CN110469332B - 一种穿越泥石流堆积体隧道的超前支护固结方法 - Google Patents
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Abstract
一种穿越泥石流堆积体隧道的超前支护固结方法，包括以下步骤：S1地表地面整平、S2测量放线、S3钻机定位、S4地表钻孔、S5下管、S6封孔、S7地表注浆、S8地表注浆结束、S9掌子面钻孔、S10埋管、S11掌子面注浆、S12掌子面注浆结束。注浆用的注浆液均为水泥、水、水玻璃和缓凝剂的混合物，其水灰比为＝0.7～1：1；水玻璃浓度为35～40°Be，水玻璃与水泥浆的体积比为1：1；缓凝剂用量为11～11.5kg/m3。使用本发明方法可以有效地防治穿越泥石流堆积体隧道前方预开挖段渗水和岩体稳定性问题，有效对隧道软弱破碎围岩加固和止水，且注浆作业次数少，注浆范围广，施工周期短，保证了隧道施工安全。
Description
技术领域
本发明提供了一种穿越泥石流堆积体隧道的超前支护固结方法，涉及土木工程技术领域。
背景技术
对于隧道工程来说，泥石流堆积体由粒径不同的圆砾土、角砾土和千枚岩以及部分夹杂砂质饱水黄土组成，由于形成时间很短，结构松散，密实性差，不具有稳定性，不能称其为“岩”。其孔隙率大，饱含水，且具有地下流动性，整体承载能力较低，不能满足隧道工程需要。必须对洞室周围进行加固处理，重造围岩，以满足隧道工程的需要。
随着我国建设事业的发展，国家对交通工程基础建设投资规模日益加大，尤其是对西北和西南地区的公路、铁路基础设施投入，越来越多的隧道工程在山区的建设，不可避免地遇到需要穿越泥石流高发区的现象。对于隧道穿越长大泥石流冲沟的施工，由于双线铁路隧道施工断面大，施工中的坍方冒顶、突泥突水、下沉变形等各种风险特大，如采用传统小导管注浆，因其施工规模小，加固范围也较小，注浆后的效果不容易确定，可靠性相对较差，对围岩加固的范围和止水的效果是非常有限的，且占用时间和循环次数较多，施工时间周期长，效率低，完全无法满足穿越泥石流堆积体隧道的施工要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种穿越泥石流堆积体隧道的超前支护固结方法，使用本发明方法可以有效地防治穿越泥石流堆积体隧道前方预开挖段渗水和岩体稳定性问题，有效对隧道软弱破碎围岩加固和止水，且注浆作业次数少，注浆范围广，施工周期短，保证了隧道施工安全。
为实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤：
S1、地表地面整平：整平场地，填平冲沟及洼地，地表用0.5～0.6m厚粘土封闭，保持开挖顶到地面注浆厚度大于5m；
S2、测量放线：测量放出注浆范围和注浆孔位置，测出各注浆孔处地表标高，计算出各注浆孔深度，并对每个注浆孔编号；
S3、钻机定位：根据测量注浆孔位置进行钻机就位，采用脚手架钢管或方木搭设平台，保证钻机稳定、钻杆垂直；
S4、地表钻孔：钻孔深度比设计标高深0.5m～0.6m，钻孔过程中用水平尺经常检查钻杆垂直度、调整钻机机座，确保注浆孔垂直；
S5、下管：钻孔完成后，退出钻杆，及时进行验孔，注浆孔深度和垂直度达到要求后及时下注浆管，如出现塌孔则利用钻机重新清孔；
S6、封孔：采用钢管作为封孔管，防止顶部塌陷，封孔管端头2m～3m范围内的管顶进至要求位置后，采用水泥砂浆或小石子混凝土浇灌封孔管与孔壁间隙，并充分捣实，待封孔混凝土凝固到有足够强度后，方可进行注浆；
