CN111119951A - 一种高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，包括以下步骤：构建富水区域隧道突泥、突水判别模式；确定调整公路隧道富水空洞区的施工区域；确定空洞区范围，并设置封堵墙；当洞口隧道遇见富水区空洞区时，排水泄压；混凝土回添。本发明的上述方法，施工成本低、安全性高、操作性强，施工效果好。

Description

一种高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法。
背景技术
随着经济持续高速发展，我国正加大力度开展基础设施建设。其中，高速公路隧道作为沟通城市的重要环节，许多施工难题亟待工程技术人员进行攻克。高速公路隧道在施工过程中经常遭遇岩溶、采空区、断层等各种不良地质条件，时常诱发隧道突泥、突水、塌方、岩爆、有害气体扩散等灾害，其不但影响施工进度，而且也会对人民生命财产安全造成严重的影响。因此，针对高速公路隧道施工过程中碰到的各类难题进行合理有效地施工，具有重要的科学研究意义及工程应用价值。
高速公路隧道选线经过的山岭，因地质成因存在许多的断层破碎带，因雨水的冲刷而形成富水空洞。而目前高速公路隧道施工过程中时常碰到的断层破碎带富水空洞问题，其施工措施通常为注浆堵水或引洞排水。针对高速公路隧道掘进过程中穿越断层破碎带富水空洞区问题，国内外鲜有报道。因此，暂时未形成有效经济的施工措施，亟待建立一种可靠的高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区施工方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，上述方法可以保障高速公路隧道安全施工，有效解决隧道施工遇到的富水空洞区。
本发明提供的一种高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，包括以下步骤：
构建富水区域隧道突泥、突水判别模式；
确定调整公路隧道富水空洞区的施工区域；
确定空洞区范围，并设置封堵墙；
当洞口隧道遇见富水区空洞区时，排水泄压；
混凝土回添。
可选地，富水区域隧道突泥、突水判别模式通过TSP地震波探测仪预测隧道工作面前方100～150m的地质特征；地质雷达探测法具体确定掌子面进深10～30m内目标物的深度和位置；在掘进工作面上布设超前探孔，采用地质钻机进行超前钻探，地质探测一般设计长度为30～50m。在钻探中进行地质解释图的绘制和涌水量测试，判断掘进工作面前方地层含水情况。
可选地，地质雷达预测并结合掌子面地质素描，根据探测的地质剖面图，推断掌子面进深10～30m围岩具体状况，绘制出地质解释图；通过人工手持风钻或台车液压钻机对工作面深度5～8m进行补充加密钻探，对空洞区范围进行具体探测。
可选地，封堵墙远离空洞区，距离空洞区的施工距离为大于1.1倍隧道直径，小于2.0倍隧道直径；封堵墙采用C20混凝土进行施工。
可选地，空洞区含水量，即超前探孔单孔出水量大于3m3/h，小于15m3/h时，即在已探明隧道前方空洞区对应掌子面从上至下平均分三排进行打孔，每排泄水孔的数量不少于8个，钻孔的直径为30mm，此种排水泄压可防止空洞区发生涌水突泥，可使空洞区泥水进行可控性的释放。
可选地，空洞区含水量大于15m3/h或有连续水流采用如下步骤：
帷幕注浆止水；
打设钻孔，即在已探明隧道前方空洞区对应掌子面从上至下平均分五排进行打孔，每排泄水孔的数量大于8个，钻孔的直径为30mm，排水泄压。
其中，帷幕注浆止水的步骤：止浆盘施工→钻孔→测涌水量→设置注浆管→注浆材料准备→注浆→钻检查孔→测渗漏水水量→补充注浆→注浆结束。
可选地，若空洞区超出隧道部分的高度小于1/4倍的隧道直径，可直接用混凝土回填；若空洞区超出隧道部分的高度大于1/4倍的隧道直径，则在拱顶加设混凝土，并根据溶洞大小，在其四周施做1.2×1.2m间距的锚杆，锚杆深入围岩不小于1m，在混凝土上方采用M5.0砂浆回填。
可选地，空洞区含水量大于3m3/h，小于15m3/h时，在隧道的上半断面进行双层超前小导管支护，小导管间距为1.2m，注浆加固前方空洞区边沿的岩体；封堵墙采用弱爆破开挖，开挖方法采用超短台阶法，即将掌子面开挖从中间分为上下两个断面，施工工序为：开挖上半断面→开挖下半断面→开挖上半断面……，每次开挖循环进尺控制在0.5～1.0m。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明的一种高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，包括构建富水区域隧道突泥、突水判别模式；确定调整公路隧道富水空洞区的施工区域；确定空洞区范围，并设置封堵墙；当洞口隧道遇见富水区空洞区时，排水泄压；混凝土回添。上述方法可以实现高效判别，判别后针对不同的情况给出相应的富水解决方式，以便实现安全排压泄水，提高了安全等级，同时，上述施工方法成本低，施工效果好，对于断层的富水空洞区问题的处理用时少，效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明方法流程图；
