距过小，造成过于安全，材料和施工量引起浪费。因此，对于涌泥水平高压注浆孔位间距的合理预测，对于工程安全和经济都具有重要意义，而目前尚未见到这方面的预测理论。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种隧道涌泥清淤水平高压注浆孔位间距预测方法，具有流程性强、实施方便和结果可靠的优点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种涌泥清淤水平高压注浆孔位间距的预测方法，包括：
步骤101，确定隧道内部清淤涌泥体的高度H和涌泥体坡面的坡角α。
将涌泥体顶面的高程减去底面的高程，得到涌泥体的高度H；通过测量涌泥体坡面的水平距离L，利用下式计算出坡角α：
α＝arctan(H/L) (1)
步骤102，确定隧道清淤涌泥体的粘聚力cs、内摩擦角
Figure GDA0002892488110000011
和重度γs。
用环刀在涌泥体内取原状样4～5个，运回实验室进行室内试验，施加不同的压力，进行直接剪切试验(直剪试验)，测得涌泥体的粘聚力cs、内摩擦角
Figure GDA0002892488110000012
对原状样进行称重，得到原状样的质量，除以体积，进一步计算得到涌泥体的重度γs。
步骤103，确定高压注浆体的粘聚力cc、内摩擦角
Figure GDA0002892488110000021
和重度γc。
利用先前施工的其它高压注浆工程或在本工程中进行单根注浆试验，取3～5块注浆体，运回实验室，采用岩石切割机将其切割成直剪试验的标准块4～5个，放入直剪仪里进行直剪试验，测得高压注浆体的粘聚力cc和内摩擦角
Figure GDA0002892488110000022
同样，利用称重和测体积的方法，进一步计算得到高压注浆体的重度γc。
步骤104，确定高压注浆体的扩散直径d。
利用先前施工的其它高压注浆工程或在本工程中进行单根注浆试验，对注浆体周边涌泥体局部清除，通过实测，确定在当前注浆条件下，水泥浆的扩散直径d。
步骤105，确定高压注浆后涌泥体和注浆体的整体归一粘聚力c、内摩擦角
Figure GDA00028924881100000211
和重度γ，
Figure GDA0002892488110000023
Figure GDA0002892488110000024
Figure GDA0002892488110000025
其中，m为注浆体孔位布设形状系数，当为等边三角形的孔位，m＝1.10；当为正方形的孔位，m＝1.28；s为水平高压注浆孔位间距；βc、
Figure GDA0002892488110000026
和βγ分别为注浆后粘聚力、内摩擦角和重度调整系数，βc＝0.75，
Figure GDA0002892488110000027
βγ＝1.12。上述公式(2)、(3)和(4)为根据注浆后的面积置换率，推导出来的。
步骤106，确定注浆后的失稳角
Figure GDA0002892488110000028
Figure GDA0002892488110000029
步骤107，确定水平高压注浆孔位间距s。
通过联立公式(2)～(6)，并求解方程组，即可得到水平高压注浆孔位间距s。
Figure GDA00028924881100000210
上述公式(6)为根据边坡失稳力学平衡条件推导出来的。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
一种涌泥清淤水平高压注浆孔位间距的预测方法，具有流程性强、实施方便和结果可靠的优点。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种隧道涌泥清淤水平高压注浆孔位间距预测方法不局限于实施例。
附图说明
图1为本发明一种隧道涌泥清淤水平高压注浆孔位间距预测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
参见图1所示为本发明一种涌泥清淤水平高压注浆孔位间距的预测方法的流程步骤，如下以一具体实施例进行说明。
福建省某隧道经过侵入接触带，在2016年3月19日，现场在左侧拱角处进行超前钻探，钻孔至22m时，发生了大规模突水突泥，应急预案立即启动，撤出作业人员。突水初时水压较大(喷出距离达8m)，突水时峰值突水量约3000m3/h，4小时后突水压力减小，突水由喷射变为自然流水状态，渐趋稳定，约100m3/h左右。3月22日大量突水转为间歇性突水。随后发生大规模突泥，突泥总量约5000m3，淤积隧道长度约265m，掌子面后方衬砌台车和台架被淹埋。为了对该处涌泥体进行安全清淤，在涌泥体内进行水平高压注浆，以保障涌泥的稳定性。下面采用本发明提出的方法，确定涌泥体水平高压注浆孔位间距。
在里程数k120+755处，测得涌泥体的顶面高程为125.36m，底面高程为118.62m，由此计算得到涌泥体的高度为6.74m；进一步测量到坡面的水平距离为1.23m，计算得到其坡角为79.7°；现场取典型涌泥样品5个，运回实验室进行直剪试验，测得其粘聚力cs为13kPa，内摩擦角
Figure GDA0002892488110000031
为7°，重度γs为16.5kN/m3；在涌泥体进行单根高压注浆试验，测得在10.0MPa高压下，注浆8min时，测得的注浆体扩散直径为1.16m；取高压注浆体3块，运回实验室，利用岩石切割机将其切割成直剪试验的标准块5个，采用直剪试验，测得高压注浆体的粘聚力cc为92kPa，内摩擦角
Figure GDA0002892488110000041
为35°，重度γc为20.7kN/m3；联立公式(2)～(6)，利用Matlab软件进行编程，计算得到水平高压注浆孔位间距s为2.91m。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种隧道涌泥清淤水平高压注浆孔位间距预测方法，其特征在于，包括：
步骤101，确定隧道内部清淤涌泥体的高度H和涌泥体坡面的坡角α；
将涌泥体顶面的高程减去底面的高程，得到涌泥体的高度H；利用下式计算出坡角α：
α＝arctan(H/L) (1)
其中，L表示涌泥体坡面的水平距离；
步骤102，确定隧道清淤涌泥体的粘聚力cs、内摩擦角
Figure FDA0002892488100000014
和重度γs；
通过直剪仪对在涌泥体内获取的若干个原状样进行直剪试验，测得涌泥体的粘聚力cs和内摩擦角
Figure FDA0002892488100000015
对试验的原状样进行称重，得到原状样的质量，除以体积，计算得到涌泥体的重度γs；
步骤103，确定高压注浆体的粘聚力cc、内摩擦角
Figure FDA0002892488100000016
和重度γc；
通过直剪仪对先前施工的其它高压注浆工程或在本工程中的单根注浆进行直剪试验，测得高压注浆体的粘聚力cc和内摩擦角
Figure FDA0002892488100000017
对试验的高压注浆体进行称重，得到高压注浆体的质量，除以体积，计算得到高压注浆体的重度γc；
步骤104，确定高压注浆体的扩散直径d；
利用先前施工的其它高压注浆工程或在本工程中进行单根注浆试验，对注浆体周边涌泥体局部清除，确定在当前注浆条件下，水泥浆的扩散直径d；
步骤105，确定高压注浆后涌泥体和注浆体的整体归一粘聚力c、内摩擦角
Figure FDA0002892488100000018
和重度γ，表示如下：
Figure FDA0002892488100000011
Figure FDA0002892488100000012
Figure FDA0002892488100000013
其中，m为注浆体孔位布设形状系数；s为水平高压注浆孔位间距；βc为注浆后粘聚力调整系数；
Figure FDA0002892488100000019
为注浆后内摩擦角调整系数；βγ为注浆后重度调整系数；
步骤106，确定注浆后的失稳角
Figure FDA0002892488100000023
如下：
Figure FDA0002892488100000021
步骤107，确定水平高压注浆孔位间距s
有如下表达式：
Figure FDA0002892488100000022
通过联立公式(2)～(6)，并求解方程组，得到水平高压注浆孔位间距s。
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