S7、地表注浆：注浆采用全孔封闭整体注浆，先两边后中间隔孔间注的方法；
S8、地表注浆结束：采用注浆终压和流量控制注浆是否结束，当单孔注浆压力达到2.0MPa后，并且流量很小，吸浆量小于1L/min，即可结束该孔注浆，并关闭孔口止浆阀，注浆初压控制在0.5～0.8Mpa，注浆终压控制在2.1～2.5Mpa；当全部注浆孔均符合单孔注浆的结束条件，保证没有漏注现象，地表注浆全部结束；
S9、掌子面钻孔：在掌子面上钻设注浆孔，布孔方式为梅花桩式布孔，相邻两孔间距为950mm～1050mm；实际钻孔位置与孔的设计位置偏差控制在5cm的范围内，孔底与孔口的位置偏差不得超过孔深的1％，孔的直径大于注浆管的外径，孔深比埋设的注浆管长度长0.5m～0.6m，开孔时要保持低速，当孔深不小于30cm后，即可转入正常转速；
S10、埋管：在掌子面上的注浆孔内埋设注浆管，注浆管外露于注浆孔口的长度为60～70cm；
S11、掌子面注浆：当岩层的破碎情况较为严重时，采用分段前进的方式进行注浆，以免造成塌孔；当岩层较为稳定时，则应采用分段后退的方式进行注浆；注浆和钻孔的顺序均为由外向内，第1、2环全部进行钻孔、注浆，从第三环开始先钻掌子面左半幅的奇数孔，同一环的注浆要间隔进行；如果奇数孔注浆效果不理想，再钻偶数号孔并进行补浆，掌子面右半幅采取与左半幅相同的方法进行注浆；如果在钻孔过程中发生较为严重的涌水，就要立即停止钻孔并进行注浆；
S12、掌子面注浆结束：当单孔注浆压力达到2.0MPa后，并且流量很小，吸浆量小于1L/min，即可结束该孔注浆，并关闭孔口止浆阀，注浆初压控制在0.5～0.8Mpa，注浆终压控制在2.1～2.5Mpa；当全部注浆孔均符合单孔注浆的结束条件，保证没有漏注现象，则掌子面注浆全部结束。
地表和掌子面注浆深度均为17～18m，注浆扩散半径为100～110cm。。
地表的注浆管为直径89～140mm的钢管；掌子面的注浆管为玻璃纤维管锚杆，直径为20～50mm。
注浆用的注浆液均为水泥、水、水玻璃和缓凝剂的混合物，其水灰比为＝0.7～1：1；水玻璃浓度为35～40°Be，水玻璃与水泥浆的体积比为1：1；缓凝剂用量为11～11.5kg/m3。
所述水泥浆配置结束后用孔径为2mm以下的过滤筛过滤一遍，除去其中的杂质。
所述水灰比为0.7：1，水玻璃浓度为35°Be，水玻璃模数为2.6。
钻设注浆孔及注浆时，当出现较大的空洞时，先注入混凝土，然后再进行注浆。
所述地表注浆的注浆孔直径为90～140mm，所述掌子面的注浆孔直径为60～90mm。
由本发明提供的技术方案可知，本发明采用了玻璃纤维管锚杆作为穿越泥石流堆积体隧道掌子面的注浆管，其强度高，重量轻，安全性好，对杆周岩体起到了加固作用，且挖除简单；地表及掌子面注浆深度均为17～18m，大大减少了注浆循环次数，且注浆加固效果更好；使用的注浆液中水灰比优选比例为0.7：1，水玻璃浓度优选比例为35°Be，水玻璃模数为2.6，水玻璃与水泥浆的体积比为1：1，缓凝剂用量为11～11.5kg/m3，此配合比是经多次试验检测后得出的最佳配合比，其可以达到最好的注浆和止水效果，对隧道围岩起到了良好的稳固作用，保证了隧道施工的安全。本发明采用了地表和掌子面双注浆的方法，大大提高了穿越泥石流堆积体隧道的稳定性，起到了良好的防水、止水效果。
附图说明
图1为本发明提供的掌子面上的梅花桩式注浆孔布置示意图。
图中：1.注浆孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细具体的说明：
