CN111441819A - 一种隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置及方法,该装置包括贯通隧道掌子面与岩溶管道之间围岩的隧道超前探孔,该隧道超前探孔在隧道掌子面一侧设有一根入孔管,该入孔管的一端由隧道掌子面伸入隧道超前探孔,另一端连接构成岔管结构的分流管一和分流管二;分流管一经变径接头一连接引流管一,引流管一通向集水坑;分流管二经变径接头二连接引流管二,引流管二连接注浆管。在分流管一和分流管二上分别设有高压闸阀一和高压闸阀二。本发明是在孔口直接加装“分流—引流—注浆”的处理装置再择机注浆封堵,一方面可以规避泄水洞分流方法对地下水生态环境的不良影响,另一方面增大了过水断面,有效降低了涌水射速。

Description

一种隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置及方法
技术领域
本发明属于隧道工程及地下洞室工程领域,涉及一种适用于隧道超前探孔发生岩溶高压涌水后的封堵处理结构及处理方法。
背景技术
隧道建设过程中为获取开挖工作面前方的地质信息,通常采用超前地质钻探进行超前地质预报。隧道超前探孔一般采用冲击钻,其钻进速度快,可通过冲击器的响声、钻速及其变化、岩粉、卡钻情况、钻杆震动情况、冲洗液的颜色及流量变化等粗略探明前方地质情况,缺点是不能取芯。当在复杂地质地段或特殊目的地段超前钻孔时一般采用回转取芯钻,回转取芯钻岩芯鉴定准确可靠,地层变化里程可准确确定,缺点是钻进速度慢。
岩溶地区修建隧道,当隧道埋深大,隧道开挖范围内岩溶管道发育较强时,管道内地下水水头较高。因冲击钻施工速度快,超前探孔多采用冲击钻钻进,但冲击钻多数情况下为裸孔钻进,无孔口防护装置,当其击穿高压富水岩溶管道时,发生超前探孔岩溶高压涌水的可能性极大。在高水头作用下,钻孔涌水射速大,对人员、设备及工程本身造成很大的安全隐患,地下水流量大时还可能造成掌子面附近洞段淹没,后期处理技术难度极大。
针对隧道超前探孔岩溶高压涌水,通常采用泄水洞分流、浇筑混凝土阻水墙再注浆封堵等间接方式以及安装带套袋的直型注浆锚杆直接封堵方式。泄水洞分流处理需开挖数公里长的泄水洞至超前探孔揭露的岩溶管道,投资大,工期长,且对周边地下水环境的影响较大。浇筑混凝土阻水墙再注浆封堵需抽水后再分部导流、分部浇筑混凝土,处理时间长,动水环境下浇筑混凝土难度较大。现有的直接处理方式多为在直型注浆锚杆外缠绕套袋,通过向套袋内注浆使直型注浆锚杆锚固在钻孔内壁上,最后通过注浆锚杆注浆封堵涌水。直型注浆锚杆直接封堵存在两大缺点,一是仅靠锚杆外套袋提供的锚固力有限,在涌水射速特别高时该装置容易脱落射出,导致封堵失败;二是安装过程涌水通过直型注浆锚杆向一个方向涌出,且过水断面未有效增大,涌水射速依然较高,对操作人员而言具有较大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在涌水孔口直接处理的快速、安全、低成本的隧道超前探孔岩溶高压涌水的处理方式。
本发明的技术方案如下:
一种隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置,包括贯通隧道掌子面与岩溶管道之间围岩的隧道超前探孔,该隧道超前探孔在隧道掌子面一侧设有一根入孔管,该入孔管的一端由隧道掌子面伸入隧道超前探孔,另一端连接构成岔管结构的分流管一和分流管二;分流管一经变径接头一连接引流管一,引流管一通向集水坑;分流管二经变径接头二连接引流管二,引流管二连接注浆管。在分流管一和分流管二上分别设有高压闸阀一和高压闸阀二。
具体的封堵方法包括如下步骤:
步骤一,增加污水泵,使抽排流量大于涌水流量,持续抽排工作面积水至机械及人员能进入涌水部位。