图2是断层破碎带中富水空洞区较小施工示意图；
图3是断层破碎带中富水空洞区较大施工示意图；
图4是帷幕注浆横断面图；
图5是帷幕注浆纵断面图；
图中：1-下半断面；2-钻孔平台；3-钻孔；4-帷幕注浆；5-锚杆；6-混凝土；7-含水量较小的空洞区；8-超前小导管；9-断层破碎带；10-含水量较大的空洞区；11-帷幕注浆加固区域；12-第一次注浆孔；13-第二次注浆孔；14-检验孔；15-C25混凝土；16-封堵墙；17-M5.0水泥砂浆；18-封堵墙长度L；19-帷幕注浆加固长度D。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例以2022年北京冬奥会重大交通保障项目“延崇(延庆至崇礼)高速公路”玉渡山隧道工程为背景，介绍一种高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法。
延崇高速公路(北京段)第六标段设置1座隧道，为玉渡山隧道。隧道进京线(左线)4里程ZK16+346.6～ZK20+965，长4618.4m，隧道出京线(右线)5里程YK16+342～YK21+022，长4680m，为双向四车道隧道。隧道单洞建筑界限11.0×5.5m，为分离式隧道。隧道进出口平面均位于曲线上，纵面为2.6％单向坡。隧道勘察设计初期，发现玉渡山隧道在掘进过程中会遇到富水空洞区。根据已有勘察资料分析，初步判断富水空洞区对拟建隧道线位会造成施工及运营安全隐患。
采用本发明对该高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区进行施工，参见图1所示，其具体步骤如下：
(1)构建富水区域隧道突泥、突水判别模式，结合超前地质预报技术，确定高速公路隧道富水空洞区的施工区域。
(2)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域，确定空洞区施工区域后，应设置C20混凝土封堵墙16，防止空洞区产生突泥、突水。
(3)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域：当在洞口隧道开挖至富水空洞区，含水量较小的空洞区7先进行排水泄压；超出隧道范围不大的空洞区，直接用混凝土6回填；混凝土6充填须达到设计强度后方可进行洞身施工。具体见图2所示。
(4)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域：当隧道开挖施工至富水空洞区，含水量较小的空洞区7先进行排水泄压；超出隧道范围较大的空洞区，在拱顶加设混凝土6，并打设锚杆5，在混凝土6上方采用水泥砂浆17回填。混凝土6、水泥砂浆17充填及封堵墙16施作，均须达到设计强度后方可进行洞身施工。
(5)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域：当隧道开挖施工至富水空洞区，掌子面前方含水量过大的空洞区10或有连续水流时，采用帷幕注浆4止水。
(6)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域：当采用帷幕注浆4施工时，注浆加固11范围为隧道开挖轮廓线外5.0m；帷幕注浆19每次长度为35m，其中需要开挖30m，剩余长度作为封堵墙16，在封堵墙前施加20cm厚的C25混凝土15。全断面帷幕注浆每一循环分两次施工，钻孔数分别为22个和26个，注浆孔位分别距离开挖边界0.5m和1m，施工完成后通过检验孔14检查施工质量。
(7)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域：当采用帷幕注浆4施工后，在初步止水后再使用超前小导管8注浆加固；水泥砂浆17充填须达到设计强度后方可进行洞身施工。具体见图3所示。
(8)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域：当超前导管8注浆或帷幕注浆4结束后，封堵墙16采用弱爆破开挖，开挖方法采用超短台阶法开挖。
帷幕注浆具体包括止浆盘施工→钻孔→测涌水量→设置注浆管→注浆材料准备→注浆→钻检查孔→测渗漏水水量→补充注浆→注浆结束。参见图4和图5所示。
主要实施步骤包括：(1)首先，构建富水区域隧道突泥、突水判别模式，确定高速公路隧道富水空洞区的施工范围；(2)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域，当空洞区水量较小时，进行钻孔3排水泄压，清除前方空洞区的泥水，打设超前小导管8预支护；(3)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域，当空洞区水量较小且空洞区超出隧道范围不大，则直接用混凝土6回填；当空洞区水量较小但空洞区超出隧道范围较大，则在拱顶上部加设一层混凝土6结构并打设锚杆5，在混凝土上方采用M5.0水泥砂浆17回填；(4)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域，当前方含水空洞过大或有连续水流时，采用帷幕注浆4止水，并在初步止水后再使用超前小导管8注浆加固。
