CN110735653A - 一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法 - Google Patents
一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，采用超前钻探技术探明富水断层破碎带，采用深孔后退式超前预注浆一次堵水后，快速掘进施工通过断层破碎带，在富水段的隧道区域采用全断面深孔后退式小导管注浆二次堵水，针对火成岩断层破碎带裂隙开度大，贯通性好等特点，采用深孔后退式注浆方法改变小导管在注浆孔的位置由远及近依次按I，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ…的顺序分段注浆，使得上一阶段浆液的沉积固结为下一阶段浆液的沉积固结起到增益效果，最终浆液充分充填裂缝，达到堵水目的，解决了火成岩隧道施工中过富水断层现有技术堵水困难的问题，为火成岩中隧道施工过富水断层破碎带注浆堵水困难提供一种全断面深孔后退式注浆方法。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，特别涉及一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法。
背景技术
一般地段隧道防排水遵循“防、排、截、堵”相结合，因地制宜，综合治理，可以保证隧道结构物和运营设备的正常使用及隧道的行车安全。但当隧道施工遇到富水断层地质构造时，即隧道穿过的断层与含水层或水域相连通，会在连通处产生较大涌水，极易淹没掌子面，甚至当采用大功率的水泵排水，仍无法保证掌子面的干燥，不但影响施工进度，而且给施工带来隐患，同时若采用大功率的水泵排水的话，可能会对当地水系造成极大破坏。因此，在断层破碎带等富水段主要遵循“以堵为主，限量排放”的宗旨，来达到隧道安全生产的目的。
山岭特长隧道施工不可避免存在倾角，遇到富水断层带时，特别是在俯斜掘进中，由于水受重力作用，极易在掌子面积聚大量的水，且排水困难，影响隧道掌子面施工作业。以秦岭天台山隧道施工为例，隧址区所在大地构造位于华北板块祁连-北秦岭褶皱带，分布地层为印支期侵入中粗粒黑云母花岗岩、黑云母角闪花岗岩、二长花岗岩，局部含有古元古界秦岭组（Pt1q）片麻岩捕虏体。区内褶皱和断裂构造发育，受构造张拉、挤压、扭曲等作用影响，大中型断层和小、微型断层十分发育，隧址区冲沟纵横，均为构造发育的体现，且构造节理和风化节理十分发育，构造节理特点是规模较大，贯通性好，产状比较稳定，常与区域断层平行或伴生，节理面平直、张开度大，部分被晚期脉岩侵入。以花岗岩为主的火成岩岩体内部存在的断层等构造发育带大多都因规模大，裂缝张开度较大，裂缝较为平直，贯通性好，渗透率高等特点，从而具有较好的导水性能。故秦岭天台山隧道掘进遇火成岩断层破碎带施工时，常因涌水量较大且排水困难，导致掌子面被淹没，且采用一般的注浆方法难以堵水。
目前有较多的专利针对隧道施工穿过软岩破碎带处采用注浆止水及加固的方法，但对于隧道掘进穿过火成岩富水断层带尚未有合适的注浆堵水的方法，其主要原因跟火成岩（如花岗岩）的断层破碎带的特点有关，以花岗岩为例，花岗岩岩体断层内部充填物较少，断层裂缝张开度较大，贯通性好。因此采用常规的注浆止水方法难以起到较好的效果。
发明内容
本发明的目的在于针对隧道在火成岩岩体中掘进时遇到富水断层破碎带注浆堵水困难，提供一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法,包括以下步骤：
步骤1：根据地质资料可知，对采用光面爆破开挖的隧道掘进到断层破碎带前方50m时，采用超前钻探钻孔探明隧道掌子面前方断层产状及地下水涌水量和水压情况；
步骤2：在隧道断层破碎带等构造发育的范围内，在隧道掌子面设置止浆墙，采取全断面深孔后退式超前预注浆措施将部分地下水封堵在衬砌轮廓外；
步骤3：针对穿过断层导水带的山岭隧道的火成岩岩体采用光面爆破进行掘进，快速通过断层导水带；