本发明实施例为仓园隧道，是兰渝铁路穿越泥石流区单洞双线隧道。仓园隧道位于甘肃省陇南市武都区汉王镇仓园村，隧道下穿甘家沟泥石流沟，进出洞口主要分布于第四系砂质黄土中，洞身大部分布于细角砾土，局部洞身为风化千枚岩。仓园隧道全长715m，隧道起讫里程：DK378+170～DK378+885，地面高程约在1010～1090m，相对高差约80m左右，最大埋深约80m，最浅埋深仅14m。整座隧道为8‰的下坡，左线83.181m位于R-10000m的曲线上，右线123.181m位于R-9995.533m的曲线上，其余均位于直线上。
仓园隧道开挖断面大：全隧设计围岩等级均为V级，全隧按照Ⅴ级加强设计，仓园隧道最大开挖跨度达13.86m，最大开挖高度达12.19m，最大开挖断面面积达136.7m2，按照国际隧协根据隧道断面面积的分类，应为超大断面隧道。其地质条件复杂，隧道整个洞身穿越泥石流区域，该隧道穿越的甘家沟泥石流是极其发育的泥石流沟，具有流域的汇水面积大、可移动土石方量大、泥石流形成区山坡坡度陡、侵蚀模数大、泥石流最大冲出量多等特点，施工风险很大，其地基承载力低，仅为75～100MPa。
具体实施方式如下：
施工准备：准备好钻孔、注浆材料和机具，检查钻机、搅拌机、注浆泵是否正常，保证其能正常工作，检查注浆管路确保管路畅通，检查注浆泵的压力显示系统确保其准确无误。
S1、地表地面整平：用装载机整平场地，填平冲沟及洼地，地表用0.5～0.6m厚粘土封闭，保持开挖顶到地面注浆厚度大于5m；
S2、测量放线：测量放出注浆范围和注浆孔位置，测出各注浆孔处地表标高，计算出各注浆孔深度，并对每个注浆孔编号；
S3、钻机定位：根据测量注浆孔位置进行钻机就位，采用脚手架钢管或方木搭设平台，保证钻机稳定、钻杆垂直；
S4、地表钻孔：钻Φ90mm孔至设计标高下0.5m，钻孔过程中用水平尺经常检查钻杆垂直度、调整钻机机座，确保注浆孔垂直；
S5、下管：钻孔完成后，退出钻杆，及时进行验孔，注浆孔深度和垂直度达到要求后及时下注浆管，采用直径Φ89mm钢管作为注浆管，如出现塌孔则利用钻机重新清孔；
S6、封孔：采用钢管作为封孔管，防止顶部塌陷，封孔管端头2m～3m范围内的管顶进至要求位置后，采用水泥砂浆或小石子混凝土浇灌封孔管与孔壁间隙，并充分捣实，待封孔混凝土凝固到有足够强度后，方可进行注浆；
S7、地表注浆：注浆采用全孔封闭整体注浆，先两边后中间隔孔间注的方法，当出现较大的空洞时，先注入混凝土，然后再进行注浆；
S8、地表注浆结束：采用注浆终压和流量控制注浆是否结束，当单孔注浆压力达到2.0MPa后，并且流量很小，吸浆量小于1L/min，即可结束该孔注浆，并关闭孔口止浆阀，注浆初压控制在0.5～0.8Mpa，注浆终压控制在2.1～2.5Mpa，注浆量在10-20m3之间；当全部注浆孔均符合单孔注浆的结束条件，保证没有漏注现象，地表注浆全部结束；
S9、掌子面钻孔：在掌子面上钻设注浆孔，可采用旋转式钻机或冲击式钻机钻孔，布孔方式为梅花桩式布孔，相邻两孔间距为1000mm；实际钻孔位置与孔的设计位置偏差控制在5cm的范围内，孔底与孔口的位置偏差不得超过孔深的1％，孔的直径为90mm，孔深比埋设的注浆管长度长0.5～0.6m，开孔时要保持低速，当孔深不小于30cm后，即可转入正常转速；工作人员要注意将钻机尽可能的贴近岩面，从而降低钻杆的震动，提高精度。在更换钻杆时，要对其是否出现损伤和弯曲及水孔是否通畅等进行检查。
S2、埋管：埋设注浆管，注浆管为玻璃纤维管锚杆，直径为32mm，注浆管的外露长度为60cm；