步骤(1)采用综合超前地质预报手段进行突水突泥危险性判别，确定高速公路隧道富水空洞区的施工区域；
步骤(2)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域：当在隧道掘进过程中遇见富水空洞区，先加设封堵墙16，当水量较小时，进行钻孔3排水泄压，清除前方空洞区的泥水，打设超前小导管8进行预支护。
步骤(3)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域：当空洞区水量较小且空洞区超出隧道范围不大，则直接用混凝土6回填；当空洞区水量较小但空洞区超出隧道范围较大，则在拱顶上部加设一层混凝土6结构并打设锚杆5，在混凝土上方采用M5.0水泥砂浆17回填；混凝土6、水泥砂浆17充填及封堵墙16施作，均须达到设计强度后方可进行洞身施工。
步骤(4)针对高速公路隧道断层破碎带中富水空洞区施工区域：当前方含水空洞过大或有连续水流时，先加设封堵墙16，防止空洞区产生突泥、突水；采用帷幕注浆止水；从上到下依次钻孔3排水泄压，清除前方空洞区的泥水；空洞区超出隧道的部分加设混凝土结构，并根据情况进行锚杆5加固，混凝土上方采用水泥砂浆17回填；混凝土6、水泥砂浆17充填及封堵墙16施作，均须达到设计强度后方可进行洞身施工。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建富水区域隧道突泥、突水判别模式；
确定调整公路隧道富水空洞区的施工区域；
确定空洞区范围，并设置封堵墙；
当洞口隧道遇见富水区空洞区时，排水泄压；
混凝土回添。
2.根据权利要求1所述的高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，其特征在于，通过TSP地震波探测仪预测隧道工作面前方100～150m的地质特征。
3.根据权利要求1或2所述的高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，其特征在于，确定掌子面进深10～30m内目标物的深度和位置；在掘进工作面上布设超前探孔，采用地质钻机进行超前钻探，地质探测长度为30～50m。
4.根据权利要求3所述的高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，其特征在于，地质雷达预测结合掌子面地质素描，根据探测地质剖面图，推断掌子面进深10～30m围岩具体状况，绘制地质解释图；通过人工手持风钻或台车液压钻机对工作面深度5～8m进行补充加密钻探，对空洞区范围进行具体探测。
5.根据权利要求1所述的高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，其特征在于，封堵墙远离空洞区，距离空洞区的施工距离为大于1.1倍隧道直径，小于2.0倍隧道直径；封堵墙采用C20混凝土进行施工。
6.根据权利要求1所述的高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，其特征在于，空洞区含水量，即超前探孔单孔出水量大于3m3/h，小于15m3/h时，进行排水泄压。
7.根据权利要求6所述的高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，其特征在于，在已探明隧道前方空洞区对应掌子面从上至下平均分三排进行打孔，每排泄水孔的数量大于8个，钻孔直径为30mm。
8.根据权利要求1所述的高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，其特征在于，空洞区含水量大于15m3/h或有连续水流采用如下步骤：
帷幕注浆止水；
打设钻孔，即在已探明隧道前方空洞区对应掌子面从上至下平均分五排进行打孔，每排泄水孔的数量大于8个，钻孔的直径为30mm，排水泄压。
9.根据权利要求1所述的高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，其特征在于，若空洞区超出隧道部分的高度小于1/4倍的隧道直径，可直接用混凝土回填；若空洞区超出隧道部分的高度大于1/4倍的隧道直径，则在拱顶加设混凝土，并根据溶洞大小，在其四周施做1.2×1.2m间距的锚杆，锚杆深入围岩不小于1m，在混凝土上方采用M5.0砂浆回填。
10.根据权利要求5所述的高速公路隧道穿越断层破碎带富水空洞区的施工方法，其特征在于，空洞区含水量大于3m3/h，小于15m3/h时，在隧道的上半断面进行双层超前小导管支护，小导管间距为1.2m，注浆加固前方空洞区边沿的岩体；封堵墙采用弱爆破开挖，开挖方法采用超短台阶法，即将掌子面开挖从中间分为上下两个断面开挖，每次开挖循环进尺控制在0.5～1.0m。
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