步骤4：对爆破后的裸露围岩进行衬砌加固，对超挖及欠挖部分进行处理；
步骤5：针对衬砌后的富水段内或涌水明显的区域进行全断面深孔后退式小导管注浆，即二次注浆堵水，注浆结束，将注浆孔封堵密实。
上述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，上述步骤5中所述的全断面深孔后退式小导管注浆，采用风动凿岩机钻孔，人工安装超前小导管并与钢架焊接固定，小导管外插角控制在10°～15°，小导管前端做成尖锥形，并在其尾部焊接φ8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔L长度交错钻眼，眼孔直径为8mm。
上述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，上述步骤5中所述的全断面深孔后退式小导管注浆，注浆孔布置方式为环向等间距，环向间距为20cm～40cm,间距由涌水量决定,且间距与涌水量存在反比关系，注浆孔在隧道长度方向的间距为0.8m～1.2m，沿隧道长度方向的总长度由富水段长度决定，并在两端各增加50%的富余长度，注浆孔长度20m～30m,后退式小导管注浆以每段1m～2m的长度进行注浆，注浆孔注浆顺序在空间上采取对称式注浆。
上述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，所述步骤1中，采用超前钻探孔探明断层破碎带含水情况时，其钻孔布置呈扇形布置，钻探孔孔径为50mm,探孔个数为5，呈轴对称分布，外斜眼与中眼的夹角为3°～6°，钻孔长度为20m。
上述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，所述步骤2中，全断面深孔后退式超前预注浆的注浆孔布置方式采用水平注浆孔和倾斜注浆孔相结合，水平注浆孔与倾斜注浆孔组合确定注浆边界线，倾斜注浆孔布置在隧道开挖轮廓线内靠近掌子面大约1m范围内，环向等间距布置，间距为30cm,水平注浆孔布置在隧道掌子面中部，环形布置3～4圈，环向间距为60cm～80cm,内圈取小值，外圈取大值。
上述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，所述步骤4中，对爆破后的裸露围岩进行衬砌加固，当遇裂隙涌水量较大时，在涌水出露点(源头处）打引水孔泄压，对裂隙压注速凝浆液后喷射混凝土，最后用膨胀快硬水泥将引水孔临时封堵后，衬砌加固。
上述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，所述步骤4中，正洞衬砌拟采用衬砌拱顶带模注浆施工，其中衬砌台车设置4个注浆管，要求两端注浆管位置距端模1～1.5米，中间注浆管均匀布置，浇筑混凝土前在台车底模注浆孔上安装注浆管，混凝土浇筑完成后即可开始注浆，至排气孔和端模流出浓浆即结束注浆，回填注浆采用微膨胀性水泥浆，注浆过程中，如果注浆压力超过1.0MPa未出浓浆，及时更换注浆孔注浆，直至注浆满足要求，注浆过程中严格控制注浆压力。
本发明的增益效果：充分结合火成岩（如花岗岩）岩体内部断层破碎带具有规模大，裂缝开度较大，贯通性好等特性，在隧道掘进前进行深孔后退式超前预注浆堵水进行初步堵水，有助于隧道快速掘进，且工期不受影响。在光面爆破掘进通过断层破碎带等富水段后，对涌水量较大区域采用全断面深孔后退式小导管二次注浆。两次采用深孔后退式注浆的目的是因为浆液在充填物较少，裂缝开度较大，贯通性好且涌水量较大的断层内部难以快速沉降、堆积胶结，而深孔后退式多段注浆的步骤则可以使得I阶段的浆液在地下水运移中在注浆位置下方一定区域沉降和聚积，并形成一定的胶结物，通过Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ…阶段的多段注浆进一步固结浆液沉降区，使得裂缝内部充分充填胶结，达到良好的堵水目的。解决了隧道在火成岩中穿富水断层破碎带难以止水的难题，保证了工程的快速施工，以及施工设备和人员的安全，经济效益明显。