步骤二,打开本发明装置上的所有闸阀的阀门,保持所有分流管道通水,采用挖掘机及装载机吊运,人工配合的方式,将本发明使用的装置缠有青麻的入孔管伸入涌水超前探孔中,并使用挖掘机尽可能增大入孔管的入孔长度。
步骤三,保持所有闸阀的阀门处于打开状态,分流泄压降射速,采用钢筋、钢绞线、钢管等材料将孔口装置与围岩、初支钢拱架锚固在一起。
步骤四,保持一侧分流管上闸阀阀门打开,让涌水从该侧分流管排出;关闭另一侧分流管上的闸阀,在其后通过变径接头法兰连接接入更大口径的引流管,引流管沿隧道一侧边墙敷设至远离掌子面的集水坑中。
步骤五,打开已接好引流管的一侧分流管上的闸阀阀门,让涌水通过该侧分流管及引流管排出;然后关闭尚未连接引流管的分流管上的闸阀阀门,在其后通过变径接头法兰连接接入更大口径的引流管,沿隧道另一侧边墙敷设至方便接入注浆管的位置。
步骤六,打开所有闸阀,保持两侧管路均处于排水状态,分流泄压降射速,对装置孔口部位及锚固部位浇筑混凝土墩,进一步加固孔口装置。
步骤七,待浇筑混凝土墩达到设计强度后,保持端部导入集水坑一侧的引分流管上的闸阀阀门处于打开状态,使涌水经该侧管路排出;然后关闭另外一侧分流管上的闸阀,在该侧引流管末端上接入注浆管路。
步骤八,关闭导入集水坑一侧的管路上的闸阀阀门,目的是保证注浆时不会通过该管道跑浆。打开连接注浆管路一侧的管道上的所有闸阀,灌注速凝膏状浆液,通过注浆管路一侧管道把浆液注入涌水岩溶管道内。达到注浆结束标准后,关闭所有闸阀屏浆待凝。
步骤九,达到待凝时间后,分别打开两侧管路闸阀,检查两侧管路出口处是否仍有涌水,或涌水流量是否满足设计要求。若不满足设计要求,则关闭所有阀门,在掌子面布置注浆孔补强注浆,直至开阀后两侧管路末端出口处无涌水或涌水量满足设计要求。
上述操作中要求孔口装置伸入超前探孔段的入孔管直径比超前探孔直径小5~10mm,分流管直径不小于超前探孔直径,引流管直径比分流管直径大30~50mm,闸阀均为高压闸阀,耐受压力不小于涌水压力1.5~2倍。
本发明通过两级大直径分流管增大涌水出口流量,降低出口涌水射速,降低安全隐患;装置上的控水阀门一方面可控排水,动态控制出水流量,利于积水抽排;引流管将分流后的涌水引离涌水掌子面,为加固装置或加固掌子面围岩时创造干燥的操作环境;通过钢筋、钢绞线等将处理装置锚固在围岩、初支钢拱架上再浇筑混凝土墩,提供足够的锚固力,安全系数更高;引流管末端接注浆管,灌注速凝膏状浆液将地下水逐步推移至隧道范围外的岩溶管道深部;注浆结束后可打开分流管阀门检查注浆效果,合理选择是否补强注浆。
与现有技术相比,本发明的技术方案具备以下有益效果:本发明是在孔口直接加装“分流—引流—注浆”的处理装置再择机注浆封堵,一方面可以规避泄水洞分流方法对地下水生态环境的不良影响,较泄水洞分流、浇筑混凝土阻水墙再注浆封堵等间接治理方式处理时间更短、成本更低。另一方面,较直型注浆锚杆直接封堵方式通过分流、变径增大了过水断面,有效降低了涌水出口射速,并将涌水引离掌子面较远距离后再注浆处理,安全性显著提高。本发明针对高压、大流量、高射速的隧道超前探孔岩溶涌水处理效果良好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明:1-岩溶管道,2-隧道超前探孔,3-围岩,4-隧道掌子面,5-入孔管,6-加固锚杆,7-混凝土墩,8-分流管一,9-分流管二,10-高压闸阀一,11-高压闸阀二,12-引流管一,13-引流管二,14-变径接头一,15-变径接头二,16-集水坑,17-注浆管,18-隧道边墙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示,本发明的这种封堵体系包括贯通隧道掌子面4与岩溶管道1之间围岩3的隧道超前探孔2,该隧道超前探孔2在隧道掌子面4一侧设有一根入孔管5,该入孔管5的一端由隧道掌子面4伸入隧道超前探孔2,另一端连接构成岔管结构的分流管一8和分流管二9;分流管一8经变径接头一14连接引流管一12,引流管一12通向集水坑16;分流管二9经变径接头二15连接引流管二13,引流管二13连接注浆管17。另外,在分流管一8和分流管二9上分别设有高压闸阀一10和高压闸阀二11。