S3、掌子面注浆：当岩层的破碎情况较为严重时，采用分段前进的方式进行注浆，以免造成塌孔；当岩层较为稳定时，则应采用分段后退的方式进行注浆；为了保证孔口位置的准确，每钻进一段距离后，都要对其进行检查，如果出现偏差则应及时纠正。注浆和钻孔的顺序均为由外向内，第1、2环全部进行钻孔、注浆，而第3～6环则先钻掌子面左半幅的奇数孔，同一环的注浆要间隔进行；如果奇数孔注浆效果不理想，再钻偶数号孔并进行补浆，掌子面右半幅采取与左半幅相同的方法进行注浆；如果在钻孔过程中发生较为严重的涌水，就要立即停止钻孔并进行注浆；单个孔的注浆应保持连续性，如果因不可抗因素不得不中途停止，则应将孔重新钻至设计深度后再进行复注。当出现较大的空洞时，先注入混凝土，然后再进行注浆。
S4、掌子面注浆结束：当单孔注浆压力达到2.0MPa后，并且流量很小，吸浆量小于1L/min，即可结束该孔注浆，并关闭孔口止浆阀；注浆初压控制在0.5-0.8Mpa，注浆终压控制在2.1-2.5Mpa。当全部注浆孔均符合单孔注浆的结束条件，保证没有漏注现象，则全部注浆结束。
确定加固区的大小，即确定围岩塑性破坏区的大小，可以按岩体力学和弹塑性理论计算出开挖坑道后围岩的压力重分布结果，并确定其塑性破坏区的大小，这也就是应加固区的大小。
注浆总量按下式计算：
Q＝n·a·A
式中：Q－注浆总数量(m3)；
A－被加固围岩的体积(m3)；
n－被加固围岩的孔隙率(％)；
a－过去实践证实了的充填率(％)；
所述充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率。
所述孔隙率和充填率可按表1选取。
表1孔隙率和注浆充填率表
注浆所用注浆液为水泥、水、水玻璃和缓凝剂的混合物，其水灰比为＝0.7：1；水玻璃浓度为35°Be，水玻璃与水泥浆的体积比为1：1；缓凝剂用量为11.25kg/m3。地表和掌子面注浆深度均为17～18m，注浆扩散半径为102cm。。水泥浆配置结束后用孔径为1mm的过滤筛过滤一遍，除去其中的杂质。
正式施工前，通过设置注浆试验孔，对试验孔的注浆效果进行检测，最终获取注浆区的地层岩性、孔隙率、耗灰量、终孔压力等相关技术及注浆参数。
施工后，对DK378+407～DK378+450段注浆效果进行检测，具体数据见下表：
DK378+407～DK378+450段量测数据汇总表
根据监控量测资料统计，该隧道DK378+401～DK378+450段共布了8个点，最大累计沉降1389.5mm，最大累计收敛376.71mm，最大下沉速率240mm/d,最大收敛速率63.24mm/d。采用本发明的支护固结方法，有效的控制了洞内拱顶沉降变形，通过注浆，起到了很好的围岩固结效果。经检测，围岩裂隙内充满水泥浆液，裂隙水及地表渗水得到有效控制。
Claims (6)
1.一种穿越泥石流堆积体隧道的超前支护固结方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、地表地面整平：整平场地，填平冲沟及洼地，地表用0.5～0.6m厚粘土封闭，保持开挖顶到地面注浆厚度大于5m；
S2、测量放线：测量放出注浆范围和注浆孔位置，测出各注浆孔处地表标高，计算出各注浆孔深度，并对每个注浆孔编号；
S3、钻机定位：根据测量注浆孔位置进行钻机就位，采用脚手架钢管或方木搭设平台，保证钻机稳定、钻杆垂直；
S4、地表钻孔：钻孔深度比设计标高深0.5m～0.6m，钻孔过程中用水平尺经常检查钻杆垂直度、调整钻机机座，确保注浆孔垂直；