附图说明
图1为全断面深孔后退式超前预注浆钻孔布置示意图。
图2为全断面深孔后退式注浆布置方式纵截面图。
图3为全断面深孔后退式注浆布置方式横截面图。
图4为小导管结构图。
图中：1-水平注浆孔，2-倾斜注浆孔，3-注浆边界线，4-衬砌轮廓线，5-掌子面，6-断层破碎带，7-注浆孔，8-衬砌，9-小导管，10-径向孔，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ-为深孔后退式注浆顺序。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3对本发明作进一步说明：
在秦岭某地穿火成岩（主体为花岗岩）隧道掘进遇富水断层破碎带堵水困难，提供一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，其具体步骤如下：
1）根据地质资料可知，对采用光面爆破开挖的隧道掘进到断层破碎带6前方50m左右时，采用超前钻探孔探明隧道掌子面5前方断层产状及地下涌水量和水压等情况，超前钻探孔采用扇形布置，钻探孔孔径为50mm,探孔个数为5个，呈轴对称分布，外斜眼与中眼的夹角为3°～6°，钻孔长度为20m。
2）在隧道断层破碎带6等构造发育的范围内，在隧道掌子面5设置止浆墙，采取全断面深孔后退式超前预注浆措施将部分地下水封堵在衬砌轮廓4外，注浆孔布置方式采用水平注浆孔1和倾斜注浆孔2相结合，水平注浆孔1与倾斜注浆孔2组合确定注浆边界线3，倾斜注浆孔2布置在隧道开挖轮廓线内靠近掌子面约1m的范围内，环向等间距布置，间距为30cm,主要是将地下水封堵在衬砌轮廓4外，水平注浆孔布置在隧道掌子面5中部，环形布置3～4圈。环向间距为60～80cm,内圈取小值，外圈取大值。
3）针对穿过断层导水带6的山岭隧道的火成岩（如花岗岩）岩体采用光面爆破进行掘进，快速通过断层导水带6。
4）对爆破后的裸露围岩进行衬砌8加固，对超挖及欠挖部分进行处理。当裂隙涌水量较大时，一般顺涌水出露点打引水孔泄压，对裂隙压注速凝浆液后喷射混凝土，最后用膨胀快硬水泥将引水孔封堵。正洞衬砌8拟采用衬砌拱顶带模注浆施工，其中衬砌台车设置4个径向注浆管，要求两端注浆管位置距端模1～1.5米，中间注浆管均匀布置，浇筑混凝土前在台车底模注浆孔上安装注浆管，混凝土浇筑完成后即可开始注浆，至排气孔和端头模流出浓浆即结束注浆，回填注浆采用微膨胀性水泥浆，有特殊要求的地段可采用强度高、流动性好的自流平水泥砂浆，注浆过程中，如果注浆压力超过1.0MPa未出浓浆，即更换注浆孔注浆，直至注浆满足要求，注浆过程中严格控制注浆压力。
5）针对衬砌8后的富水段内或涌水明显的区域进行全断面深孔后退式小管9注浆，即二次注浆止水，注浆结束，将注浆孔7封堵密实。全断面深孔后退式小管9注浆，采用风动凿岩机钻孔，人工安装超前小管9并与钢架焊接固定，小管9外插角控制在12°，用注浆泵进行注浆作业，注入水泥单液浆，注浆压力一般为0.8MPa，施工中注浆参数根据现场试验确定。小管9前端做成尖锥形，尾部焊接φ8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔L=15cm交错钻眼，眼孔直径为8mm。在衬砌8隧道的富水段或涌水量较大的区间采取深孔后退式小管9注浆，注浆孔布置方式为环向等间距，间距为30cm, 注浆孔7在隧道长度方向的间距为1m，注浆孔沿隧道方向布置的总长度由富水段长度决定，并在两端增加50%的富余长度，注浆孔7长度25m,深孔后退式小管9注浆以每段1m的长度进行注浆。后退式即先将小管9在注浆孔7中按Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ…的顺序依次分段通过径向孔10注浆，注浆孔7注浆顺序在空间上采取对称式注浆。
Claims (7)
1.一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法,包括以下步骤：