本发明具体实施时,按照如下步骤进行:
步骤一,增加污水泵,使抽排流量大于涌水流量,持续抽排工作面积水至机械及人员能进入涌水部位。
步骤二,打开本发明所有装置上闸阀的阀门(高压闸阀一10、高压闸阀二11),保持分流管一8、分流管二9均通水,采用挖掘机及装载机吊运,人工配合的方式,将本发明装置入孔管5伸入隧道超前探孔2中,并使用挖掘机尽可能增大入孔管5的伸入长度。
步骤三,保持所有闸阀的阀门(高压闸阀一10、高压闸阀二11)处于打开状态,采用钢筋、钢绞线、钢管等材料组成以加固锚杆6为主体的锚杆系统,将装置与围3岩、初支钢拱架锚固在一起。
步骤四,保持高压闸阀二11的阀门打开,让分流管二9排水;关闭高压闸阀一10的阀门,在高压闸阀一10上通过变径接头一14法兰连接更大口径的引流管一12,并沿一侧隧道边墙18敷设至远离隧道掌子面4的集水坑16中。
步骤五,打开高压闸阀一10的阀门,让涌水通过分流管一8经引流管一12排入集水坑16中再集中抽排;然后关闭高压闸阀二11的阀门,在其后通过变径接头二15法兰连接更大口径引流管二13,引流管二13沿隧道另一侧隧道边墙18敷设。
步骤六,打开高压闸阀一10、高压闸阀二11,保持两侧管路均处于排水状态,在孔口部位及锚固部位浇筑混凝土墩7,进一步加固孔口装置。
步骤七,待浇筑的混凝土墩7达到设计强度后,保持高压闸阀一10的阀门处于打开状态,使分流管一8及引流管一12排水;然后关闭分流管一9上的高压闸阀二11,在引流管一13上接入注浆管17。
步骤八,关闭高压闸阀一10的阀门,目的是保证注浆封堵的时候浆液不会通过分流管一8—引流管一12管道跑浆。打开高压闸阀二11,通过注浆管17灌注速凝膏状浆液,通过引流管二13—分流管二9—隧道超前探孔2线路,把速凝膏状浆液送入涌水岩溶管道中。注浆压力为涌水压力与设计注浆压力之和。注浆达到结束标准后,关闭高压闸阀一10、高压闸阀二11屏浆待凝。
步骤九,达到待凝时间后,依次打开高压闸阀一10、高压闸阀二11,分别检查引流管一12、引流管二13是否仍有涌水,或涌水流量是否满足设计要求。若不满足设计要求,则在关闭所有阀门,在掌子面4布置注浆孔补强注浆,直至开阀后引流管一12、引流管二13管口无涌水。
本发明在贵州省德江至务川高速公路德江隧道注浆堵水工程中得到了成功应用。该工程中隧道超前探孔2为φ80mm,装置的入孔管5选择φ75mm的钢管,分流管一8、分流管二9选择φ80mm的钢管,引流管一12、引流管二13选择φ130mm的钢管,涌水压力约为2MPa,闸阀选择4.0MPa高压闸阀。
当然,以上只是本发明的具体应用范例,本发明还有其他的实施方式,凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置,其特征在于:包括贯通隧道掌子面(4)与岩溶管道(1)之间围岩(3)的隧道超前探孔(2),该隧道超前探孔(2)在隧道掌子面(4)一侧设有一根入孔管(5),该入孔管(5)的一端由隧道掌子面(4)伸入隧道超前探孔(2),另一端连接构成岔管结构的分流管一(8)和分流管二(9);分流管一(8)经变径接头一(14)连接引流管一(12),引流管一(12)通向集水坑(16);分流管二(9)经变径接头二(15)连接引流管二(13),引流管二(13)连接注浆管(17)。
2.根据权利要求1所述的隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置,其特征在于:在所述分流管一(8)和分流管二(9)上分别设有高压闸阀一(10)和高压闸阀二(11)。