S5、下管：钻孔完成后，退出钻杆，及时进行验孔，注浆孔深度和垂直度达到要求后及时下注浆管，注浆管为直径89～140mm的钢管，如出现塌孔则利用钻机重新清孔；
S6、封孔：采用钢管作为封孔管，防止顶部塌陷，封孔管端头2m～3m范围内的管顶进至要求位置后，采用水泥砂浆或小石子混凝土浇灌封孔管与孔壁间隙，并充分捣实，待封孔混凝土凝固到有足够强度后，方可进行注浆；
S7、地表注浆：注浆采用全孔封闭整体注浆，先两边后中间隔孔间注的方法；注浆深度为17～18m，注浆扩散半径为100～110cm；
S8、地表注浆结束：采用注浆终压和流量控制注浆是否结束，当单孔注浆压力达到2.0MPa后，并且流量很小，吸浆量小于1L/min，即可结束该孔注浆，并关闭孔口止浆阀，注浆初压控制在0.5～0.8Mpa，注浆终压控制在2.1～2.5Mpa；当全部注浆孔均符合单孔注浆的结束条件，保证没有漏注现象，地表注浆全部结束；
S9、掌子面钻孔：在掌子面上钻设注浆孔，布孔方式为梅花桩式布孔，相邻两孔间距为950mm～1050mm；实际钻孔位置与孔的设计位置偏差控制在5cm的范围内，孔底与孔口的位置偏差不得超过孔深的1％，孔的直径大于注浆管的外径，孔深比埋设的注浆管长度长0.5m～0.6m，开孔时要保持低速，当孔深不小于30cm后，即可转入正常转速；
S10、埋管：在掌子面上的注浆孔内埋设注浆管，注浆管外露于注浆孔口的长度为60～70cm；注浆管为玻璃纤维管锚杆，直径为20～50mm；
S11、掌子面注浆：当岩层的破碎情况较为严重时，采用分段前进的方式进行注浆，以免造成塌孔；当岩层较为稳定时，则应采用分段后退的方式进行注浆；注浆和钻孔的顺序均为由外向内，第1、2环全部进行钻孔、注浆，从第三环开始先钻掌子面左半幅的奇数孔，同一环的注浆要间隔进行；如果奇数孔注浆效果不理想，再钻偶数号孔并进行补浆，掌子面右半幅采取与左半幅相同的方法进行注浆；如果在钻孔过程中发生较为严重的涌水，就要立即停止钻孔并进行注浆；注浆深度为17～18m，注浆扩散半径为100～110cm；
S12、掌子面注浆结束：当单孔注浆压力达到2.0MPa后，并且流量很小，吸浆量小于1L/min，即可结束该孔注浆，并关闭孔口止浆阀，注浆初压控制在0.5～0.8Mpa，注浆终压控制在2.1～2.5Mpa；当全部注浆孔均符合单孔注浆的结束条件，保证没有漏注现象，则掌子面注浆全部结束。
2.根据权利要求1所述的穿越泥石流堆积体隧道的超前支护固结方法，其特征在于：注浆用的注浆液均为水泥、水、水玻璃和缓凝剂的混合物，其水灰比为＝0.7～1：1；水玻璃浓度为35～40°Be，水玻璃与水泥浆的体积比为1：1；缓凝剂用量为11～11.5Kg/m3。
3.根据权利要求2所述的穿越泥石流堆积体隧道的超前支护固结方法，其特征在于：所述水泥浆配置结束后用孔径为2mm以下的过滤筛过滤一遍，除去其中的杂质。
4.根据权利要求2所述的穿越泥石流堆积体隧道的超前支护固结方法，其特征在于：所述水灰比为0.7：1，水玻璃浓度为35°Be，水玻璃模数为2.6。
5.根据权利要求1所述的穿越泥石流堆积体隧道的超前支护固结方法，其特征在于：钻设注浆孔及注浆时，当出现较大的空洞时，先注入混凝土，然后再进行注浆。
6.根据权利要求1所述的穿越泥石流堆积体隧道的超前支护固结方法，其特征在于：所述地表注浆的注浆孔直径为90～140mm，所述掌子面的注浆孔直径为60～90mm。
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