步骤1：根据地质资料可知，对采用光面爆破开挖的隧道掘进到断层破碎带前方50m时，采用超前钻探钻孔探明隧道掌子面（5）前方断层产状及地下水涌水量和水压情况；
步骤2：在隧道断层破碎带等构造发育的范围内，在隧道掌子面（5）设置止浆墙，采取全断面深孔后退式超前预注浆措施将部分地下水封堵在衬砌轮廓（4）外；
步骤3：针对穿过断层导水带的山岭隧道的火成岩岩体采用光面爆破进行掘进，快速通过断层导水带；
步骤4：对爆破后的裸露围岩进行衬砌（8）加固，对超挖及欠挖部分进行处理；
步骤5：针对衬砌（8）后的富水段内或涌水明显的区域进行全断面深孔后退式小导管注浆，即二次注浆堵水，注浆结束，将注浆孔封堵密实。
2.根据权利要求1所述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，其特征在于：上述步骤5中所述的全断面深孔后退式小导管注浆，采用风动凿岩机钻孔，人工安装超前小导管并与钢架焊接固定，小导管外插角控制在10°～15°，小导管前端做成尖锥形，并在其尾部焊接φ8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔L长度交错钻眼，眼孔直径为8mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，其特征在于：上述步骤5中所述的全断面深孔后退式小导管注浆，注浆孔布置方式为环向等间距布置，环向间距为20cm～40cm,间距由涌水量决定,且间距与涌水量存在反比关系，注浆孔在隧道长度方向的间距为0.8m～1.2m，沿隧道长度方向的总长度由富水段长度决定，并在两端各增加50%的富余长度，注浆孔长度20m～30m, 深孔后退式注浆是通过改变小导管在注浆孔的位置由远及近依次按I，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ…的顺序分段注浆，注浆孔注浆顺序在空间上采取对称式注浆。
4.根据权利要求1或2所述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，其特征在于：所述步骤1中，采用超前钻探孔探明断层破碎带含水情况时，其钻孔布置呈扇形布置，钻探孔孔径为50mm,探孔个数为5，并呈轴对称分布，外斜眼与中眼的夹角为3°～6°，钻孔长度为20m。
5.根据权利要求1或2所述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，其特征在于：所述步骤2中全断面深孔后退式超前预注浆的注浆孔布置方式采用水平注浆孔（1）和倾斜注浆孔（2）相结合，水平注浆孔（1）与倾斜注浆孔（2）组合确定注浆边界线（3），倾斜注浆孔（2）布置在隧道开挖轮廓线（4）内靠近掌子面（5）大约1m的范围内，环向等间距布置，间距为30cm,水平注浆孔（1）布置在隧道掌子面中部，环形布置3～4圈，环向间距为60～80cm,内圈取小值，外圈取大值。
6.根据权利要求1或2所述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，其特征在于：所述步骤4中对爆破后的裸露围岩进行衬砌（8）加固，当裂隙处涌水量较大时，在涌水出露点（源头处）打引水孔泄压，对裂隙压注速凝浆液后喷射混凝土，最后用膨胀快硬水泥将引水孔临时封堵后，衬砌加固。
7.根据权利要求1或2所述的一种针对火成岩富水断层的深孔后退式注浆堵水施工方法，其特征在于：所述步骤4中，正洞衬砌拟采用衬砌拱顶带模注浆施工，其中衬砌台车设置4个注浆管，要求两端注浆管位置距端模1～1.5米，中间注浆管均匀布置，浇筑混凝土前在台车底模注浆孔上安装注浆管，混凝土浇筑完成后即可开始注浆，至排气孔和端模流出浓浆即结束注浆，回填注浆采用微膨胀性水泥浆，注浆过程中，如果注浆压力超过1.0MPa未出浓浆，及时更换注浆孔注浆，直至注浆满足要求，注浆过程中严格控制注浆压力。
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