3.根据权利要求1所述的隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置,其特征在于:在所述隧道掌子面(4)上设有加固锚杆(6)对入孔管(5)的孔口处进行加固。
4.根据权利要求3所述的隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置,其特征在于:在所述隧道超前探孔(2)的孔口处设有加固混凝土墩(7)将入孔管(5)包裹。
5.根据权利要求3所述的隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置,其特征在于:所述入孔管(5)缠有青麻。
6.根据权利要求3所述的隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置,其特征在于:加固锚杆(6)采用包括钢筋、钢绞线、钢管在内的材料组成锚杆系统,将入孔管(5)与围岩(3)、初支钢拱架锚固在一起。
7.根据权利要求3所述的隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵装置,其特征在于:所述分流管一(8)和分流管二(9)由隧道超前探孔(2)的孔口处分岔向两侧的隧道边墙(18)。
8.一种如权利要求1-7中任意一项所述装置的隧道超前探孔岩溶高压涌水封堵方法,其特征在于包括如下步骤:
S1,增加污水泵,使抽排流量大于涌水流量,持续抽排工作面积水至机械及人员能进入涌水部位;
S2,打开高压闸阀一(10)和高压闸阀二(11),保持分流管一(8)、分流管二(9)均通水,采用挖掘机及装载机吊运,将入孔管(5)伸入隧道超前探孔(2)中;
S3,保持高压闸阀一(10)和高压闸阀二(11)处于打开状态,采用包括钢筋、钢绞线、钢管在内的材料组成锚杆系统,将装置与围岩、初支钢拱架锚固在一起;
S4,保持高压闸阀二(11)的阀门打开,让分流管二(9)排水;关闭高压闸阀一(10)的阀门,在高压闸阀一(10)上通过变径接头一(14)法兰连接更大口径的引流管一(12),并沿一侧的隧道边墙(18)敷设至远离隧道掌子面(4)的集水坑(16)中;
S5,打开高压闸阀一(10)的阀门,让涌水通过分流管一(8)经引流管一(12)排入集水坑(16)中再集中抽排;然后关闭高压闸阀二(11)的阀门,在其后通过变径接头二(15)法兰连接更大口径引流管二(13),引流管二(13)沿另外一侧的隧道边墙(18)敷设;
S6,打开高压闸阀一(10)、高压闸阀二(11),保持两侧管路均处于排水状态,在孔口部位及锚固部位浇筑混凝土墩(7);
S7,待浇筑混凝土墩(7)达到设计强度后,保持高压闸阀一(10)的阀门处于打开状态,使分流管一(8)及引流管一(12)排水;然后关闭分流管二(9)上的高压闸阀二(11),在引流管二(13)上接入注浆管(17);
S8,关闭高压闸阀一(10)的阀门,打开高压闸阀二(11),通过注浆管(17)灌注速凝膏状浆液,通过引流管二(13)—分流管二(9)—隧道超前探孔(2)线路,把速凝膏状浆液注入涌水岩溶管道(1);注浆达到结束标准后,关闭高压闸阀一(10)及高压闸阀二(11)屏浆待凝;
S9,达到待凝时间后,依次打开高压闸阀一(10)及高压闸阀二(11),分别检查引流管一(12)、引流管二(13)是否仍有涌水,或涌水流量是否满足设计要求,若不满足设计要求,则再关闭所有阀门,在隧道掌子面(4)布置注浆孔补强注浆,直至开阀后引流管一(12)、引流管二(13)管口无涌水。
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